Lớp quy mô đáng ngạc nhiên
PTFE được chỉ định cho bề mặt chống dính. Năng lượng bề mặt thấp đẩy nước, chống bám dính và ngăn hầu hết cặn bám vào. Tuy nhiên, người vận hành thỉnh thoảng phát hiện ra một lớp cặn bám dính cứng trên các ống trao đổi nhiệt PTFE sau nhiều tháng sử dụng. Bề mặt chống dính-dường như đã bị hỏng.
Cân không phải là lỗi của đặc tính vật liệu PTFE. Việc không tôn trọng các giới hạn nhiệt độ mà tài sản đó hoạt động là không đúng. Trên nhiệt độ thành tới hạn, tính chất vật lý của sự hình thành cặn sẽ lấn át ưu điểm chống bám dính-của PTFE. Các cặn liên kết không phải thông qua sự bám dính hóa học mà thông qua một cơ chế khác: liên kết tinh thể với bề mặt polymer.
Hai cơ chế mở rộng quy mô
Cặn hình thành trên bề mặt trao đổi nhiệt thông qua hai cơ chế riêng biệt. Đầu tiên là sự lắng đọng dạng hạt: các tinh thể-được hình thành trước trong dung dịch khối sẽ lắng xuống bề mặt và bám dính thông qua lực van der Waals. Năng lượng bề mặt thấp của PTFE chống lại cơ chế này một cách hiệu quả. Lực hấp dẫn yếu không thể khắc phục được xu hướng các hạt tái{4}}bị cuốn vào dung dịch đang chảy.
Cơ chế thứ hai là kết tinh bề mặt: các ion hòa tan kết tủa trực tiếp lên bề mặt truyền nhiệt. Điều này xảy ra khi nhiệt độ trên tường làm thay đổi nồng độ cục bộ. Đối với các muối hòa tan nghịch như canxi sunfat, canxi cacbonat và canxi photphat, độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng. Bề mặt nóng nhất trong hệ thống-thành ống trao đổi nhiệt-trở thành vị trí kết tủa ưa thích.
Kết tinh bề mặt không yêu cầu độ bám dính hóa học. Các tinh thể tạo mầm ở lớp ranh giới tiếp giáp trực tiếp với thành ống, sau đó phát triển thành bề mặt nhám-vi mô. Tinh thể đang phát triển đan xen về mặt vật lý với địa hình bề mặt polymer. Khóa liên động cơ học này không yêu cầu liên kết hóa học và không bị phá hủy bởi năng lượng bề mặt thấp.
Bảng 1: Mức độ nghiêm trọng của tỷ lệ so với Nhiệt độ trên tường PTFE đối với kết tủa trong bể mạ thông thường
| Nhiệt độ tường (độ) | Cân canxi sunfat | Cân canxi cacbonat | Bùn hydroxit kim loại | Độ bền bám dính của quy mô |
|---|---|---|---|---|
| 60-80 | Tối thiểu | Tối thiểu | Lỏng lẻo, dễ dàng rửa sạch | Rất yếu |
| 80-100 | tiền gửi nhẹ | tiền gửi nhẹ | Tuân thủ vừa phải | Yếu đuối |
| 100-120 | quy mô vừa phải | quy mô vừa phải | Gắn chắc chắn | Vừa phải |
| 120-140 | Cân tinh thể nặng | Quy mô nặng | Liên kết chặt chẽ | Mạnh |
| 140-160 | Tích tụ nhanh và nghiêm trọng | Nghiêm trọng | Khó loại bỏ | Rất mạnh |
| >160 | Lượng mưa cực lớn | Vô cùng | Yêu cầu loại bỏ cơ học | Vô cùng |
Dữ liệu về canxi sunfat từ dung dịch chứa canxi-axit sulfuric; canxi cacbonat từ hệ thống nước cứng; hydroxit kim loại từ sắt và nhôm-có chứa chất điện phân. Độ bám dính được đo bằng áp suất loại bỏ tia nước.
Kích hoạt nhiệt độ tường
Quá trình chuyển đổi từ quy mô có thể quản lý sang quy mô có vấn đề xảy ra ở nhiệt độ tường từ 100 độ đến 120 độ đối với hầu hết các chất kết tủa phổ biến. Dưới 100 độ, tốc độ kết tinh bề mặt chậm. Năng lượng bề mặt thấp của PTFE mang lại lợi ích có ý nghĩa bằng cách ngăn chặn quá trình tạo mầm tinh thể ban đầu dẫn đến sự lồng vào nhau cơ học.
Trên 120 độ, tốc độ kết tinh tăng theo cấp số nhân. Lớp ranh giới trở nên siêu bão hòa nhanh chóng. Các tinh thể tạo mầm nhiều, lấn át mọi lực cản tạo mầm từ bề mặt năng lượng-thấp. Khi một lớp tinh thể mỏng hình thành, sự phát triển tinh thể tiếp theo sẽ xảy ra trên quy mô hiện có chứ không phải trên PTFE. Năng lượng bề mặt của PTFE trở nên không liên quan.
Áp suất hơi trực tiếp kiểm soát nhiệt độ tường. Hơi nước ở 3 xà tạo ra nhiệt độ bão hòa 143 độ, tạo ra nhiệt độ thành ống trong khoảng 120-140 độ. Đây là vùng nguy hiểm nơi chuyển đổi quy mô từ phiền toái sang vấn đề. Hơi nước ở mức 6 xà đẩy nhiệt độ thành ống vào chế độ đóng cặn nghiêm trọng.
Chiến lược phòng ngừa
Giảm áp suất hơi xuống mức tối thiểu để đáp ứng yêu cầu sưởi ấm. Hơi nước áp suất-thấp ở 1-2 xà giữ nhiệt độ thành dưới 120 độ, trong đó đặc tính chống bám dính của PTFE vẫn phát huy hiệu quả. Hình phạt là diện tích bề mặt yêu cầu lớn hơn. Lợi ích là giảm đáng kể tỷ lệ mở rộng.
Tăng tốc độ dung dịch trên bề mặt ống. Vận tốc cao hơn làm mỏng lớp biên, giảm thời gian lưu trú của quá trình tạo mầm tinh thể. Nó cũng làm tăng lực cắt tác động lên bất kỳ tinh thể nào hình thành, giúp đánh bật chúng trước khi chúng phát triển đủ lớn để lồng vào nhau cơ học.
Đối với các ứng dụng không thể tránh khỏi áp suất hơi nước cao, hãy chấp nhận rằng việc tẩy cặn định kỳ là cần thiết. Việc tẩy cặn của cuộn dây PTFE đơn giản hơn cuộn dây kim loại-cân thường có thể bị nứt bằng cách uốn ống và bề mặt trơ về mặt hóa học có thể chịu được việc làm sạch bằng axit mà không bị ăn mòn.
Bản tóm tắt
Bộ trao đổi nhiệt PTFE có nhiệt độ thành trên 150 độ xảy ra thông qua quá trình kết tinh bề mặt và khóa liên động cơ học, không bám dính hóa học. Đặc tính chống bám dính-của PTFE là có thật nhưng bị lấn át bởi động học kết tinh nhanh ở nhiệt độ cao.
Việc duy trì nhiệt độ trên tường dưới 120 độ thông qua việc giảm áp suất hơi nước sẽ duy trì được lợi ích chống dính. Vận tốc dung dịch cao hơn sẽ bổ sung điều này bằng cách tăng khả năng loại bỏ lực cắt của các tinh thể mới hình thành. Khi không thể tránh khỏi-việc vận hành ở nhiệt độ cao, việc tẩy cặn cơ học hoặc hóa học định kỳ sẽ trở thành một phần của quy trình bảo trì.
Các khuyến nghị kỹ thuật để ngăn chặn cáu cặn trong các ứng dụng trao đổi nhiệt PTFE cụ thể có sẵn khi gửi hóa chất dung dịch, nhiệt độ vận hành, áp suất hơi và lịch sử cặn quan sát được.
