Kaip 316 nerūdijančio plieno apvalkalo sienelės storis įtakoja išorinio užsiteršimo dėl polimerizuojančios terpės greitį elektriniuose panardinamuosiuose šildytuvuose, skirtuose dervos ir klijų talpykloms?

Išorinis užsiteršimas, -polimerizuotos medžiagos susikaupimas ant apvalkalo paviršiaus, yra nuolatinė ir brangi problema cheminių procesų inžinieriams, eksploatuojantiems elektrinius panardinamuosius šildytuvus dervos gamybos, klijų gamybos ir polimerų apdirbimo srityse. Užteršimo sluoksniai veikia kaip šilumos izoliatoriai ir sumažina šilumos perdavimo efektyvumą. Šildytuvas turės veikti esant padidintai vidinei laido temperatūrai. Užteršus esant kritiniam storiui, šildytuvas gali perkaisti ir sugesti, todėl baką gali reikėti išjungti ir išvalyti. 316 nerūdijančio plieno apvalkalo užsiteršimo greitį įtakoja sienelės storis per du mechanizmus: paviršiaus temperatūra esant tam tikram vatų tankiui ir šiluminė reakcija valymo ciklų metu. Storesnės sienos įkaista, kai gaunama tokia pati galia, o tai gali pagreitinti polimerizacijos užsiteršimą, bet taip pat leidžia geriau toleruoti dažną mechaninį valymą. Šiame darbe vertinamas ryšys tarp 316 apvalkalo sienelės storio, paviršiaus temperatūros ir užsiteršimo greičio polimerizacinėje terpėje ir pateikiami pasiūlymai, kaip pasirinkti dervos ir klijų bako šildymą.

Polimerizacijos nešvarumai ant 316 paviršių: temperatūros poveikis
Daugelis dervų ir klijų sistemų polimerizuojasi laisvųjų{0}}radikalų arba kondensacijos procesais, kurie eksponentiškai priklauso nuo temperatūros. Arrhenius ryšys rodo, kad polimerizacijos greitis ant šildomo paviršiaus paprastai padvigubėja kiekvieną kartą pakilus temperatūrai 10–15 laipsnių. Polimerizacijos užsiteršimo ant apvalkalo paviršiaus greitis esant 100 laipsnių neprisotintoje poliesterio dervoje, esant 80 laipsnių tūrinei temperatūrai, yra apie 0,1 mm per savaitę 316 apvalkalui. Paviršiuje esant 120oC tempas kiekvieną savaitę pakyla iki 0,4 mm. Esant 140 laipsnių temperatūrai, jis yra 1,5 mm per savaitę - pakankamai greitas, kad per mėnesį visiškai užsiterštų šildytuvas. Daugumos polimerizuojančių terpių esminė paviršiaus temperatūros riba yra maždaug 15{23}}25 laipsniais aukštesnė už birių dervų temperatūrą. Žemiau šio lygio užsiteršimas yra laipsniškas ir kontroliuojamas. Virš jo užsiteršimas vyksta labai greitai. Storesnis 316 apvalkalas sukuria didesnę paviršiaus temperatūrą tam tikram vatų tankiui. Taigi storasieniai šildytuvai, esant tokiai pačiai tūrio temperatūrai ir galiai, yra labiau linkę greitai užsiteršti nei plonasieniai šildytuvai.

Kaip sienelės storis veikia nešvarumų valymo ciklą
Periodiškai valant (paprastai kas 2–4 savaites), apvalkalo sienelės storis turi įtakos ir valymo paprastumui, ir apvalkalo pažeidimo rizikai. Plonasienių apvalkalų, kurių storis mažesnis nei 1,0 mm, valymas yra lengvesnis, nes valymo metu nešvarumų sluoksnis yra plonesnis, nes žemesnė paviršiaus temperatūra sumažina užsiteršimo greitį. Tačiau mechaninės valymo procedūros, tokios kaip grandymas, valymas šepečiu ar aukšto slėgio vandens srovės, gali pažeisti plonas sienas, jas įlenkdamos arba pradurdamos. Storesni nei 1,8 mm apvalkalai turi storas sieneles ir nepažeidžiami intensyviai valant mechaniniu būdu, tačiau greičiau susiteršia ir susidaro storesnės, tvirtesnės nuosėdos, kurias sunkiau pašalinti. Taigi idealus polimerizacijos terpės sienelės storis yra kompromisas tarp pakankamai storos, kad būtų atsparios valymui, ir pakankamai plonos, kad paviršiaus temperatūra būtų žemesnė už greito užsiteršimo ribą. Šis optimalumas yra nuo 1,2 mm iki 1,6 mm daugeliui dervų.

Siūlomas polimerizuojančios terpės paslaugos sienelės storis
Toliau pateiktoje lentelėje pateikiamas rekomenduojamas 316 gaubto sienelių storis elektriniams panardinamiems klijų ir klijų talpyklų šildytuvams, atsižvelgiant į birių medžiagų temperatūrą, numatomą užsiteršimo greitį ir valymo techniką.

Tūrinės terpės temperatūros polimerizacijos greitis esant tūrinei temperatūrai Rekomenduojamas vatų tankis Rekomenduojamas 316 Sienelės storis Apvalkalo paviršiaus temperatūra esant rekomenduojamam storiui Numatomas užsiteršimo greitis Rekomenduojamas valymo būdas
20–40 laipsnių (šaltas paleidimas, lėtas kietėjimas)Labai žemas 8–12 W/cm2 1.0 – 1,4 mm 40–60 laipsnių < 0,05 mm/sav. 0,05 – 0,15 mm/sav. Cheminis arba minkštas šepetys 60 – 80 laipsnių (aktyvus kietėjimas) Vidutinis 4 – 8 W/cm2 1.4 – 1,8 mm 80 – 100 laipsniai 0,15 – 0,40 mm/sav. Cheminis ir mechaninis 80 – 80 laipsnių W/3 2,0 mm 100 – 120 laipsnių 0,40 – 1,00 mm/sav. Dažnas cheminis valymas 100 – 120 laipsnių (labai greitas kietėjimas) Labai didelis 2 – 4 W/cm² 1,8 – 2,5 mm 120 – 140 laipsnių 1,00 – 2,50 mm.
>120 laipsnių Labai aukštas Mažiau 2 W/cm2 Nerekomenduojama Virš 140oC Greitas gedimas Keisti į garą arba išorinį šildymą
Esant didesnei nei 100 laipsnių birių medžiagų temperatūrai, 316 nerūdijančio plieno apvalkalams aktyvi polimerizacija nerekomenduojama, neatsižvelgiant į sienelės storį. Paviršiaus temperatūra, reikalinga praktiniam vatų tankiui gauti, neišvengiamai viršys greito užsiteršimo slenkstį. Tokiose situacijose inžinieriai gali norėti pažvelgti į išorinį bako šildymą (apvalkalus arba ritinius) arba pakeisti į nepridegantį apvalkalą. PTFE arba fluoropolimero dangos ant 316 apvalkalų gali užtikrinti mažos-energijos paviršių, prie kurio polimerizuotos medžiagos tvirtai neprilimpa ir gali sumažinti užsiteršimo greitį 70–90%. Tačiau dangos padidina išlaidas ir gali apriboti maksimalią darbo temperatūrą iki 200–260 laipsnių, priklausomai nuo dangos tipo.

Dizaino pakeitimai, siekiant sumažinti užsiteršimą nedidinant sienos storio
Įrodyta, kad trys konstrukcijos patobulinimai sumažina užsiteršimo greitį nedidinant sienelės storio tais atvejais, kai polimerizuojančių skysčių šiluminei reakcijai pageidautinas plonasienis 316 apvalkalas, mažesnis nei 1,2 mm. Pirmasis yra pagerinti cirkuliaciją per šildytuvo paviršių. Padidinus skysčio greitį nuo nejudančio iki 0,5 m/s, paviršiaus temperatūra gali būti sumažinta 10–15 laipsnių, esant tokiam pačiam vatų tankiui, dėl pagerėjusio skysčio{8}}šilumos perdavimo koeficiento. Žemesnė paviršiaus temperatūra tiesiogiai veikia polimerizacijos greitį. Antrasis pakeitimas – šildytuvą įjungti didesniu vatų tankiu, o ne nuolat jį naudoti mažesniu vatų tankiu. 12 W/cm² šildytuvas, veikiantis 5 min. įjungtas ir 10 min. išjungtas, gali turėti tokią pat vidutinę galią kaip šildytuvo, nuolat veikiančio 8 W/cm², tačiau didžiausia paviršiaus temperatūra yra aukštesnė. Veikimas aukštoje temperatūroje iš tikrųjų gali padidinti užsiteršimą, todėl su pertrūkiais veikimas yra naudingas tik tuo atveju, jei išjungimo{17}}laikas leidžia apvalkalui atvėsti žemiau polimerizacijos slenksčio, kad nesusidarytų nuosėdų. Paskutinis pakeitimas – nupoliruoti apvalkalo paviršių iki veidrodinio blizgesio, mažesnio nei 0,2 mikrono Ra. Lygesnius paviršius lengviau valyti, nes polimerai turi mažiau prilipimo vietų. 316 apvalkalų elektrinis poliravimas gali sumažinti užsiteršimo lygį 20-40 %, palyginti su-su šlifuota apdaila . Tais atvejais, kai užsiteršimas yra nepriimtinas svarbioms reikmėms, inžinieriai turėtų nurodyti dvigubą{29}}apvalkalą su nuimama išorine mova. Išorinė įvorė, pagaminta iš plonos-sienelės 316 arba nepridegančios dengtos medžiagos, surenka nešvarumus ir gali būti dažnai keičiama nepaliekant viso šildytuvo. Ši technika turi išankstinių sąnaudų, tačiau sumažina ilgalaikes{38}}eksploatacines išlaidas esant dideliam užteršimui. Nurodydami polimerizacijos terpės šildytuvus, visada teiraukitės šildytuvo gamintojo numatomos paviršiaus temperatūros pagal pageidaujamą vatų tankį ir sienelės storį. Palyginkite šią temperatūrą su nustatyta polimerizacijos riba konkrečiai dervai arba klijams. 10 laipsnių skirtumas gali būti skirtumas tarp šešių mėnesių be rūpesčių veikimo ir kassavaitinio valymo išjungimo.