Як біологічні-розчинники впливають на вибір матеріалу для фторполімерних прокладок теплообмінника?

Теплообмінники, які працюють із екологічно чистими розчинниками-біологічного походження, мають змінюватися разом із хімічною промисловістю. Незважаючи на дещо іншу взаємодію з еластомерними прокладками, що ущільнюють фторполімерний обмінник, замінник толуолу, тетрагідрофурану або дихлорметану може забезпечити порівнянну продуктивність процесу. На твердість прокладки, набухання та -тривалу силу ущільнення можуть вплинути навіть незначні зміни спорідненості розчинника.

Перевірити, чи традиційно надійні ущільнювальні матеріали все ще сумісні з новітнім поколінням відновлюваних розчинників, є новою інженерною проблемою, спричиненою переходом до стійкої хімії.

Зростаюча важливість вибору прокладки теплообмінника з фторполімерної сумісності з біологічними розчинниками відображає ширший рух промисловості до низько-токсичних технологічних хімічних речовин-біологічного походження.

Чому біологічні-розчинники поводяться по-різному
Багато сучасних екологічно чистих розчинників працюють так само, як і традиційні нафтохімічні розчинники, але мають менший негативний вплив на навколишнє середовище або є отруйними.

Приклади складаються з:

2-MeTHF, або метилтетрагідрофуран

Циклопентилметиловий ефір (CPME)

Лактат етиловий

Карбонат диметил

Складні ефіри, отримані з біомаси

Розчинники на основі терпенів

Незважаючи на те, що ці матеріали можуть бути безпосередньо замінені в поточних процесах, їх молекулярні структури часто відрізняються від структур розчинників, які вони замінюють.

На сумісність прокладок впливає ряд хімічних властивостей:

Полярність молекул

Хімія функціональних груп

Дифузія розчинників

Молекулярні розміри

Поведінка водневих зв'язків

Ці зміни можуть впливати на проникнення розчинника або взаємодію з еластомерними ущільнювальними матеріалами.

Будучи хімічною речовиною, зелений розчинник все ще повинен постійно міститися в теплообміннику.

Причини, чому прокладки є більш небезпечними, ніж PTFE
Основні зволожені поверхні фторполімерних теплообмінників часто виготовляються з PTFE або подібних фторполімерів. Загалом PTFE все ще стійкий майже до всіх органічних розчинників і агресивних хімічних речовин.

Однак системи прокладок більш складні.

Багато прокладок теплообмінника поєднують різні матеріали, наприклад:

Прокладки для PTFE конвертів

Вітонові сердечники

Еластомери з EPDM

Силіконові підкладки

Наповнювачі з PTFE, що розширюються

Зовнішній шар PTFE може забезпечувати хімічний захист, але внутрішня еластомерна серцевина все ще контролює стисливість і стійкість до ущільнення.

З часом еластомер під ним може набухнути, розм’якшитися, стиснутися або затвердіти, якщо молекули розчинника просочуються через крихітні дефекти, шви або відкриті поверхні.

Вплив набрякання розчинника на характеристики прокладки
Коли молекули розчинника проникають у структуру еластомеру та фізично розширюють матеріал, відбувається набухання прокладки.

Помірне набрякання спочатку може покращити силу герметизації, але надмірне поглинання часто створює значні довгострокові- труднощі.

Потенційні наслідки включають:

Втрата міцності на стиск

Розм'якшення серцевини прокладки

Постійна деформація

Екструзія-під тиском

зниження навантаження на болт

Витік ущільнення під час термічного циклу

І навпаки, деякі розчинники можуть витягувати пластифікатори або добавки з еластомерів, спричиняючи усадку та крихкість замість розбухання.

Будь-яка обставина може порушити цілісність ущільнення.

Проблеми з вітоном і EPDM у розчинниках на основі біо-
Через їхню високу хімічну стійкість до вуглеводнів і хлорованих розчинників фторэластомери, такі як Viton, часто широко використовувалися в традиційних службах розчинників.

Тим не менш, деякі новітні біо-розчинники мають хімічний склад складних ефірів або кисневі функціональні групи, які взаємодіють з мережами еластомерів незвичайним чином.

Варіабельність продуктивності Viton
Історично склалося так, що прокладки оболонки з PTFE з серцевиною з Viton показали хорошу ефективність у різноманітних системах розчинників. Однак деякі розчинники на основі біо-можуть пом’якшити компонент Viton сильніше, ніж очікувалося, особливо коли полярність або вміст естеру зростає.

Така поведінка може призвести до:

Знижена міцність

Компресійний комплект

Набряк

Нестабільність ущільнення під навантаженням

Відмінності сумісності з EPDM
EPDM може несприятливо реагувати з деякими органічними розчинниками, але зазвичай він добре працює в полярних рідинах і системах на основі води-.

У міру того, як стійка хімія розчинників розширюється, припущення щодо сумісності на основі звичайних нафтохімічних розчинників стають менш надійними.

Тестування на сумісність з ASTM D471
ASTM D471 є стандартною лабораторною процедурою для оцінки сумісності гуми та еластомеру.

Цей метод випробування аналізує, як змінюється матеріал після контрольованого занурення в хімічну рідину.

Типові критерії оцінки включають:

Здуття обсягу

Зміна твердості

Зміна міцності на розрив

Зміна ваги

Деградація зовнішнього вигляду

Якщо матеріал прокладки сильно набухає або розм’якшується в новому середовищі розчинника, це можна негайно визначити за допомогою прямого випробування зануренням.

Випробування ASTM D471 все частіше проводяться для матеріалів, які мали десятирічну історію експлуатації зі старими розчинниками, оскільки багато стійких розчинників є відносно новими для промислової обробки.

Міркування про проникнення PTFE
Проте проникнення може статися за деяких обставин, навіть якщо вважається, що PTFE є хімічно інертним практично до всіх органічних розчинників.

Особливо за високих температур або тривалого часу впливу невеликі молекули розчинника можуть повільно дифундувати через фторполімерні структури.

Сам PTFE не завжди зазнає шкоди через проникнення, хоча він може дозволити взаємодію розчинника з:

Серцевини прокладки всередині

шари армування

Вторинні матеріали для пломбування

Таким чином, навіть якщо поверхні з ПТФЕ здаються хімічно непроникними, повна сумісність прокладки в зборі все одно має вирішальне значення.

Необхідність зміни баз даних сумісності
Десятиліття досвіду використання традиційних нафтохімічних розчинників привели до розробки численних опублікованих таблиць хімічної сумісності.

Стійка хімія розчинників зараз розвивається швидше, ніж деякі з поточних довідкових баз даних.

Сімейство нових розчинників часто не має:

Дані про-тривале старіння

Дослідження проникнення

Записи про-сумісність із високими температурами

Результати впливу змішаного-розчинника

Перевірка термоциклування

Це означає, що замість того, щоб залежати лише від попередніх припущень, виробники обмінників і кінцеві користувачі тепер мають додаткову потребу підтвердити сумісність шляхом експериментів.

Під час сертифікації процесу та специфікації обладнання сертифікована документація сумісності стає все більш важливою.

Тенденції у виборі матеріалу фторполімерного теплообмінника
Промислова реакція на розвиток хімії розчинників уже впливає на плани щодо матеріалів прокладок.

Вимальовується декілька тенденцій:

Збільшене використання повністю інкапсульованих прокладок
Більш агресивні системи розчинників викликають інтерес до повністю інкапсульованих конструкцій прокладок з PTFE, які зменшують вплив еластомеру.

Розширена перевірка в лабораторії
Замість використання одно-компонентних еталонних розчинників для перевірки хімічної сумісності все частіше використовуються реальні технологічні суміші.

Спеціальні еластомерні суміші
Постачальники прокладок створюють модифіковані фторэластомерні та EPDM-з’єднання, призначені для стійкості до відновлюваних розчинників.

Суворіші вимоги до кваліфікації постачальників
Кінцеві користувачі все частіше вимагають:

Дані ASTM D471

Довгострокові-дослідження занурення

Перевірка термічного старіння

Результати випробувань на проникнення

Фокус зміщується від загальних припущень щодо сумісності до перевірки-спеціальної програми.

Більш широкий вплив на проектування технологічного обладнання
Дебати щодо вибору фторполімерної прокладки обмінника для сумісності з біо-розчинниками відображають ширші зміни, що відбуваються в хімічній промисловості.

Матеріали обладнання повинні завжди змінюватися в міру того, як стійка хімія просувається до:

Полярні характеристики нових розчинників

Зміна поведінки вилучення

Різні особливості проникнення

Нові вимоги до термічної стабільності

Навіть незначні зміни в хімічному процесі можуть спричинити непередбачувану взаємодію з ущільненнями, покриттями, шлангами та компонентами теплообмінника.

Фторполімерні теплообмінники – не єдині системи, які стикаються з цією проблемою, але вони часто працюють у суворих умовах, де навіть незначні дефекти ущільнення можуть бути фатальними.

На закінчення
Перехід до розчинників на основі біо- знаменує собою велике досягнення в екологічній хімічній обробці, але він також приносить нові проблеми сумісності матеріалів для фторполімерних прокладок теплообмінника. Хоча сам PTFE значною мірою стійкий до більшості органічних розчинників, еластомерні прокладки, такі як Viton та EPDM, можуть по-різному реагувати на відновлювані розчинники зі зміною полярності та молекулярної структури.

Випробування зануренням ASTM D471 стає все більш важливим для підтвердження ефективності прокладки з поточними стійкими розчинниками, особливо оскільки бази даних сумісності продовжують наздоганяти розширення спектра альтернатив екологічної хімії.

Надійна герметизація тепер залежить від підвищеної уваги до перевірки матеріалу, поведінки проникнення та тривалої -взаємодії з розчинником.

Кожна зміна в хімічному процесі хімічної обробки врешті-решт вимагає ретельної повторної перевірки елементів, які повинні їх містити.