Harorat yoki bosim ftorpolimerlarning amaliy chegaralaridan oshib ketganda yoki mumkin bo'lgan eng yuqori issiqlik samaradorligi talab qilinganda, grafitli issiqlik almashtirgichlar korroziv kislota xizmati uchun etakchi nomzodga aylanadi. O'tkazmaydigan grafit korroziyaga chidamlilik va metallga o'xshash issiqlik o'tkazuvchanligining noyob aralashmasini taqdim etadi. Yuqori harorat va bosimlarda xlorid, gidroftorik, fosforik yoki sulfat kislota oqimlari bilan ishlov beradigan texnologik muhandislar uchun grafit{3}}asosli issiqlik uzatish uskunalari metall qotishmalari va ftorpolimer tizimlari orasidagi bo'shliqni to'ldiradigan mustahkam yechim beradi.
O'tkazmaydigan grafit nima?
Tabiiy, gözenekli shaklda sintetik grafit suyuqlik bilan ishlash uchun mos emas. Zich, oqish{1}}o‘tkazmaydigan materialni yaratish uchun gözenekli grafit substrati odatda fenolik, furan yoki PTFE (politetrafloroetilen)-bilan termoset qatroni bilan singdiriladi. Emdirish jarayoni mikroskopik bo'shliqlarni yopib qo'yadi, natijada o'tkazmaydigan grafit deb nomlanuvchi qattiq-g'ovak bo'lmagan kompozitsiya hosil bo'ladi. Ushbu material grafitning mukammal issiqlik o'tkazuvchanligini saqlab qoladi va shu bilan birga qatronlar tomonidan berilgan korroziyaga chidamliligini oladi.
O'tkazmaydigan grafitning ikkita asosiy turi mavjud:
Fenolik{0}}singdirilgan grafit:Taxminan 180-200 daraja (356-392 daraja F) gacha bo'lgan kislotalarning keng doirasiga mos keladigan eng keng tarqalgan tur. Fenolik qatronlar yaxshi kimyoviy qarshilik ko'rsatadi, ammo kuchli oksidlovchi moddalar uchun mos emas.
PTFE{0}}singdirilgan grafit:Ayniqsa oksidlovchi kislotalar va galogenlarga nisbatan kengroq kimyoviy muvofiqlikni taklif etadi. Biroq, PTFE emdirish fenolik turlarga nisbatan issiqlik o'tkazuvchanligini biroz pasaytiradi.
Korroziv kislota xizmatining asosiy afzalliklari
Favqulodda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi
O'tkazmaydigan grafitning eng o'ziga xos xususiyati uning issiqlik o'tkazuvchanligidir. Grafit issiqlik almashtirgichlari sinf va emdirishga qarab taxminan 80-120 Vt / m · K qiymatlarga erishadi. Taqqoslash uchun:
PTFE: ~0,25 Vt/m·K
Polipropilen: ~0,2 Vt/m·K
Zanglamaydigan po'lat: ~15 Vt/m·K
Karbonli po'lat: ~50 Vt/m·K
A grafit issiqlik almashinuvchisi korroziv kislota xizmatidastur ushbu yuqori o'tkazuvchanlikdan bevosita foyda keltiradi. Kerakli issiqlik uzatish yuzasi xuddi shu vazifa uchun PTFE almashtirgichdan sezilarli darajada kichikroq. Grafit blokli almashtirgich -ekvivalent PTFE qobig'i-va-quvur birligi hajmining o'ndan bir qismi bo'lishi mumkin. Ushbu ixchamlik o'rnatish joyini, quvurlarni o'tkazish xarajatlarini va termal suyuqlik inventarini kamaytiradi.
Kislotalarga keng qarshilik
O'tkazmaydigan grafit mineral kislotalarning keng doirasiga mukammal qarshilik ko'rsatadi, jumladan:
Xlorid kislotasi (HCl) barcha konsentratsiyalarda va 180 darajagacha bo'lgan haroratlarda
Hidroflorik kislota (HF) o'rtacha konsentratsiya va haroratgacha
Fosfor kislotasi (H₃PO₄) barcha konsentratsiyalarda
Oltingugurt kislotasi (H₂SO₄) taxminan 80-85% konsentratsiya va 180 darajadan past haroratlarda (85% dan yuqori konsentratsiyalar va yuqori haroratlarda oksidlovchi bo'ladi)
Sirka kislotasi va boshqa organik kislotalar
Metalllardan farqli o'laroq, grafit xlorid{0}}o'z ichiga olgan kislota oqimida chuqurchalar, yoriqlar korroziyasi yoki stressli korroziya yorilishidan aziyat chekmaydi. PTFE dan farqli o'laroq, grafit organik erituvchilar tomonidan hujumga uchramaydi va bosim ostida u o'tmaydi yoki sudralmaydi.
Termal aylanish va termal zarbaga qarshilik (ehtiyotkorlik bilan)
Grafit mo'rt bo'lsa-da, to'g'ri ishlab chiqilgan grafit issiqlik almashinuvchilari ko'plab keramikalarga qaraganda o'rtacha issiqlik aylanishiga toqat qiladilar. Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, shuningdek, grafit bloklari ichidagi harorat gradyanlarini kamaytiradi, termal stressni kamaytiradi. Biroq, haroratning tez o'zgarishi-ayniqsa, söndürme-yorilishga olib kelishi mumkin. Dizayn ko'rsatmalari harorat o'zgarishi tezligini daqiqada 5-10 darajaga cheklashni tavsiya qiladi.
Cheklovlar va chegirmalar-
Mexanik mo'rtlik
Muhim o'zgarish-mexanik mo'rtlikdir. Grafitli issiqlik almashtirgichlarni o'rnatish, tozalash va texnik xizmat ko'rsatish vaqtida ehtiyotkorlik bilan ishlatish kerak. Ular og'ir mexanik ta'sirlarga, tebranishlarga yoki suv bolg'asiga chiday olmaydi. Quvurlarni ulash quvurlari kuchlanishining grafit nozullariga o'tishining oldini olish uchun moslashuvchan muftalar yoki kengaytiruvchi birikmalarni talab qiladi. Ish paytida bosimning keskin ko'tarilishidan qochish kerak.
Oksidlovchi moddalarga sezuvchanlik
O'tkazmaydigan grafitga kuchli oksidlovchi moddalar hujum qilishini tan olish muhimdir. Qatronlar (fenol yoki PTFE) va grafitning o'zi oksidlanishga moyil. Quyidagi kimyoviy moddalar degradatsiyaga olib keladi:
Concentrated nitric acid (>20%)
Xrom kislotasi
Hot concentrated sulfuric acid (>85% va 150 darajadan yuqori)
Oksidlanish sharoitida galogenlar (xlor, brom).
Vodorod periks va boshqa peroksidlar
Ozon
Bunday xizmatlarda PTFE{0}}singdirilgan grafit biroz yaxshilangan qarshilikni taklif qiladi, ammo kuchli oksidlovchi muhitlar uchun PTFE issiqlik almashinuvchilari xavfsizroq tanlov bo'lib qoladi.
Maksimal xizmat ko'rsatish harorati
Maksimal uzluksiz xizmat ko'rsatish harorati emprenyega bog'liq. Fenolik{1}}singdirilgan grafit odatda 180–200 daraja (356–392 daraja F) gacha baholanadi. PTFE{7}}singdirilgan grafit taxminan 220 daraja (428 daraja F) gacha ishlay oladi. Bu haroratdan yuqori bo'lsa, qatronlar pasayib ketadi, bu esa o'tkazuvchanlikni yo'qotishiga va oxir-oqibat ishdan chiqishiga olib keladi. Yuqori haroratda kislotali xizmat ko'rsatish uchun kremniy karbid yoki boshqa ilg'or keramika ko'rib chiqilishi mumkin, ammo ancha yuqori narxga ega.
Bosim cheklovlari
Grafit issiqlik almashinuvchilari juda yuqori bosim uchun mos emas. Oddiy dizayn bosimlari blok almashtirgichlar uchun 6 dan 10 bargacha (90–150 psi) va uglerod po'latdan yasalgan qobiqli qobiq-va{8}}trubalar uchun 15 bar (220 psi) gacha. Yuqori bosimlar qalinroq grafit komponentlarini talab qiladi, ammo xarajat va ishlab chiqarish murakkabligi tezda oshadi.
Taqqoslash: Grafit va PTFE issiqlik almashinuvchisi
Quyidagi jadval korroziv kislota xizmati uchun grafit va PTFE issiqlik almashinuvchilari o'rtasidagi asosiy farqlarni umumlashtiradi.
| Mulk | Grafit (Fenol{0}}singdirilgan) | PTFE |
|---|---|---|
| Issiqlik o'tkazuvchanligi (Vt/m·K) | 80–120 | ~0.25 |
| Maksimal harorat (daraja) | 180–200 | 200–260 |
| Maksimal bosim (bar) | 6–15 | 3–5 |
| Mexanik kuch | Mo'rt, past zarba qarshiligi | Yumshoq, emirilishga moyil |
| Kislota chidamliligi (-oksidlanmaydigan) | Ajoyib | Ajoyib |
| Oksidlovchi kislotaga qarshilik | Poor (e.g., >20% HNO₃) | Ajoyib |
| Solventga qarshilik | Ajoyib | Ajoyib |
| O'tkazuvchanlik | Juda past | O'rtacha (galogenlar, gazlar) |
| Xuddi shu vazifa uchun nisbiy o'lcham | Kichik, ixcham | Katta, katta |
| Nisbiy xarajat (o'tkazilgan kVt uchun) | O'rtacha | Yuqori (katta o'lcham tufayli) |
| Ta'mirlash qulayligi | Qiyin (maxsus ulanishni talab qiladi) | Qiyin (almashtirish odatiy) |
Umumiy issiqlik almashtirgich konfiguratsiyasi
Blok issiqlik almashinuvchilari
Korroziv kislota xizmati uchun eng ko'p ishlatiladigan dizayn grafit blokli issiqlik almashtirgichdir. Qattiq grafit bloki ikkita perpendikulyar o'tish to'plami bilan burg'ulanadi-biri korroziy kislota uchun, biri xizmat suyuqligi (sovutish suvi, bug' yoki termal moy). Blok karbonli po'latdan yasalgan qobiq ichiga o'ralgan. Ushbu dizayn birlik hajmiga nisbatan juda yuqori sirt maydonini, mukammal qarshi oqim oqimini va korroziy tomondan qistirmali bo'g'inlarni taklif qiladi. Blok almashtirgichlar xlorid kislota sovutgichlari, fosforik kislota bug'latgichlari va HF kislotali isitgichlarda standart hisoblanadi.
Shell-va-quvurli grafitli issiqlik almashtirgichlar
Kattaroq vazifalar uchun yoki truba{0}}yonida ifloslanish muammosi bo'lgan joylarda grafit qobig'i-va-trubka almashtirgichlar mavjud. Grafit quvurlari (odatda 12-25 mm diametrli) grafit naychalarga o'rnatiladi, ular keyinchalik po'lat qobiq bilan o'raladi. Yuqori bosim ko'rsatkichlari uchun quvurlar tashqi tomondan shisha tolali yoki uglerod tolasi bilan mustahkamlangan bo'lishi mumkin. Ushbu almashtirgichlar trubaning ichki qismini mexanik tozalash imkonini beradi.
Immersion batareyalar va süngülü isitgichlar
Tankni isitish yoki sovutish uchun grafitli cho'milish batareyalari va nayzali isitgichlar korroziy kislota bilan bevosita aloqa qilishni ta'minlaydi. Ular tuzlash tanklarida, kislota saqlashda va reaktor idishlarida qo'llaniladi.
Sirtni pardozlash va kimyoviy ishlov berishda qo'llanilishi
Xlorid kislotani isitish va sovutish
Chelik tuzlash liniyalarida oksidni olib tashlashni tezlashtirish uchun xlorid kislota isitiladi. Grafit issiqlik almashinuvchilari HCl isitgichlari uchun standart bo'lib, 10-18% HCl bilan 70-90 daraja ishonchli ishlaydi. Xuddi shu almashtirgichlar regeneratsiyadan oldin ishlatilgan kislotani sovutadi.
Hidroflorik kislota xizmati
Neftni qayta ishlash zavodlari va florokimyoviy zavodlardagi alkillash qurilmalari HF kislotasidan foydalanadi. Grafit blokli almashtirgichlar harorat 180 darajadan past bo'lishi va namlik darajasi nazorat qilinishi sharti bilan suyuqlik va bug 'HF bilan ishlaydi. PTFE ham mos keladi, lekin grafitning yuqori o'tkazuvchanligi juda kichikroq birliklarga imkon beradi.
Fosfor kislotasi konsentratsiyasi
O'g'it ishlab chiqarishda fosfor kislotasi ko'p-ta'sirli bug'latgichlarda to'planadi. Grafitli issiqlik almashtirgichlar fosfor kislotasi, ftoridlar va silikofloridlarning korroziy aralashmasiga qarshilik ko'rsatadigan isitgichlar va kondensatorlar sifatida xizmat qiladi.
Sulfat kislota suyultirish sovutish
Konsentrlangan sulfat kislotaning suyultirilishi sezilarli issiqlik hosil qiladi. Grafit almashtirgichlar suyultirilgan kislota oqimini (60-80% H₂SO₄) samarali sovutadi, metall almashtirgichlar esa tez korroziyaga uchraydi.
Dizayn va operatsion eng yaxshi amaliyotlar
Xizmat muddatini maksimal darajada oshirish uchun agrafit issiqlik almashinuvchisi korroziv kislota xizmatio'rnatishda quyidagi amaliyotlar tavsiya etiladi:
Bosim o'chirish moslamalarini o'rnatingtutilgan suyuqliklarning termal kengayishidan himoya qilish uchun.
Moslashuvchan quvur ulanishlaridan foydalaning(PTFE{0}}qoplamali ko'rfaz yoki kauchuk kengaytiruvchi bo'g'inlar) barcha grafitli nozullarda.
Tez harorat o'zgarishidan saqlaning; termal zarbani cheklash uchun bug 'yoki sovutish suvi oqim tezligini nazorat qilish.
Muzlatishning oldini olingalmashtirgich ichidagi suv yoki suyultirilgan kislota, chunki muzning kengayishi grafitni yorib yuborishi mumkin.
Muntazam ravishda tekshiringyorilish, yig'lash yoki issiqlik uzatish ko'rsatkichlarining o'zgarishi uchun. Kichik oqishlarni ko'pincha grafit bilan to'ldirilgan-epoksi bilan tuzatish mumkin.
Xizmat suyuqligi (sovutish suvi)-oksidlanmasligiga ishonch hosil qiling; xlorli suv vaqt o'tishi bilan grafitga hujum qilishi mumkin.
Xulosa
Grafit issiqlik almashtirgichlar yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va kislotaga chidamliligi muhim ahamiyatga ega bo'lgan va ularning mexanik mo'rtligini ehtiyotkorlik bilan loyihalash va ishlatish orqali boshqarish mumkin bo'lgan aniq joyga xizmat qiladi. Oksidlovchi bo'lmagan mineral kislotalar-xlorid, gidroftorik va fosforik kislotalar-200 darajagacha bo'lgan haroratda va o'rtacha bosimda, grafit floropolimerlarga nisbatan ixcham, termal jihatdan samarali muqobildir. Materialning oksidlovchi moddalarga va mexanik zarbalarga sezgirligi asosiy cheklov bo'lib qolmoqda. Oxir oqibat, korroziy kislota xizmati uchun material tanlash termal, mexanik va kimyoviy omillarni muvozanatlashni o'z ichiga oladi. Yuqori termal samaradorlik va ixcham hajm talab qilinganda va kislota oqimi oksidlanmaydigan-bo'lsa, grafit issiqlik almashtirgich tengsiz yechim bo'lib qoladi.
