U visoko{0}}posudama za digestiju (npr. kiselinska digestija za elementarnu analizu, hidrotermalna sinteza), najveći dopušteni tlak za PFA-inkapsulirani grijač na 200 stupnjeva je 2–3 bara (30–45 psi) za debljinu stijenke od 2 mm. To je daleko ispod 30-100 bara tipičnih za probavne posude. Ograničavajući čimbenik je otpornost na pucanje puzanjem PFA na 200 stupnjeva, koja pada na 3–5 MPa. Koristeći formulu tlačne posude s tankom-stjenkom σ=P × D / (2 × t), s D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (teoretski). Međutim, puzanje smanjuje dopušteni tlak za 50–75% za dugotrajnu-radu (1,000+ sati). Siguran radni tlak je 2–3 bara. Za tipične digestivne posude koje rade na 50-100 bara, PFA grijači se ne mogu koristiti izravno. Umjesto toga, koristite vanjsko grijanje (ogrtač, pećnica) ili izolirajte grijač u zoni niskog-tlaka (npr. bočno oružje s tlačnom barijerom). Nikada nemojte stvarati tlak u PFA grijaču iznad 5 bara na 200 stupnjeva.
Granice tlaka pri povišenoj temperaturi
PFA brzo gubi mehaničku čvrstoću iznad 150 stupnjeva. Na 200 stupnjeva, vlačna čvrstoća je 6-8 MPa (kratkotrajna), a otpornost na puzanje nakon 1000 sati je samo 2-4 MPa. Projektirano naprezanje za kontinuirani rad mora biti manje ili jednako 1,5 MPa. Upotrebom formule P=2 × σ × t / D:
| PFA zid (mm) | Dizajnirano naprezanje (MPa) na 200 stupnjeva | OD cijevi (mm) | Maks. tlak (bar) | Siguran radni tlak (bar) | Primjena |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Vrlo nizak tlak |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Nizak tlak |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | Marginalni |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Prihvatljivo za vrlo nizak tlak |
| 2.0 | 3.0 (kratkoročno-) | 25 | 4.8 | - | Samo za kratke izlete |
Za tipičnu digestiju od 50 bara, potrebna debljina stijenke bila bi t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - nemoguće.
Usporedba tipova grijača za-razgradnju pod visokim tlakom
| Vrsta grijača | Maksimalni tlak na 200 stupnjeva (bar) | Debljina stijenke | Prikladno za 50–100 bara? | Alternativa |
|---|---|---|---|---|
| PFA-inkapsuliran (2 mm) | 1–2 | 2 mm | Ne | Vanjsko grijanje |
| PFA-inkapsuliran (5 mm) | 5–8 | 5 mm | Ne (još uvijek prenisko) | Nije praktično |
| Obložen čeličnim-plaštom (Incoloy) | 100+ | 0,5 mm metal | Da (ali nije otporan na kemikalije) | Zahtijeva PFA oblogu posude |
| Kvarc / staklo | Samo vanjski | N/A | Ne (lomljivo) | Posuda s plaštom |
| Titan (obložen) | 100+ | 1 mm metala | Da | Za korozivnu uslugu |
| Vanjsko grijanje (ogrtač, pećnica) | Plovilo ocijenjeno | N/A | Da | Poželjno za PFA-obložene posude |
Praktično rješenje za probavne posude
Ako trebate zagrijati posudu za probavu obloženu PFA radi kemijske otpornosti, nemojte stavljati PFA grijač u zonu visokog-tlaka. Umjesto toga:
Vanjska grijaća trakaoko metalne posude s PFA oblogom. PFA obloga vidi pritisak i kemijski napad; grijač je vani.
Grijanje u pećnici: Stavite cijelu posudu za probavu u-pećnicu s prisilnim zrakom na 200 stupnjeva. PFA obloga obrađuje kemiju; pećnica daje toplinu.
Recirkulacija bočne ruke: Cirkulirajte medij za probavu kroz PFA izmjenjivač topline izvan visokotlačne-zone pomoću pumpe. PFA izmjenjivač topline može se projektirati za niži tlak (2–3 bara) jer je pad tlaka mali.
Kupka tople vode pod pritiskom: Uronite posudu za probavu u kupku tople vode pod tlakom na 200 stupnjeva (zahtijeva autoklav). Kupka zagrijava posudu izvana.
Primjer polja
Laboratorij je proveo hidrotermalnu sintezu na 200 stupnjeva i 60 bara u PFA-čeličnoj posudi. Pokušali su upotrijebiti uronjeni PFA grijač (stjenka od 2 mm) za zagrijavanje otopine. Grijač se srušio na 10 bara (niže od cilja). Prešli su na vanjski grijaći plašt (pojasni grijač od 3 kW na čeličnoj vanjskoj posudi). PFA košuljica je ostala netaknuta. Posuda je sigurno dostigla 200 stupnjeva i 60 bara. Grijač je bio vani, tako da pritisak nije bio problem.
Sigurnosne smjernice
Nikada nemojte prekoračiti 5 bara na bilo kojem PFA grijaču na 200 stupnjeva, bez obzira na debljinu stijenke.
For pressure >3 bara, koristite samo vanjsko grijanje.
Ugradite ventil za smanjenje tlaka postavljen na 3 bara na bilo koju posudu koja ima uronjeni PFA grijač koji radi na 200 stupnjeva.
Pratite PFA omotač zbog oteklina ili mjehurića; to ukazuje na neizbježan kvar puzanja.
Zaključak: Maksimalno 2–3 bara za PFA grijač na 200 stupnjeva
Maksimalni dopušteni tlak za PFA grijač u visoko-posudi za digestiju na 200 stupnjeva je 2–3 bara, daleko ispod 50–100 bara tipičnih za takve procese. PFA gubi mehaničku čvrstoću na visokoj temperaturi, a puzanje smanjuje tlak pucanja na nesigurne razine. Za digestiju pod visokim-tlakom koristite vanjsko grijanje (plašt, pećnica) ili izolirajte PFA grijač u recirkulacijskoj petlji niskog{9}}tlaka. Nikada se nemojte oslanjati na PFA grijač kao komponentu-koja sadrži pritisak iznad 3 bara na 200 stupnjeva. Polimer će puzati, nabubriti i puknuti. Održavajte nizak tlak ili držite grijač vani. U probavi, PFA služi za kemijsku otpornost, a ne za zadržavanje tlaka. Shvatite ograničenje, dizajnirajte u skladu s tim i radite sigurno. Vaša posuda bi trebala sadržavati pritisak; vaš grijač ne bi trebao. Odvojite funkcije, postignite uspjeh.
