Як товщина стінки оболонки з нержавіючої сталі 316 впливає на швидкість зовнішнього забруднення від полімеризаційного середовища в електричних занурювальних нагрівачах для резервуарів для смоли та клею?

Зовнішнє забруднення, накопичення-полімеризованого матеріалу на поверхні оболонки, є постійною та дорогою проблемою для інженерів-хіміків, які використовують електричні занурювальні нагрівачі у виробництві смоли, клею та переробці полімерів. Шари забруднення виконують роль теплоізоляторів і знижують ефективність теплопередачі. Обігрівач повинен працювати при підвищеній внутрішній температурі дроту. Забруднення критичної товщини може призвести до перегріву та виходу з ладу нагрівача, що може потребувати відключення та очищення бака. Швидкість забруднення оболонки з нержавіючої сталі 316 залежить від товщини стінки через два механізми: температура поверхні при певній щільності ват і теплова реакція під час циклів очищення. Більш товсті стінки нагріваються при тій самій вихідній потужності, що може пришвидшити полімеризаційне забруднення, але також забезпечує більшу толерантність до частого механічного чищення. У цьому документі оцінюється взаємозв’язок між товщиною стінки оболонки 316, температурою поверхні та швидкістю забруднення в полімеризаційному середовищі та надаються пропозиції щодо вибору нагріву смоли та клею.

Полімеризаційне забруднення на 316 поверхнях: вплив температури
Many resin and adhesive systems undergo polymerisation by free-radical or condensation processes that are exponentially dependent on temperature. The Arrhenius relation indicates that the rate of polymerisation on a heated surface typically doubles for each 10–15℃ rise in temperature. The rate of polymerisation fouling on a sheath surface at 100 ℃ in an unsaturated polyester resin at a bulk temperature of 80 ℃ is about 0.1 mm/week for a 316 sheath. On the surface at 120oC the pace climbs to 0.4mm each week. At 140℃ it is 1.5 mm/week - fast enough to foul the heater completely in one month. The crucial surface temperature threshold for most polymerising media is roughly 15-25℃ above the bulk resin temperature. Below this level fouling is gradual and controlled. Above it, the fouling proceeds with great rapidity. A thicker 316 sheath creates a greater surface temperature for a given watt density. Thus the thick-walled heaters at the same bulk temperature and power output are more prone to quick fouling than the thin-walled heaters.

Як товщина стінки впливає на цикл очищення від забруднень
Товщина стінки оболонки впливає як на легкість очищення, так і на ризик пошкодження оболонки, якщо проводити періодичне очищення (зазвичай кожні 2–4 тижні). Очищення тонкостінних оболонок менше 1,0 мм легше, оскільки під час очищення шар забруднення тонший, оскільки нижча температура поверхні зменшує швидкість забруднення. Однак процедури механічного чищення, як-от скребки, чищення щіткою або струмені води під високим тиском, можуть пошкодити тонкі стінки, зробивши на них вм’ятини або проколи. Оболонки товщиною понад 1,8 мм мають товсті стінки і не пошкоджуються при сильному механічному чищенні, але вони забруднюються швидше та утворюють більш товсті та міцні відкладення, які важче видалити. Таким чином, ідеальна товщина стінки для полімеризаційних носіїв є компромісом між достатньою товщиною, щоб протистояти чищенню, та достатньою тонкістю, щоб підтримувати температуру поверхні нижче порогового значення для швидкого забруднення. Цей оптимум знаходиться в діапазоні від 1,2 мм до 1,6 мм для більшості смол.

Рекомендована товщина стінки для служби полімеризаційного середовища
У наведеній нижче таблиці наведено рекомендовану товщину стінки оболонки 316 для електричних занурювальних нагрівачів для резервуарів для клею та адгезиву на основі температури об’ємного середовища, прогнозованої швидкості забруднення та техніки очищення.

Температурна температура маси Швидкість полімеризації при температурі маси Рекомендована щільність у Ваттах Рекомендована 316 Товщина стінки Температура поверхні оболонки за рекомендованої товщини Очікувана швидкість забруднення Рекомендований метод очищення
20 – 40 градусів (холодний старт, повільне затвердіння) Дуже низький 8 – 12 Вт/см2 1.0 – 1,4 мм 40 – 60 градусів < 0,05 мм/тиждень Лише хімічне промивання 40 – 60 градусів (тепле, м’яке затвердіння) Низький 6 – 10 Вт/см2 1.2 – 1,6 мм 60 – 80 градусів 0,05–0,15 мм/тиждень Хімічна або м’яка щітка 60–80 градусів (активне затвердіння) Помірна 4–8 Вт/см2 1.4–1,8 мм 80–100 градусів 0,15–0,40 мм/тиждень Хімічна та механічна 80–100 градусів (швидке затвердіння) Висока 3–6 Вт/см2 1.6 – 2,0 мм 100 – 120 градусів 0,40 – 1,00 мм/тиждень Часте хімічне очищення 100 – 120 градусів (дуже швидке затвердіння)Дуже висока 2 – 4 Вт/см² 1,8 – 2,5 мм 120 – 140 градусів 1,00 – 2,50 мм/тиждень Потрібне спеціальне антипригарне покриття
>120 градусів Дуже високий Нижче 2 Вт/см2 Не рекомендується Понад 140oC Швидкий вихід з ладу Перехід на парове або зовнішнє нагрівання
При температурах середовища вище 100 градусів активна полімеризація не рекомендується для оболонок з нержавіючої сталі 316, незалежно від товщини стінки. Температура поверхні, необхідна для отримання практичної щільності ват, неминуче буде вище порогу для швидкого забруднення. У таких ситуаціях інженерам може знадобитися зовнішнє нагрівання бака (кожухами або змійовиками) або заміна на оболонку з антипригарним покриттям. PTFE або фторполімерні покриття на оболонках 316 можуть забезпечити поверхню з низьким-енергетичним потенціалом, до якої полімеризовані матеріали не прилипають міцно, і можуть знизити рівень забруднення на 70–90%. Однак покриття збільшують витрати та можуть обмежувати максимальну робочу температуру до 200–260 градусів залежно від типу покриття.

Зміни конструкції для мінімізації забруднення без збільшення товщини стінок
Показано, що три вдосконалення конструкції зменшують швидкість забруднення без збільшення товщини стінки у випадках, коли для теплової реакції в полімеризаційних рідинах бажана тонкостінна оболонка 316 менше 1,2 мм. По-перше, це поліпшення циркуляції по поверхні нагрівача. Збільшивши швидкість рідини від стаціонарної до 0,5 м/с, температуру поверхні можна знизити на 10–15 градусів за тієї самої щільності ват завдяки покращеному коефіцієнту теплопередачі-з боку рідини. Нижча температура поверхні безпосередньо впливає на швидкість полімеризації. Друга зміна полягає в циклічній роботі нагрівача на більшій ватній потужності, а не на безперервній роботі з нижчою ватною щільністю. Обігрівач потужністю 12 Вт/см², який працює 5 хвилин увімкнено та 10 хвилин вимкнено, може мати таку саму середню потужність, як обігрівач, що постійно працює на рівні 8 Вт/см², але пікова температура поверхні вища. Робота при високій температурі може фактично посилити забруднення, тому переривчаста робота є вигідною лише тоді, коли час вимкнення дозволяє оболонці охолонути нижче порогу полімеризації, щоб запобігти накопиченню-відкладень. Останньою зміною є полірування поверхні оболонки до дзеркального блиску менше 0,2 мкм Ra. Гладкі поверхні легше чистити, оскільки полімери мають менше центрів зародження, до яких необхідно прилипати. Електрополірування оболонок 316 може знизити рівень забруднення на 20-40% порівняно з-обробкою штампуванням. У випадках, коли забруднення є неприйнятним для критичних застосувань, інженери повинні вказати конструкцію подвійної -оболонки зі знімною зовнішньою оболонкою. Зовнішня оболонка, виготовлена ​​з тонкої-стінки 316 або -матеріалу з антипригарним покриттям, збирає забруднення, і її можна часто замінювати, не відмовляючись від усього нагрівача. Ця техніка має початкові витрати, але зменшує довгострокові-експлуатаційні витрати в умовах сильного забруднення. Завжди запитуйте у виробника нагрівача прогнозовану температуру поверхні для необхідної щільності в ватах і товщини стінки, коли вказуєте нагрівачі для полімеризаційних середовищ. Порівняйте цю температуру з встановленим порогом полімеризації для конкретної смоли або клею. Різниця в 10 градусів може бути різницею між шістьма місяцями безвідмовної роботи та щотижневими відключеннями для очищення.