Trong các bình phân hủy áp suất-cao (ví dụ: phân hủy axit để phân tích nguyên tố, tổng hợp thủy nhiệt), áp suất tối đa cho phép đối với bộ gia nhiệt đóng gói PFA-ở 200 độ là 2–3 bar (30–45 psi) đối với độ dày thành 2 mm. Con số này thấp hơn nhiều so với mức 30–100 bar điển hình của bình tiêu hóa. Yếu tố hạn chế là độ bền đứt từ biến của PFA ở 200 độ, giảm xuống còn 3–5 MPa. Sử dụng công thức bình chịu áp-thành mỏng σ=P × D / (2 × t), với thanh D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (lý thuyết). Tuy nhiên, hiện tượng rão làm giảm áp suất cho phép từ 50–75% khi sử dụng lâu dài (1,000+ giờ). Áp suất làm việc an toàn là 2-3 bar. Đối với các bình phá mẫu thông thường hoạt động ở áp suất 50–100 bar, không thể sử dụng trực tiếp bộ gia nhiệt PFA. Thay vào đó, hãy sử dụng hệ thống sưởi bên ngoài (áo khoác, lò nướng) hoặc cách ly lò sưởi ở vùng áp suất thấp (ví dụ: cánh tay bên có rào cản áp suất). Không bao giờ tạo áp suất cho lò sưởi PFA vượt quá 5 bar ở 200 độ.
Giới hạn áp suất ở nhiệt độ cao
PFA mất độ bền cơ học nhanh chóng trên 150 độ. Ở 200 độ, độ bền kéo là 6–8 MPa (ngắn hạn) và cường độ đứt của rão ở 1.000 giờ chỉ là 2–4 MPa. Ứng suất thiết kế cho hoạt động liên tục phải nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 MPa. Sử dụng công thức P=2 × σ × t / D:
| Tường PFA (mm) | Ứng suất thiết kế (MPa) ở 200 độ | Ống OD (mm) | Áp suất tối đa (bar) | Áp suất làm việc an toàn (bar) | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Áp suất rất thấp |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Áp suất thấp |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | cận biên |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Chấp nhận được cho áp suất rất thấp |
| 2.0 | 3.0 (ngắn hạn{1}}) | 25 | 4.8 | - | Chỉ dành cho những chuyến du ngoạn ngắn ngày |
Đối với quá trình phá mẫu 50 bar điển hình, độ dày thành yêu cầu sẽ là t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - là không thể.
So sánh các loại thiết bị làm nóng cho quá trình phân hủy áp suất-cao
| Loại máy sưởi | Áp suất tối đa ở 200 độ (bar) | Độ dày của tường | Thích hợp cho 50–100 thanh? | Thay thế |
|---|---|---|---|---|
| PFA-được đóng gói (2 mm) | 1–2 | 2mm | KHÔNG | Sưởi ấm bên ngoài |
| PFA-được đóng gói (5 mm) | 5–8 | 5mm | Không (vẫn còn quá thấp) | Không thực tế |
| Thép-vỏ bọc (Incoloy) | 100+ | 0,5 mm kim loại | Có (nhưng không kháng hóa chất) | Yêu cầu lớp lót PFA của tàu |
| Thạch anh/thủy tinh | Chỉ bên ngoài | N/A | Không (dễ vỡ) | Tàu có áo khoác |
| Titan (vỏ bọc) | 100+ | 1mm kim loại | Đúng | Đối với dịch vụ ăn mòn |
| Hệ thống sưởi bên ngoài (áo khoác, lò nướng) | Tàu đánh giá | N/A | Đúng | Được ưu tiên cho các tàu có lót PFA{0}} |
Giải pháp thiết thực cho tàu tiêu hóa
Nếu bạn cần làm nóng bình phân hủy được lót bằng PFA để kháng hóa chất, đừng đặt bộ gia nhiệt PFA bên trong vùng-áp suất cao. Thay vì:
Dải sưởi bên ngoàixung quanh một thùng kim loại có lớp lót PFA. Lớp lót PFA nhìn thấy áp lực và sự tấn công hóa học; lò sưởi ở bên ngoài.
Lò sưởi: Đặt toàn bộ bình phân hủy vào lò-không khí cưỡng bức ở nhiệt độ 200 độ . Lớp lót PFA xử lý hóa học; lò cung cấp nhiệt.
Tuần hoàn vũ khí bên hông: Tuần hoàn môi trường phân hủy thông qua bộ trao đổi nhiệt PFA bên ngoài vùng áp suất cao{0}}bằng cách sử dụng máy bơm. Bộ trao đổi nhiệt PFA có thể được thiết kế cho áp suất thấp hơn (2–3 bar) vì độ giảm áp suất nhỏ.
Tắm nước nóng có áp suất: Nhúng bình phân hủy vào bể nước nóng có áp suất ở 200 độ (cần phải hấp tiệt trùng). Bồn tắm làm nóng tàu từ bên ngoài.
Ví dụ trường
Một phòng thí nghiệm đã tiến hành tổng hợp thủy nhiệt ở nhiệt độ 200 độ và 60 bar trong bình thép lót PFA-. Họ đã cố gắng sử dụng lò sưởi PFA ngâm trong nước (tường 2 mm) để làm nóng dung dịch. Máy sưởi bị sập ở mức 10 bar (thiếu mục tiêu). Họ chuyển sang sử dụng áo sưởi bên ngoài (máy sưởi băng tần 3 kW trên thùng thép bên ngoài). Lớp lót PFA vẫn còn nguyên. Tàu đạt nhiệt độ 200 độ và 60 bar an toàn. Máy sưởi ở bên ngoài nên áp suất không phải là vấn đề.
Nguyên tắc an toàn
Không bao giờ vượt quá 5 bar trên bất kỳ lò sưởi PFA nào ở 200 độ, bất kể độ dày của tường.
For pressure >3 bar, chỉ sử dụng hệ thống sưởi bên ngoài.
Lắp đặt van giảm áp ở mức 3 bar trên bất kỳ bình nào có bộ gia nhiệt PFA ngâm trong nước hoạt động ở 200 độ.
Theo dõi vỏ bọc PFA xem có bị phồng hoặc phồng rộp không; những điều này cho thấy sự cố leo thang sắp xảy ra.
Kết luận: Tối đa 2–3 bar cho Bộ gia nhiệt PFA ở 200 độ
Áp suất tối đa cho phép đối với bộ gia nhiệt PFA trong bình phân hủy áp suất cao-ở 200 độ là 2–3 bar, thấp hơn nhiều so với mức 50–100 bar điển hình cho các quy trình như vậy. PFA mất độ bền cơ học ở nhiệt độ cao và hiện tượng rão làm giảm áp suất nổ đến mức không an toàn. Để phân hủy áp suất-cao, hãy sử dụng hệ thống sưởi bên ngoài (áo khoác, lò nướng) hoặc cách ly bộ gia nhiệt PFA trong vòng tuần hoàn áp suất-thấp. Đừng bao giờ dựa vào bộ gia nhiệt PFA như một bộ phận-có áp suất trên 3 bar ở 200 độ . Polyme sẽ bị rão, phồng lên và vỡ ra. Giữ áp suất thấp hoặc để máy sưởi bên ngoài. Trong quá trình tiêu hóa, PFA dùng để kháng hóa chất chứ không phải để ngăn áp suất. Hiểu giới hạn, thiết kế phù hợp và vận hành an toàn. Bình của bạn phải có áp suất; máy sưởi của bạn không nên. Tách biệt các chức năng, đạt được thành công.
