L-Ossiġenu-Kundizzjoni tal-Fwar Arrikkit
Is-sistemi tal-fwar industrijali normalment ikun fihom ossiġnu maħlul f'livelli ta' partijiet-għal-biljun, ikkontrollati minn deaerazzjoni mekkanika u tneħħija ta' ossiġnu kimiku. Meta t-tagħmir tat-tneħħija tal-arja ma jaħdimx ħażin jew l-għalf tal-kennis tal-ossiġnu jiġi interrott, l-ossiġnu maħlul jista' jitla' għal partijiet-kull-miljun livelli. F'xi proċessi speċjalizzati, l-ossiġnu jiġi miżjud intenzjonalment mal-fwar għal skopijiet ta 'tindif jew passivazzjoni.
Dan l-ossiġnu, f'temperaturi elevati tal-fwar-130-200 grad skont il-pressjoni joħloq ambjent ossidattiv. Polimeri li huma termalment stabbli f'atmosferi inerti jistgħu jgħaddu minn degradazzjoni ossidattiva fil-preżenza ta 'ossiġnu. It-temperatura tal-bidu tad-degradazzjoni, u r-rata ta 'degradazzjoni 'l fuq minn dik it-temperatura, jiddependu fuq l-istruttura molekulari tal-polimeru.
PTFE u FEP huma t-tnejn polimeri perfluorinati u jaqsmu reżistenza kimika eċċellenti. Ir-rispons tagħhom għal temperatura elevata fil-preżenza ta 'ossiġnu, madankollu, ivarja minħabba differenzi fl-arkitettura tal-katina u l-kristallinità. Il-fehim ta 'din id-differenza huwa importanti għall-applikazzjonijiet tal-iskambjatur tas-sħana fejn il-kontroll tal-kwalità tal-fwar huwa imperfett.
Id-Differenza tal-Kimika tal-Ossidazzjoni
PTFE jikkonsisti f'unitajiet ripetuti ta' -CF₂-CF₂-. Il-katina tal-polimeru hija kompletament saturata bil-fluworin. M'hemm l-ebda bonds C-H, l-ebda bonds C-Cl, u l-ebda insaturazzjoni. L-enerġija ta' dissoċjazzjoni tal-bond C-F hija bejn wieħed u ieħor 485 kJ/mol. Is-sinsla tal-karbonju hija kompletament protetta mill-atomi tal-fluworin, li jiffurmaw għant helical issikkat madwar il-katina.
Fil-preżenza ta' ossiġnu f'temperatura elevata, PTFE jgħaddi minn degradazzjoni ossidattiva biss f'temperaturi fejn ir-rabtiet tas-sinsla C-C jibdew jinkisru-' l fuq minn madwar 300 grad fl-arja. Il-prodotti ta 'ossidazzjoni huma fluworidu tal-karbonil (COF₂) u fluworidu tat-trifluworoaċetil (CF₃COF), li idrolizzaw għal HF u CO₂. Taħt il-260 grad, ir-rata hija negliġibbli għall-ħajja tat-tagħmir prattiku.
FEP huwa kopolimeru ta 'tetrafluoroethylene u hexafluoropropylene. Il-komonomeru HFP jintroduċi unitajiet -CF(CF₃)-CF₂-, li joħolqu siti tal-karbonju terzjarji fejn il-karbonju huwa marbut ma' tliet karbonju oħra u grupp wieħed tal-ġenb CF₃. Dawn is-siti tal-karbonju terzjarju huma aktar suxxettibbli għal attakk termali u ossidattiv mill-karbonju sekondarji fil-katina PTFE. Ir-rabta C-C fil-punt tal-fergħa għandha enerġija ta' dissoċjazzjoni tal-bonds kemxejn aktar baxxa. L-istruttura tal-katina irregolari tnaqqas ukoll il-kristallinità, u żżid il-permeazzjoni tal-ossiġnu fir-reġjuni amorfi.
| Parametru tad-Degradazzjoni Termali | PTFE | FEP |
|---|---|---|
| Struttura tal-katina | Lineari -CF₂-CF₂- | Fergħat b'unitajiet -CF(CF₃)-CF₂- |
| Kristallinità (%) | 50-70 | 30-45 |
| Bidu ta' telf ta' piż li jista' jitkejjel fl-arja (grad) | ~350 | ~300 |
| Temperatura ta' servizz kontinwu fl-arja (grad) | 260 | 204 |
| Rata ta' degradazzjoni fil-fwar b'1 ppm O₂ f'200 grad (% telf ta' massa/1,000 siegħa) | <0.01 | 0.05-0.2 |
| Rata ta' degradazzjoni fil-fwar b'10 ppm O₂ f'200 grad (% telf ta' massa/1,000 siegħa) | <0.02 | 0.2-0.5 |
| Ħajja ta' servizz prattika f'fwar arrikkit bl-ossiġnu-f'180 grad (snin) | 15+ | 5-10 |
Il-Vulnerabilità tal-Fażi Amorfu
Il-kristallinità aktar baxxa tal-FEP tfisser frazzjoni akbar tal-polimeru teżisti bħala ktajjen ta' fażi amorfu-disordinati b'volum ħieles ogħla. L-ossiġnu jgħaddi aktar faċilment mir-reġjuni amorfi. Il-kombinazzjoni ta 'konċentrazzjoni ogħla ta' ossiġnu fil-polimeru u s-siti tal-karbonju terzjarju aktar reattivi tipproduċi rata ta 'degradazzjoni ossidattiva li tista' titkejjel aktar mgħaġġla.
Fil-fwar b'ossiġnu maħlul normali (<10 ppb), the oxygen concentration is too low to cause measurable degradation of either polymer. The difference between PTFE and FEP is irrelevant. In oxygen-enriched steam-from a deaerator malfunction, chemical cleaning with oxygenated water, or intentional oxygen addition-the difference becomes significant.
F'200 grad b'10 ppm ossiġnu maħlul, FEP jitlef 0.2-0.5% tal-massa tiegħu kull 1,000 siegħa permezz ta 'qassjoni tal-katina ossidattiva u evoluzzjoni tal-prodott volatili. Matul sena operattiva ta '10,000 siegħa, dan jirrappreżenta telf ta' massa ta '2-5%. PTFE taħt kundizzjonijiet identiċi jitlef inqas minn 0.02% għal kull 1,000 siegħa-rata ta 'degradazzjoni 10-25 × aktar bil-mod.
L-Implikazzjoni tad-Disinn
Għal sistemi tal-fwar b'deaerazzjoni affidabbli u tneħħija tal-ossiġnu-in-norma f'impjanti industrijali-imħaddma tajjeb-kemm PTFE kif ukoll FEP jipprovdu ħajja ta' servizz adegwata. L-ispiża aktar baxxa u l-weldjabbiltà tal-FEP jistgħu jiffavorixxuh f'dawn l-applikazzjonijiet.
Għal sistemi tal-fwar b'eskursjonijiet magħrufa tal-ossiġnu, għal proċessi fejn l-ossiġnu huwa preżenti intenzjonalment fil-fwar, jew għal applikazzjonijiet fejn il-kwalità tal-fwar mhix ikkontrollata sewwa, l-istabbiltà ossidattiva superjuri tal-PTFE tagħmilha l-għażla ta'-riskju aktar baxx. Il-limitu tat-temperatura għall-PTFE fl-ossiġnu-fwar arrikkit jista 'jinżamm f'260 grad; Il-limitu prattiku tal-FEP għandu jiġi derated għal madwar 180 grad.
Sommarju
Tubi tal-iskambjatur tas-sħana PTFE juru reżistenza aħjar għal degradazzjoni termali ossidattiva minn FEP fl-ossiġnu-fwar arrikkit, minħabba n-nuqqas ta 'siti tal-karbonju terzjarji, l-ilqugħ aktar b'saħħtu tas-sinsla tal-karbonju mill-kisja tal-fluworin, u kristallinità ogħla li tnaqqas il-permeazzjoni tal-ossiġnu. F'fwar normali b'ossiġnu maħlul baxx, iż-żewġ polimeri jaħdmu b'mod adegwat. Fl-ossiġnu-fwar arrikkit, PTFE jiddegrada 10-25 × aktar bil-mod mill-FEP u jżomm il-klassifikazzjoni tat-temperatura sħiħa tiegħu, filwaqt li l-limitu prattiku tat-temperatura tal-FEP għandu jitnaqqas.
L-appoġġ tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tal-fluworopolimeru f'kundizzjonijiet speċifiċi tal-kwalità tal-fwar huwa disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-pressjoni tal-fwar, il-konċentrazzjoni tal-ossiġnu maħlul (normali u eskursjoni), u l-ħajja tas-servizz tat-tagħmir meħtieġ.
