مبدل های حرارتی فلوروپلیمر

2018-02-07T14:37:27+03:30

مبدل

مبدل های حرارتی فلوروپلیمر

تیم تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان پرشیا 95.08.03

مبدل های حرارتی فلوروپلیمر تنها مبدل های حرارتی هستند که ظرفیت حرارتی ومقاومت در برابر خوردگی مورد نیاز جهت استفاده در حمام های ابکاری اسیدی وبازی سرد وگرم را دارا می باشند.این مواد محلول هایی با صرفه اقتصادی بوده که می توانند کنترل دمایی دقیق وان ها را برای دست یابی به محصول با بهترین کیفیت را فراهم کنند.

مقدمه

استفاده از مبدلهای حرارتی پلیمریک در تمامی صنایع کنونی به منظور انتقال حرارت در شرایطی که میزان خوردگی بالا می باشد بصورت گسترده ای رواج یافته است.دلیل اصلی جایگزین شدن این مبدل های حرارتی با فلزات معمول این است که اغلب فلزات در محیط های شیمیایی در معرض خوردگی قرار می گیرند.گرچه ممکن است سرعت خوردگی فلز خاصی در محیط شیمیایی مورد نظرقابل قبول باشد اما باز هم فلزات در معرض خوردگی می باشند وزمانی که از محیط شیمیایی خورنده استفاده می گردد،سرعت خوردگی سبب میگردد که عملکرد غیر اقتصادی گردد.

انواع مختلفی از پلاستیک های حرارتی و مواد پلیمری در مبدل های حرارتی استفاده میشوند(پلی پروپیلن وپلی اتیلن برای شرایطی با کارایی پایین)،اما تعداد اندکی از پلیمر ها هستند که بدلیل مقاومت شیمیایی وظرفیت حرارتی بالایی که دارند بصورت گسترده ای در مبدل های حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند.در کل پلیمرهایی که این خواص را از خود نشان می دهنداز خانواده فلوروکربنها هستند. این پلیمرها از ساخت رزین های .............................

برای خواندن ادامه مطلب به لینک زیر مراجعه فرمایید:

goo.gl/VnGf2f

مرجع جلاپردازان پرشیا

مبدل های حرارتی فلوروپلیمر متال فینیشینگ 2011

0780-03-20T14:27:53+03:25

مبدل های حرارتی فلوروپلیمر

تیم تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان پرشیا 95.08.03

مقدمه

خواص وساختار فلوروپلیمرها

مقبولیت گسترده مبدل های حرارتی فلوروپلیمری را میتوان در ابتدا به خواص منحصربفرد پلیمرهای فلوروکربن نسبت داد.فلوروپلیمرها درمقابل خوردگی اغلب مواد شیمیایی مقاوم هستند که این بدلیل ساختار شیمیایی خاص انها میباشد.پلی تترافلورو اتیلن (PTFE)،پرفلوروالکوکسی (PFA)و فلوروپلیمرهای فلورینات اتیلن پروپیلن(FEP) در کل پلیمرهای فلوئوره شده هستند که در ساختار انها هر شاخه به یک اتم فلوئور ختم می شود.پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) اتیلن تترافلورواتیلن(ETFE) ،اتیلن – کلروتری فلورو اتیلن (ECTFE) ترکیبات نیمه فلوئوره هستند (برخی از شاخه های انها به اتم فلوئور ختم نمیشوند.)

عکس 01

ساختارهای کاملا فلوئوره شده پلیمرها ،ترکیباتی ایجاد میکنند که هم در مقابل مواد شیمیایی بی اثر بوده وهم در دماهای بالاپایداری حرارتی دارند.پلیمر های نیمه فلوراید شده مقداری از قابلیت مقاومت در برابر خوردگی و حرارت انها کاهش پیدا کرده است.این نتایج در محیط هایی با دمای بالا بصورت استحکام کششی و ضرایب در جدول 1 اورده شده اند.کاملا مشهود است که در هر حال حد عملکرد بالاتر PVDF-ETFE,ECTFE بشدت محدود است و FEP,PFAحد دمایی بالاتری دارند.در کاربردهای حرارتی زمانیکه حاشیه ایمنی دمایی حائز اهمیت است این قابلیت بسیارمهم میبا شد. این نکته به اسانی قابل مشاهده می باشد که مقاومت در برابر خوردگی ساختارهای کاملا فلوئوره شده FEP,PFAدر مقایسه با سایر ترکیباتی که کاملا فلوئوره نشده اند برتری بسیار بالاتری دارد.این قابلیت مخصوصا در محدوده قلیایی قوی ، حلالهای قطبی ومحلولهای اسیدی قوی قابل مشاهده است.

Table I.
type		PTEF	FEP	PFA	PVDF	ETFE	ECTFE
Specific weighr	g/cc	2.17	2.15	2.15	1.78	1.75	1.7
melting point	°C	327	270	305	178	275	240
	°F	621	518	581	350	527	464
Tensile strength	mPa	30	20	31	54	24	31
	psi	4,350	2,900	4,500	7,830	3,480	4,500
Yield stress	mPa	10	12	15	46	24	31
	psi	1,450	1,740	2,250	6,670	3,480	4,500
Elongation	%	500	350	300	150	500	300
Elastic modulus	mPa	600	500	700	2,400	1,500	1,650
	psi 10³	87	72	101	348	217	240
Shore D hardness		60	57	62	79	75	75
Impact strength		160	200
[1200)	J/m
ft-lb/in².		3			4
Heat Distortion
Temperature	°C	121	70	73	148	104	115
66psi(0.46 mPA)	°F	250	150	164	300	219	240
Linear expantion	10‾⁵ K	13	13	12	12	12	12
coefficient
Thermal
conductivity	BTU/hr/ft²	0.23	0.20	0.22	0.19	0.23	0.15
	ft² -°F/in	1.6	1.4	1.5	1.3	1.6	1.0
Upper service
Temperature	°F	500	400	500	300	280	340
	°C	260	205	260	150	140	170
ECTFE ethylene-chlorotrifluoroethylene;ETFE, ethylene

دو دسته پلیمر EFTE,ECTFE از خانواده فلوئورپلیمرها بیشتر استفاده های ساختاری وکاربرد در صنعت را دارند ودر تجهیزات مبدل حرارت استفاده نمی شوند.

خواص گرمایی

فلوروپلیمرها هدایت کننده حرارتی خوبی نیستند .همانطور که در جدول 3 نشان داده شده است ،میزان هدایت حرارتی فلوروپلیمرها نسبت به فلزات مختلف جدول بندی شده است.با توجه به این هدایت حرارتی پایین ،چرا فلوروپلیمرها بعنوان رکن اصلی در مبدل های حرارتی عمل می کنند؟ زمانی که در مورد شرایط انتقال حرارت صحبت میشود ،ابتدا میزان حرارت لازم برای انتقال مهم میباشد.این مسئله را میتوان براحتی بصورت تابع مستقیمی از ثابت انتقال حرارت یا ضریب جابجایی حرارت در محدوده مورد نیاز برای انتقال حرارت ،فاکتور دمایی برای توزیع انتقال حرارت نوشت

Q=UAΔT

در اینجا از مفهوم اختلاف دما استفاده میشود، بدلیل اینکه در طول گرم کردن یا سرد کردن مخزن شرایط دینامیک اعمال میگردد ،یعنی سیستمی با تغییرات پیوسته موجود است نه یک دمای خاص.مقدار متوسط دمایی توسط فرمول ذکر شده بدست می اید.

توجه کنید که این یک اختلاف دمایی ساده نمیباشد.هدف اصلی در این مقاله ،در هر حال،محاسبه ثابت انتقال حرارت می باشد،که این از هدایت حرارتی نسبتا پایین بدست امده است.

در این تعریف ساده ازثابت انتقال حرارت (معادله3) ضرایب با هم جمع شده اند ،شرایط سیال خارج از لوله در وان (h0)،هدایت حرارتی دیواره ها(hw) انتقال حرارت بین سیال در لوله بادیوار(hi) بعلاوه فاکتور رسوب.این جمع حاصل ضریب کلی یامقدارU میباشد،که این یک معیار اندازگیری از معیار انتقال حرارت میباشد.مثالهایی از استفاده از این اطلاعات اورده شده است در اینجا ثابت فیلم جریان برای درون لوله ها (تراکم جریان 500BTU/hrft²یا بیشتر)ودر اطراف وان (200تا300برای سیستم های متلاطم شده)قابل درج است.معمولا ثابت رسوب با توجه به منابع 0.001می باشد.اگر لوله کشی در ابعاد کم مد نظر باشد ،معمولا 8/1اینچ قطر لوله با ضخامت دیواره 0.00125اینچ ضریب هدایت حرارتیبرابر با BTU/hrft2 96میشود.

تباط دادن تمامی این مقادیر در معادله برای ثابت انتقال حرارت کلی (معادله4) نشان می دهد که فاکتور قابل کنترل در این محاسبات قطر لوله ها می باشد.بدست اوردن این مقدار مقاومت بیشتر از سیال در هر طرف می باشد،وبطور خاص بیشتر از ثابت رسوب است.برای دستیابی به این هدف هنگام اندازه گیری ضریب انتقال حرارت هر پلیمر هادی ،ثابت رسوب بعنوان غاکتور اصلی بررسی نمی گردد.با توجه به اینکه این مقدار مورد نظر بسیار کوچک است ،در مقایسه با دیگر عوامل،مقدار عددی ان کوچک میشود.

این مقدار برابرکمیت60 =Uمعمولا برای حرارت بخار در یک وان ابکاری بالوله کشی فلوروپلیمر خالص است.نتایج هدایت دیوارها از یک فلز انتقال دهنده حرارت (برپایه انتقال حرارتی در حدود 75 نسبت به پلیمر هادی حرارت) در ثابت انتقال حرارت کل معمولا سه بار بیشتر از پلیمرهای هادی حرارت است.اگر عبارت ریاضی معادله 5 بررسی گرددمقدار بزرگی ثابت رسوب برای فلزات هادی حرارت بسیار با اهمیت است وبنابراین باید همیشه برای محاسبه حرارت ذکر گردد.

درحدود 4سال قبل یک روش لوله کشی فلورو پلیمر به نام لوله کشی Qابداع گردید.این روش بطور موثری نسبت به روش قبلی هدایت حرارتی پلیمر را دوبرابر کرد.اگر هدایت هدایت دیواره ها دو برابر گرددتا حدود 0BTU/hrft²200 هنوز دیوارها فاکتور کنترل هستندکه باز تفاوت زیادی با فلزات دارد.

حال ضریب معمولا در رنج 500BTU/hrft²120 است که این برخلاف محدوده ثابت انتقال حرارت فلزات معمول است ودر رج 150-300است.در نهایت برای فلوروپلیمر ها مقدار کمتری لوله کشی نسبت به فلزات مورد نیاز است.سطح قابل دسترس برحسب فوت یافوت مربع از فلوروپلیمرها نسبت به فلزات انتقال حرارت بیشتری داردبنابراین در وانها فضای کمتری اشغال میکند.

Table II Chemical Resistance of fluoropolymer Resins

PTFE

FEP

PFA

PVDF

Media

20°C

60°C

90°C

20°C

60°C

90°C

20°C

60°C

90°C

20°C

60°C

90°C

H₂SO₄(15%)

H₂SO₄(98%)

HCL(36%)

HNO₃(50%)

Nitric(20%) HF(5%)

HF(40%)

Chromic(50%)

NaOH (50%)

NaOCL

CL₂(wet)

Ketones,esters

Aromatics

Chlorinated solvents

A,acceptable; B,conditionally acceptable; U, unsatisfactory.

FEP, fluorinated ethylene; PFA,perfluoroalkoxy; PTFE, polytetrafluorethylne fluoride.

tableIII
Material	BTU/br ft²-°F/in	W/M°K
Copper	2700	390
Graphite	830	120
Nickel	619	89
Tantalum	368	50
Carbon steel	348	50
Tatanium	111	16
Stainless steel	104	15
Ni-Cr-Mo	56	8
PTFE	1.6	0.23
PFA	1.5	0.22
FEP	1.4	0.20
PVDF	1.3	0.19
FEP,fluorinated ethylene propylene; PFA, perfluoroalkoxy; PTFE,polytetra fluoroethylene;PVDF,
polyvinylidene fluoride.

مبدل های حرارتی فلوئوروپلیمر

معمولا فلوروپلیمرهای مبدل حرارتی معمولا بصورت لوله هایی باقطر کم ساخته می شوند.بنابراین بدست اوردن بهره وری مناسب انتقال حرارت بالا مشکل میشود.ضخامت مورد نیاز دیواره ها برای استحکام ساختاری لوله کشی بزرگتراز ضریب حرارتی کاهش یافته مورد نظر است.جدول 4 سایز لوله کشی موجود برای FEP,Qرا نشان می دهد.

Table IV
(in.)	(mm)	Type	kcal/brM²=°C	BTU/br/ft²̄ °F/in.
0.100	2.54	FEP	286	120
0.100	2.54	Q	1170	240
0.125	3.18	FEP	468	96
0.125	3.18	Q	928	190
0.175	4.45	FEP	336	69
0.175	4.45	Q	668	137
0.250	6.35	FEP	234	48
0.250	6.35	Q	468	96
0.3175	8.06	FEP	185	38
0.3175	8.06	Q	366	75
0.375	9.53	FEP	156	32
0.375	9.53	Q	322	64
FEP, fluorinated ethylene; Q,a fluorpolymer tubing.

قطر کمتر بطور مشخص سبب هدایت بیشتر دیوار شده وبنابراین سبب افزایش حرارت موثر می گردد،در هر حال لوله ها با قطر کم معمولا برای سیالهای تمیز درون لوله مناسب هستند.عموما قطعات را غوطه ور می کنند در حالیکه در درون لوله ها بخار تمیز یا جریان اب سرد اعمال می گردد.در فرایندهای شیمیایی بزرگتر از لوله هایی با قطر بیشتر استفاده می گردد.

چون لوله کشی با استفاده از رزینهای فلوپلیمری اعمال شده است ،قابلیت تحمل فشار تابعی از دماست.قابلیت فشار رزین های فلوروپلیمرهای مختلف ،قابل تنظیم است با دما متناسب با کاربردهای مختلف پلیمر.اغلب تولیدات فلوروپلیمر های مبدل حرارت اشکال مشابهی دارند.لوله ها اغلب به گونه ای طراحی میشوند که ده درصد قطر ضخامت دیواره هاست.بعبارت دیگر ، ضخامت دیوارها 10%از قطر لوله ها میباشد.برخی از لوله کشی ها هستند که ضخامت دیواره کمتر از 8%میباشد این لوله را باید با موا دمقاوم به فشار ساخت.با استفاده از قانون 10%برای ضخامت دیواره ها ،تمام لوله ها با این محدوده سایز (کمتر از 2/1اینچ قطر)معمولا با همان قابلیت دما وفشار موجود هستند.

استفاده تجاری

این توضیحات متمرکز خواهند شد بر اینکه چگونه میتوان از این فرایند بصورت گسترده ای در صنایع پرداخت فلزات استفاده کرد.بصورت تکنیکی ،تمامی این تجهیزات برای پوشش یا رفع نقص قطعات فلزی بخشی از کار صنایع فلزی می باشند.علاوه بر این فرایندهای ذکر شده مراحل دیگری نیز اضافه میگردد مانندپولیش مکانیکی ،ابکاری وکاربرد بر روی پوشش سایر مواد.این فعالیتها بندرت نیازمند مبدل حرارتی هستند مانند ابکاری،پرداخت های شیمیایی و الکتروشیمیایی هستند که شامل محلول های خورنده وفرایندهای گرمایش سرمایش هستند.برخی از این فرایندها بصورت زیر هستند:

ابکاری تزیینی

ابکاری کروم سخت

ابکاری فلزات گرانبها

کلرید ،سیانید،فلوئورید،فلوبورات،فلوسیلیکات ،پیروفسفات،سولفات ومحلول های ابکاری سولفامات برای کادمیوم ،کروم،مس ،طلا،سرب – قلع ،نیکل پلاتین ،رادیوم ،نقره ،قلع ،وابکاری الکتریکی روی

مس الکترولس ومحلول های ابکاری نیکل

عکس 01

اب دیونیزه شده

اندایز،درخشنده کردن ،تمیز کردن ،پاک کردن الکتریکی ،الکتروپولیش ،اچ کردن ، خنثی سازی ، پسیوکردن ، فرایند اسیدشویی ،شستشو، اب برداری ومحلولهای فعال کننده سطح حاوی اسید یا باز ، کروم ،هیدرو کلریک اسید،هیدروفلوریک ،نیتریک ،اگزالیک ،فسفریک یا اسید سولفوریک.

تعداد زیادی از این کاربردها برای مصارف زینتی بوده که سبب جذاب شدن بیشتر قطعات میشود.اهمیت دیگر ،مهندسی برای پرداخت های خاص برای خواص ویژه مانند سختی سطح،مقاومت در برابر سایش یا خوردگی قطعات پوشش داده شده است.در تمام عملکرد های بالا ،کنترل دقیق دمای وان در شرایط بهینه برای بدست اوردن محصول با کیفیت بالا ضروری می باشد.

وانها باید حرات داده شوند تا دمای انها از دمای اتاق بالاتر رودتا دمای مناسب جهت انجام فرایند حاصل گردد وبرای دستیابی به این شرایط هم از طریق حرارت دادن متناوب یا باسرد کردن، مخصوصا در فرایند ابکاری الکتریکی که جریان الکتریکی از داخل وان عبور داده میشود،حرارت تولید میشود.مبدل های فلوپلیمری این خاصیت را دارند که هر قطعه ااز انها هم خاصیت گرمایشی و هم خاصیت سرمایشی داشته باشد.حرارت دادن الکتریکی یا با شعله نیازمند یک قسمت اضافه برای خنک کردن است.

در وان های کنونی پرداخت فلزات ،سرمایش وگرمایش توسط پلیمر های مبدل حرارت بوسیله روشهای گوناگونی طراحی می گردد.اولین وشاید آسانترین راه غوطه وری مستقیم قطعه در وان ابکاری می باشد.انواع مختلفی از این مبدل های حرارتی موجود میباشند. کوچکترین این قطعات ،یک صفحه یا قطعه مبدل در یک فریم نصب شده در اشکال مختلف می باشد.اینها معمولا در وانهای کوچک ابکاری مورد استفاده قرار می گیرند.

عکس 2 و 3

دسته دوم از سیم پیچ های(کویل) غوطه ور شده بصورت سوپر کویل ها هستند.که سایز انها از محدوده تقریبی 75تا10 فوت مربع می باشندواین مبدلها عموما از جنس FET وبا ابعاد 10/1و8/1 مورد کاربرد قرار می گیرند.این نوع از کویل ها بصورت فریندی که لانه زنبوری نام دارد مورد استفاده قرار گرفته که تعداد زیادی لوله باقطر کم در یک صفحه فلوروکربن بوده(که این توسط اتصال مکانیکی با یک تفلون NPT استاندارد یا اتصال لوله های استیل تهیه می گردد).در این روش کاربر می تواندکویل های استاندارد را بهم متصل کند ونیازی به چند برابر کردن لوله گذاری نیست.کویل های بزرگتری نیز تولید می شوند که بنام کویل های شناور اسلیم نامیده میوند.اینهارامیتوان تا 250 فوت مربع در یک کویل تهیه کرد ودر یک ساختار نگه داشته شده با تفلون نگه داشت.

البته گرمایش خارجی تانک نیز ممکن است واین توسط تعداد فراوانی واین در تعداد بیشماری از فرایند های پرداخت فلز مورد استفاده قرار می گیرد.این امر بصورت لوله و لایه از فلوپلیمرکه در لایه های استیل یا مواد غیر خورنده قرار دارند تهیه میشوند.انتخاب دقیق مواد را میتوان با لایه بندی واب بندی با واشرمناسب متناسب با محیط مورد استفاده تهیه کرد. در سیستم لوله ولایه ،استفاده از لوله ها با قطر کمی بزرگتر قابل توصیه است.در محلول وان هایی که سیرکوله میشوند از طریق لوله های مبدل حرارت و حمام هایی که حاوی الودگی با ذرات ریز هستند قطر بیشترلوله ها توصیه میگردد.

عکس 4

مزایای مبدل های فلوروپلیمری

مبدل های حرارتی فلوروپلیمری در اصل مبدل حرارت بوده وهیتر نسیتند.این ها را میتوان برای سرمایش و گرمایش در وان ها با محیط خورنده استفاده کرد.در ادامه چند مزیت از این تکنیک اورده شده است. این مبدلها بصورت کلی در برابر خوردگی مقاوم هستند. نتیجه این خاصیت ،عمر طولانی است که سبب می گردد که وان های ابکاری با محصولات ناشی از خوردگی الوده نگردند. این مبدلهای حرارتی هادی جریان الکتریکی نیستند. نصب اینها اسان وراحت بوده وبه ایزوله کردن الکتریکی وان نیاز نیست.وبا توجه به غیر هادی بودن این مبدلها کارایی وان افزایش می یابد. در این وسایل خطر برق گرفتگی نیز نمی باشد. در کل هزینه استفاده از نسبت به هیترهای الکتریکی کمتر می باشد.این مبدلها نمی سوزند در نتیجه به جایگزینی نیازی ندارند.

عکس 5

استفاده از اینها راحتتر است بدلیل اینکه خطر احتراق وان یا تخریب وان وجود ندارد. این مقایسه تنها برای هیتر های الکتریکی نمی باشد بلکه برای مقایسه باشعله وکوره کربن نیز قابل بیان است. فلوپلیمرها در برابر حل شدن وفلس شدن مقاوم هستند. البته سطح پسیو شده این پلیمرها ممکن است در برخی از محلولها دچار اسیب گردد. طول عمر بیشتر وان واسیب کمتر وان نیز از مزایای این مبد لها نسبت به بخار مستقیم واب گرم با فشار می باشد. در این روش برای نیل به هدف میزان مصرف کمتر میباشد.یک قطعه از این مبدل در یک وان می تواند هم نقش گرم کننده وهم نقش خنک کننده را ایفا کند.تعمیر اینها بسیار اسان می باشد.اب بندی ویا حذف یک لوله را میتوان بدون اینکه تغییر شایانی در عملکرد مبدل داشته باشد انجام داد.نیازمند تکنیک جوشکاری خاصی نیست.فشرده وقابل انعطاف است.به راحتی متناسب با شکل وان قابل نسب می باشد.زمانی که طول عمر وجایگزینی قطعات فلزی مد نظز باشد بسیار سودمند است.

اخبار صنعت آبکاری

مبدل های حرارتی فلوروپلیمر