În vasele de digestie cu presiune înaltă-(de exemplu, digestie acidă pentru analiză elementară, sinteză hidrotermală), presiunea maximă admisă pentru un încălzitor încapsulat cu PFA-la 200 de grade este de 2–3 bar (30–45 psi) pentru o grosime a peretelui de 2 mm. Acesta este mult sub 30-100 bar tipic vaselor de digestie. Factorul limitativ este rezistența la rupere la fluaj a PFA la 200 de grade, care scade la 3-5 MPa. Folosind formula vasului sub presiune cu perete subțire σ=P × D / (2 × t), cu D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (teoretic). Cu toate acestea, fluentul reduce presiunea permisă cu 50–75% pentru serviciul pe termen lung (1,000+ ore). Presiunea de lucru sigură este de 2-3 bar. Pentru vasele de digestie tipice care funcționează la 50–100 bar, încălzitoarele PFA nu pot fi utilizate direct. În schimb, utilizați încălzire externă (jachetă, cuptor) sau izolați încălzitorul într-o zonă cu presiune joasă-(de exemplu, o armă cu barieră de presiune). Nu presurizați niciodată un încălzitor PFA peste 5 bari la 200 de grade.
Limite de presiune la temperatură ridicată
PFA își pierde rezistența mecanică rapid peste 150 de grade. La 200 de grade, rezistența la tracțiune este de 6–8 MPa (pe termen scurt), iar rezistența la rupere la fluaj la 1.000 de ore este de numai 2–4 MPa. Tensiunea de proiectare pentru serviciul continuu trebuie să fie mai mică sau egală cu 1,5 MPa. Folosind formula P=2 × σ × t / D:
| PFA perete (mm) | Tensiunea de proiectare (MPa) la 200 de grade | OD tub (mm) | Presiune maximă (bar) | Presiune de lucru sigură (bar) | Aplicație |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Presiune foarte scăzută |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Joasă presiune |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | Marginal |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Acceptabil pentru presiune foarte scăzută |
| 2.0 | 3.0 (-pe termen scurt) | 25 | 4.8 | - | Doar pentru scurte excursii |
Pentru o digestie tipică de 50 bar, grosimea necesară a peretelui ar fi t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - imposibil.
Comparația tipurilor de încălzitoare pentru digestia cu presiune înaltă{0}
| Tip încălzitor | Presiune maximă la 200 de grade (bar) | Grosimea peretelui | Potrivit pentru 50-100 bar? | Alternativă |
|---|---|---|---|---|
| PFA-încapsulat (2 mm) | 1–2 | 2 mm | Nu | Încălzire exterioară |
| PFA-încapsulat (5 mm) | 5–8 | 5 mm | Nu (încă prea scăzut) | Nu practic |
| Învelit-oțel (Incoloy) | 100+ | metal de 0,5 mm | Da (dar nu rezistent la chimicale) | Necesită căptușeala PFA a navei |
| Cuarț/sticlă | Doar extern | N/A | Nu (fragil) | Vas îmbrăcat |
| Titan (învelit) | 100+ | metal de 1 mm | Da | Pentru servicii corozive |
| Încălzire exterioară (jachetă, cuptor) | Evaluat pentru navă | N/A | Da | De preferat pentru navele cu căptușeală-PFA |
Soluție practică pentru vasele de digestie
Dacă trebuie să încălziți un vas de digestie căptușit cu PFA pentru rezistență chimică, nu puneți încălzitorul PFA în zona de-înaltă presiune. In schimb:
Banda de incalzire externaîn jurul unui vas metalic cu căptușeală PFA. Căptușeala PFA vede presiunea și atacul chimic; incalzitorul este afara.
Încălzirea cuptorului: Puneți întregul vas de digestie într-un cuptor cu aer forțat-la 200 de grade . Căptușeala PFA se ocupă de chimie; cuptorul oferă căldură.
Recircularea armelor: Circulați mediul de digestie printr-un schimbător de căldură PFA în afara zonei de-înaltă presiune folosind o pompă. Schimbătorul de căldură PFA poate fi proiectat pentru o presiune mai mică (2–3 bar) deoarece căderea de presiune este mică.
Baie de apă fierbinte sub presiune: Scufundați vasul de digestie într-o baie de apă fierbinte sub presiune la 200 de grade (necesită autoclavă). Baia încălzește vasul din exterior.
Exemplu de câmp
Un laborator a efectuat sinteza hidrotermală la 200 de grade și 60 de bari într-un vas din oțel căptușit cu PFA-. Ei au încercat să folosească un încălzitor cu PFA imersat (perete de 2 mm) pentru a încălzi soluția. Încălzitorul s-a prăbușit la 10 bari (în scurt timp). Au trecut la o manta de incalzire externa (incalzitor cu banda de 3 kW pe vasul exterior din otel). Căptușeala PFA a rămas intactă. Vasul a ajuns în siguranță la 200 de grade și 60 de bari. Încălzitorul era afară, așa că presiunea nu a fost o problemă.
Ghid de siguranță
Nu depășiți niciodată 5 bar la orice încălzitor PFA la 200 de grade, indiferent de grosimea peretelui.
For pressure >3 bar, utilizați numai încălzirea externă.
Instalați o supapă de limitare a presiunii setată la 3 bar pe orice vas care are un încălzitor PFA scufundat care funcționează la 200 de grade.
Monitorizați teaca PFA pentru umflare sau vezicule; acestea indică o eroare iminentă.
Concluzie: Maxim 2–3 bari pentru încălzitorul PFA la 200 de grade
Presiunea maximă admisă pentru un încălzitor PFA într-un vas de digestie cu presiune înaltă-la 200 de grade este de 2–3 bar, cu mult sub 50–100 bar tipic pentru astfel de procese. PFA își pierde rezistența mecanică la temperaturi ridicate, iar fluajul reduce presiunea de spargere la niveluri nesigure. Pentru digestia cu presiune înaltă-, utilizați încălzire externă (jachetă, cuptor) sau izolați încălzitorul PFA într-o buclă de recirculare cu presiune joasă-. Nu vă bazați niciodată pe un încălzitor PFA ca o componentă-conținând presiune peste 3 bari la 200 de grade . Polimerul se va strecura, se va umfla și se va rupe. Mențineți presiunea scăzută sau țineți încălzitorul afară. În digestie, PFA este pentru rezistența chimică, nu pentru reținerea presiunii. Înțelegeți limita, proiectați în consecință și operați în siguranță. Vasul tău ar trebui să conțină presiune; încălzitorul dvs. nu ar trebui. Separați funcțiile, obțineți succes.
