У міру того як хімічна промисловість переходить на більш екологічні розчинники біо-похідного походження, теплообмінники, які їх обробляють, також повинні адаптуватися. Заміна толуолу, тетрагідрофурану або дихлорметану може забезпечити аналогічну продуктивність процесу, водночас демонструючи дещо іншу взаємодію з еластомерними прокладками, що ущільнюють фторполімерний обмінник. Навіть невелика зміна спорідненості розчинника може змінити набухання прокладки, твердість або довготривалу -силу ущільнення.
Таким чином, перехід до стійкої хімії створює новий інженерний виклик: перевірити, чи історично надійні ущільнювальні матеріали залишаються сумісними з останнім поколінням відновлюваних розчинників.
Зростаюче значенняПрокладка теплообмінника з фторполімерної сумісності з біорозчинникамивибір відображає ширший промисловий рух до низько-токсичних хімікатів біологічного-похідного процесу.
Чому біологічні-розчинники поводяться по-різному
Багато сучасних екологічно чистих розчинників створено для повторення функціональної поведінки звичайних нафтохімічних розчинників, одночасно зменшуючи вплив на навколишнє середовище або токсичність.
Приклади:
2-метилтетрагідрофуран (2-MeTHF)
Циклопентилметиловий ефір (CPME)
Етиллактат
Диметилкарбонат
Біо{0}}естери
Розчинники на основі-терпену
Хоча ці матеріали можуть використовуватися безпосередньо в існуючих процесах, їх молекулярна структура часто відрізняється від розчинників, які вони замінюють.
Кілька хімічних характеристик впливають на сумісність прокладки:
Молекулярна полярність
Хімія функціональної групи
Дифузія розчинника
Розмір молекули
Поведінка водневих зв'язків
Ці відмінності можуть змінити те, як розчинник проникає в еластомерні ущільнювальні матеріали або взаємодіє з ними.
Зелений розчинник все ще є хімічною речовиною, і його все одно потрібно надійно утримувати в теплообміннику.
Чому прокладки більш вразливі, ніж PTFE
У фторполімерних теплообмінниках первинні змочені поверхні часто виготовлені з PTFE або споріднених фторполімерів. PTFE сам по собі залишається стійким майже до всіх органічних розчинників і агресивних хімікатів.
Однак системи прокладок більш складні.
У багатьох прокладках теплообмінника поєднуються різні матеріали, наприклад:
PTFE прокладки конверта
Вітонові сердечники
Еластомери EPDM
Силіконові опори
Розширений PTFE наповнювач
Зовнішній шар PTFE може забезпечувати хімічний захист, але внутрішня еластомерна серцевина все ще визначає стисливість і герметичність.
Якщо молекули розчинника проникають крізь мікроскопічні недоліки, шви або відкриті поверхні, еластомер під ними з часом може набухнути, розм’якшитися, стиснутися або затвердіти.
Як набрякання розчинника впливає на характеристики прокладки
Набухання прокладки відбувається, коли молекули розчинника дифундують у структуру еластомеру та фізично розширюють матеріал.
Помірне набрякання спочатку може покращити силу герметизації, але надмірне поглинання часто створює серйозні довгострокові-проблеми.
Потенційні ефекти включають:
Втрата міцності на стиск
Розм'якшення серцевини прокладки
Постійна деформація
Екструзія під тиском
Зменшене утримання болтового навантаження
Витік ущільнення під час термоциклування
І навпаки, деякі розчинники можуть витягувати пластифікатори або добавки з еластомерів, спричиняючи усадку та крихкість замість розбухання.
Будь-яка умова може порушити цілісність ущільнення.
Проблеми з Viton і EPDM у біо-розчинниках
Традиційне обслуговування розчинників часто значною мірою покладається на фторэластомери, такі як Viton, через їх високу хімічну стійкість до вуглеводнів і хлорованих розчинників.
Однак деякі нові-розчинники, одержані з біологічного походження, містять оксигеновані функціональні групи або складні ефіри, які по-різному взаємодіють із мережами еластомерів.
Варіабельність продуктивності Viton
Прокладки оболонки з PTFE з серцевиною з Viton історично добре показали себе в багатьох системах розчинників. Однак певні розчинники на основі біо-можуть пом’якшити компонент Viton більш агресивно, ніж очікувалося, особливо коли вміст складного ефіру або полярність зростає.
Така поведінка може призвести до:
Знижена твердість
Компресійний комплект
Набряк
Нестабільність ущільнення під навантаженням
Відмінності сумісності з EPDM
EPDM зазвичай добре працює в полярних рідинах і системах на-водній основі, але може погано реагувати з певними органічними розчинниками.
Оскільки стійка хімія розчинників розширюється, припущення щодо сумісності, засновані на старих нафтохімічних розчинниках, стають менш надійними.
Тест на сумісність ASTM D471
Стандартним лабораторним методом оцінки сумісності гуми та еластомеру є ASTM D471.
Цей метод випробування визначає, як змінюється матеріал після контрольованого занурення в хімічну рідину.
Типові критерії оцінки включають:
Здуття обсягу
Зміна твердості
Зміна міцності на розрив
Зміна ваги
Деградація зору
Простий тест із зануренням може швидко виявити, чи матеріал прокладки зазнає неприпустимого набухання або розм’якшення в новому середовищі розчинника.
Оскільки багато стійких розчинників є відносно новими для промислової обробки, випробування ASTM D471 все частіше повторюються для матеріалів, які раніше десятиліттями перевіряли історію використання старих розчинників.
Міркування про проникнення PTFE
Незважаючи на те, що PTFE вважається хімічно інертним майже до всіх органічних розчинників, проникнення все одно може відбутися за певних умов.
Малі молекули розчинника можуть повільно дифундувати крізь фторполімерні структури, особливо при підвищених температурах або тривалому впливі.
Проникнення не обов’язково пошкоджує сам PTFE, але може призвести до контакту розчинника з:
Сердечники внутрішньої прокладки
Шари армування
Вторинні ущільнювальні матеріали
Як наслідок, повна сумісність прокладки залишається важливою, навіть якщо поверхні з PTFE здаються хімічно стійкими.
Чому бази даних сумісності повинні розвиватися
Багато опублікованих таблиць хімічної сумісності були розроблені на основі десятиліть досвіду роботи зі звичайними нафтохімічними розчинниками.
Швидке розширення стійкої хімії розчинників зараз випереджає деякі існуючі довідкові бази даних.
Нові платоспроможні родини часто не мають:
Дані-довгострокового старіння
Дослідження проникнення
Записи про-сумісність із високими температурами
Результати впливу-змішаних розчинників
Термоциклічна перевірка
Це створює додаткову відповідальність для виробників обмінників і кінцевих користувачів щодо експериментальної перевірки сумісності, а не покладатися виключно на історичні припущення.
Сертифікована документація сумісності стає все більш важливою під час специфікації обладнання та кваліфікації процесу.
Тенденції вибору матеріалів у фторполімерних теплообмінниках
Реакція промисловості на розвиток хімії розчинників уже впливає на стратегії виробництва прокладок.
Виникає кілька тенденцій:
Широке використання повністю герметизованих прокладок
Більш агресивні системи розчинників викликають інтерес до повністю інкапсульованих конструкцій прокладок з PTFE, які мінімізують вплив еластомеру.
Розширена лабораторна перевірка
Випробування на хімічну сумісність все частіше проводять із використанням фактичних технологічних сумішей, а не одно-компонентних еталонних розчинників.
Індивідуальні склади еластомерів
Постачальники прокладок розробляють 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 тестування на проникнення
Фокус зміщується від загальних припущень щодо сумісності до перевірки-спеціальної програми.
Більш широкий вплив на проектування технологічного обладнання
Дискусія навколоПрокладка теплообмінника з фторполімерної сумісності з біорозчинникамивідбір відображає більший перехід, що відбувається в хімічній промисловості.
У міру того, як стійка хімія розвивається, матеріали обладнання повинні постійно адаптуватися до:
Нові профілі полярності розчинника
Зміна поведінки вилучення
Різні характеристики проникнення
Нові вимоги до термічної стабільності
Навіть незначні модифікації хімічного процесу можуть призвести до неочікуваної взаємодії з ущільненнями, покриттями, шлангами та компонентами теплообмінника.
Проблема не є унікальною для фторполімерних теплообмінників, але ці системи часто працюють в агресивних середовищах, де навіть невеликі порушення ущільнення стають критичними.
Висновок
Перехід на біо-розчинники є важливим прогресом у стійкій хімічній обробці, але він також представляє нові питання щодо сумісності матеріалів для фторполімерних прокладок теплообмінника. Хоча PTFE сам по собі залишається стійким до більшості органічних розчинників, еластомерні прокладки, такі як Viton і EPDM, можуть по-різному реагувати на відновлювані розчинники зі зміненою полярністю та молекулярною структурою.
Випробування методом занурення ASTM D471 стає все більш важливим для перевірки ефективності прокладки з сучасними екологічно чистими розчинниками, особливо оскільки бази даних сумісності продовжують наздоганяти розширення діапазону альтернатив екологічної хімії.
Надійна герметизація тепер залежить від поновленої уваги до валідації матеріалу, поведінки проникнення та тривалої -взаємодії з розчинником.
У хімічній обробці кожна зміна в хімічному процесі зрештою вимагає ретельної повторної перевірки матеріалів, які її містять.
