Καθώς η χημική βιομηχανία στρέφεται προς πιο οικολογικούς, βιολογικούς-διαλύτες, οι εναλλάκτες θερμότητας που τους χειρίζονται πρέπει επίσης να προσαρμοστούν. Μια αντικατάσταση για τολουόλιο, τετραϋδροφουράνιο ή διχλωρομεθάνιο μπορεί να προσφέρει παρόμοια απόδοση διεργασίας ενώ παρουσιάζει μια ελαφρώς διαφορετική αλληλεπίδραση με τα ελαστομερή παρεμβύσματα που σφραγίζουν έναν εναλλάκτη φθοροπολυμερούς. Ακόμη και μια μικρή αλλαγή στη συγγένεια του διαλύτη μπορεί να αλλάξει τη διόγκωση, τη σκληρότητα ή τη μακροπρόθεσμη δύναμη σφράγισης του παρεμβύσματος.
Η μετάβαση προς τη βιώσιμη χημεία δημιουργεί επομένως μια νέα πρόκληση μηχανικής: την επικύρωση του κατά πόσον ιστορικά αξιόπιστα υλικά στεγανοποίησης παραμένουν συμβατά με την τελευταία γενιά ανανεώσιμων διαλυτών.
Η αυξανόμενη σημασία τουΦλάντζα εναλλάκτη φθοριοπολυμερούς συμβατότητας με βιολογικό διαλύτηΗ επιλογή αντικατοπτρίζει την ευρύτερη βιομηχανική κίνηση προς χημικές διεργασίες χαμηλής-τοξικότητας και βιολογικής-προέλευσης.
Γιατί οι διαλύτες με βάση το βιολογικό-συμπεριφέρονται διαφορετικά
Πολλοί σύγχρονοι βιώσιμοι διαλύτες έχουν σχεδιαστεί για να αναπαράγουν τη λειτουργική συμπεριφορά των συμβατικών πετροχημικών διαλυτών, ενώ μειώνουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις ή την τοξικότητα.
Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν:
2-μεθυλοτετραϋδροφουράνιο (2-MeTHF)
Κυκλοπεντυλομεθυλαιθέρας (CPME)
Γαλακτικός αιθυλεστέρας
Ανθρακικός διμεθυλεστέρας
Εστέρες που προέρχονται από βιο-
Διαλύτες με βάση το τερπένιο-
Αν και αυτά τα υλικά μπορούν να υποκαταστήσουν απευθείας τις υπάρχουσες διεργασίες, η μοριακή τους δομή είναι συχνά διαφορετική από τους διαλύτες που αντικαθιστούν.
Διάφορα χημικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τη συμβατότητα της φλάντζας:
Μοριακή πολικότητα
Χημεία συναρτησιακών ομάδων
Διαχυτικότητα διαλύτη
Μοριακό μέγεθος
Συμπεριφορά δεσμού υδρογόνου
Αυτές οι διαφορές μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο ο διαλύτης διεισδύει ή αλληλεπιδρά με ελαστομερή υλικά στεγανοποίησης.
Ένας πράσινος διαλύτης εξακολουθεί να είναι μια χημική ουσία και πρέπει να περιέχεται αξιόπιστα μέσα στον εναλλάκτη.
Γιατί οι φλάντζες είναι πιο ευάλωτες από το PTFE
Στους εναλλάκτες θερμότητας φθοροπολυμερούς, οι πρωτεύουσες διαβρεγμένες επιφάνειες κατασκευάζονται συχνά από PTFE ή σχετικά φθοροπολυμερή. Το ίδιο το PTFE παραμένει ευρέως ανθεκτικό σε όλους σχεδόν τους οργανικούς διαλύτες και τις επιθετικές χημικές ουσίες.
Ωστόσο, τα συστήματα φλάντζας είναι πιο περίπλοκα.
Πολλά συγκροτήματα φλάντζας εναλλάκτη συνδυάζουν πολλαπλά υλικά, όπως:
Φλάντζες φακέλων PTFE
Πυρήνες Viton
EPDM ελαστομερή
Υποστηρίγματα σιλικόνης
Διευρυμένα πληρωτικά PTFE
Το εξωτερικό στρώμα PTFE μπορεί να παρέχει χημική θωράκιση, αλλά ο εσωτερικός ελαστομερής πυρήνας εξακολουθεί να καθορίζει τη συμπιεστότητα και την ελαστικότητα σφράγισης.
Εάν τα μόρια του διαλύτη διαπεράσουν μικροσκοπικές ατέλειες, ραφές ή εκτεθειμένες επιφάνειες, το ελαστομερές από κάτω μπορεί να διογκωθεί, να μαλακώσει, να συρρικνωθεί ή να σκληρύνει με την πάροδο του χρόνου.
Πώς η διόγκωση διαλύτη επηρεάζει την απόδοση της φλάντζας
Η διόγκωση του παρεμβύσματος συμβαίνει όταν τα μόρια του διαλύτη διαχέονται στη δομή του ελαστομερούς και διογκώνουν φυσικά το υλικό.
Το μέτριο πρήξιμο μπορεί αρχικά να βελτιώσει τη δύναμη στεγανοποίησης, αλλά η υπερβολική απορρόφηση συχνά δημιουργεί σοβαρά μακροπρόθεσμα προβλήματα.
Οι πιθανές επιπτώσεις περιλαμβάνουν:
Απώλεια αντοχής σε συμπίεση
Μαλάκωμα του πυρήνα της φλάντζας
Μόνιμη παραμόρφωση
Εξώθηση υπό πίεση
Μειωμένη συγκράτηση του φορτίου του μπουλονιού
Διαρροή στεγανοποίησης κατά τη διάρκεια της θερμικής ανακύκλωσης
Αντίθετα, ορισμένοι διαλύτες μπορεί να εξάγουν πλαστικοποιητές ή πρόσθετα από ελαστομερή, προκαλώντας συρρίκνωση και ευθραυστότητα αντί για διόγκωση.
Οποιαδήποτε κατάσταση μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ακεραιότητα της σφράγισης.
Προκλήσεις με το Viton και το EPDM σε διαλύτες με βάση το βιολογικό-
Η παραδοσιακή υπηρεσία διαλυτών συχνά βασιζόταν σε μεγάλο βαθμό σε φθοροελαστομερή όπως το Viton λόγω της ισχυρής χημικής αντοχής τους στους υδρογονάνθρακες και τους χλωριωμένους διαλύτες.
Ωστόσο, ορισμένοι νεότεροι βιο-διαλύτες περιέχουν οξυγονωμένες λειτουργικές ομάδες ή χημεία εστέρων που αλληλεπιδρούν διαφορετικά με τα δίκτυα ελαστομερών.
Μεταβλητότητα απόδοσης Viton
Τα παρεμβύσματα περιβλήματος PTFE με πυρήνες Viton έχουν ιστορικά καλή απόδοση σε πολλά συστήματα διαλυτών. Ωστόσο, ορισμένοι βιολογικοί διαλύτες-μπορεί να μαλακώσουν το συστατικό Viton πιο επιθετικά από το αναμενόμενο, ιδιαίτερα όταν αυξάνεται η περιεκτικότητα σε εστέρα ή η πολικότητα.
Αυτή η συμπεριφορά μπορεί να οδηγήσει σε:
Μειωμένη σκληρότητα
Σετ συμπίεσης
Πρήξιμο
Αστάθεια στεγανοποίησης υπό φορτίο
Διαφορές συμβατότητας EPDM
Το EPDM έχει γενικά καλή απόδοση σε πολικά υγρά και σε συστήματα με βάση το νερό-αλλά μπορεί να αντιδράσει ανεπαρκώς με ορισμένους οργανικούς διαλύτες.
Καθώς επεκτείνεται η βιώσιμη χημεία διαλυτών, οι υποθέσεις συμβατότητας που βασίζονται σε παλαιότερους πετροχημικούς διαλύτες γίνονται λιγότερο αξιόπιστες.
Δοκιμή συμβατότητας ASTM D471
Η τυπική εργαστηριακή μέθοδος για την αξιολόγηση της συμβατότητας καουτσούκ και ελαστομερών είναι η ASTM D471.
Αυτή η μέθοδος δοκιμής μετρά τον τρόπο με τον οποίο ένα υλικό αλλάζει μετά από ελεγχόμενη βύθιση σε ένα χημικό ρευστό.
Τα τυπικά κριτήρια αξιολόγησης περιλαμβάνουν:
Διόγκωση όγκου
Αλλαγή σκληρότητας
Διακύμανση αντοχής σε εφελκυσμό
Αλλαγή βάρους
Οπτική υποβάθμιση
Μια απλή δοκιμή εμβάπτισης μπορεί γρήγορα να αποκαλύψει εάν ένα υλικό φλάντζας υφίσταται απαράδεκτη διόγκωση ή μαλάκωμα σε ένα νέο περιβάλλον διαλύτη.
Επειδή πολλοί βιώσιμοι διαλύτες είναι σχετικά νέοι στη βιομηχανική επεξεργασία, οι δοκιμές ASTM D471 επαναλαμβάνονται όλο και περισσότερο για υλικά που προηγουμένως είχαν δεκαετίες αποδεδειγμένης ιστορίας σέρβις με παλαιότερους διαλύτες.
Θέματα διαπερατότητας PTFE
Παρόλο που το PTFE θεωρείται χημικά αδρανές σε όλους σχεδόν τους οργανικούς διαλύτες, η διείσδυση μπορεί ακόμα να συμβεί υπό ορισμένες συνθήκες.
Μικρά μόρια διαλύτη μπορεί να διαχέονται αργά μέσα από δομές φθοροπολυμερούς, ειδικά σε υψηλές θερμοκρασίες ή παρατεταμένες διάρκειες έκθεσης.
Η διείσδυση δεν καταστρέφει απαραίτητα το ίδιο το PTFE, αλλά μπορεί να επιτρέψει την επαφή του διαλύτη με:
Εσωτερικοί πυρήνες φλάντζας
Ενισχυτικά στρώματα
Δευτερεύοντα στεγανοποιητικά υλικά
Ως αποτέλεσμα, η πλήρης συμβατότητα του συγκροτήματος φλάντζας παραμένει σημαντική ακόμα και όταν οι επιφάνειες από PTFE εμφανίζονται χημικά άνοσες.
Γιατί οι βάσεις δεδομένων συμβατότητας πρέπει να εξελιχθούν
Πολλά δημοσιευμένα διαγράμματα χημικής συμβατότητας αναπτύχθηκαν γύρω από δεκαετίες εμπειρίας με συμβατικούς πετροχημικούς διαλύτες.
Η ταχεία επέκταση της βιώσιμης χημείας διαλυτών ξεπερνά τώρα ορισμένες υπάρχουσες βάσεις δεδομένων αναφοράς.
Οι οικογένειες νέων διαλυτών συχνά στερούνται:
Μακροπρόθεσμα-δεδομένα γήρανσης
Μελέτες διείσδυσης
Εγγραφές συμβατότητας υψηλών-θερμοκρασιών
Αποτελέσματα μεικτής- έκθεσης σε διαλύτες
Επικύρωση θερμικού κύκλου
Αυτό δημιουργεί πρόσθετη ευθύνη για τους κατασκευαστές εναλλάκτη και τους τελικούς χρήστες να επαληθεύουν τη συμβατότητα πειραματικά αντί να βασίζονται αποκλειστικά σε ιστορικές υποθέσεις.
Η πιστοποιημένη τεκμηρίωση συμβατότητας γίνεται όλο και πιο σημαντική κατά την προδιαγραφή του εξοπλισμού και την πιστοποίηση της διαδικασίας.
Τάσεις επιλογής υλικού σε εναλλάκτες φθοριοπολυμερών
Η ανταπόκριση της βιομηχανίας στην εξελισσόμενη χημεία διαλυτών επηρεάζει ήδη τις στρατηγικές υλικών παρεμβυσμάτων.
Εμφανίζονται διάφορες τάσεις:
Μεγαλύτερη χρήση πλήρως ενθυλακωμένων παρεμβυσμάτων
Πιο επιθετικά συστήματα διαλυτών κεντρίζουν το ενδιαφέρον για πλήρως ενθυλακωμένα σχέδια παρεμβυσμάτων PTFE που ελαχιστοποιούν την έκθεση στα ελαστομερή.
Διευρυμένη Εργαστηριακή Επικύρωση
Οι δοκιμές χημικής συμβατότητας διεξάγονται όλο και περισσότερο με μείγματα πραγματικών διεργασιών και όχι με διαλύτες αναφοράς ενός-συστατικού.
Προσαρμοσμένες συνθέσεις ελαστομερών
Οι προμηθευτές φλάντζας αναπτύσσουν τροποποιημένες ενώσεις φθοροελαστομερούς και EPDM προσαρμοσμένες για αντοχή σε ανανεώσιμους διαλύτες.
Απαιτήσεις πιστοποίησης ισχυρότερου προμηθευτή
Οι τελικοί χρήστες ζητούν όλο και περισσότερο:
Δεδομένα ASTM D471
Μακροπρόθεσμες-μελέτες εμβάπτισης
Επικύρωση θερμικής γήρανσης
Αποτελέσματα δοκιμής διαπερατότητας
Η εστίαση μετατοπίζεται από τις γενικές υποθέσεις συμβατότητας προς την επικύρωση-συγκεκριμένης εφαρμογής.
Ο ευρύτερος αντίκτυπος στον σχεδιασμό του εξοπλισμού διεργασιών
Η συζήτηση γύρω απόΦλάντζα εναλλάκτη φθοριοπολυμερούς συμβατότητας με βιολογικό διαλύτηΗ επιλογή αντικατοπτρίζει μια μεγαλύτερη μετάβαση που συμβαίνει σε όλες τις βιομηχανίες χημικής επεξεργασίας.
Καθώς η βιώσιμη χημεία εξελίσσεται, τα υλικά εξοπλισμού πρέπει να προσαρμόζονται συνεχώς σε:
Νέα προφίλ πολικότητας διαλύτη
Αλλαγή συμπεριφοράς εξαγωγής
Διαφορετικά χαρακτηριστικά διείσδυσης
Αναδυόμενες απαιτήσεις θερμικής σταθερότητας
Ακόμη και μικρές τροποποιήσεις στη χημεία της επεξεργασίας μπορούν να δημιουργήσουν απροσδόκητες αλληλεπιδράσεις με σφραγίδες, επιστρώσεις, εύκαμπτους σωλήνες και εξαρτήματα εναλλάκτη.
Η πρόκληση δεν είναι μοναδική για τους εναλλάκτες φθοριοπολυμερών, αλλά αυτά τα συστήματα λειτουργούν συχνά σε επιθετικά περιβάλλοντα όπου ακόμη και μικρές αστοχίες σφράγισης γίνονται κρίσιμες.
Σύναψη
Η μετάβαση σε διαλύτες που βασίζονται σε βιολογικά-αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στη βιώσιμη χημική επεξεργασία, αλλά εισάγει επίσης νέα ερωτήματα συμβατότητας υλικών για φλάντζες εναλλάκτη θερμότητας φθοροπολυμερούς. Αν και το ίδιο το PTFE παραμένει ευρέως ανθεκτικό στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες, οι ελαστομερείς πυρήνες φλάντζας όπως το Viton και το EPDM μπορεί να ανταποκρίνονται διαφορετικά σε ανανεώσιμους διαλύτες με αλλοιωμένη πολικότητα και μοριακή δομή.
Οι δοκιμές εμβάπτισης ASTM D471 γίνονται όλο και πιο σημαντικές για την επικύρωση της απόδοσης της φλάντζας με σύγχρονους βιώσιμους διαλύτες, ιδιαίτερα καθώς οι βάσεις δεδομένων συμβατότητας συνεχίζουν να προσεγγίζουν το διευρυνόμενο φάσμα εναλλακτικών πράσινων χημείων.
Η αξιόπιστη απόδοση σφράγισης εξαρτάται πλέον από την ανανεωμένη προσοχή στην επικύρωση του υλικού, τη συμπεριφορά διείσδυσης και τη μακροπρόθεσμη αλληλεπίδραση του διαλύτη-.
Στη χημική επεξεργασία, κάθε αλλαγή στη χημεία της διεργασίας απαιτεί τελικά μια προσεκτική επαλήθευση των υλικών που είναι αξιόπιστα ότι την περιέχουν.
