Kodėl PFA šildytuvas su grublėtu smėliasrove padengtu paviršiumi yra geresnis už lygų paviršių kaitinant aukštu{0}}slėgiu organiniais tirpikliais?

Kalbant apie plėvelės stabilumą ir branduolinio virimo šilumos perdavimą, grublėtas PFA paviršius (Ra 1,0–1,5 µm) dažnai veikia geriau nei lygus paviršius (Ra < 0,2 µm) kaitinant aukštu -slėgiu organiniu tirpikliu (pvz., toluenu, acetonu, heksanu, esant 5–200 bar, 200 100 laipsniui). Burbulo branduolio kontrolė yra mechanizmas; perkaitimas ir staigus, greitas užvirimas (dumbėjimas) atsiranda dėl lygių paviršių, slopinančių burbuliukų susidarymą. Didesnius šilumos perdavimo koeficientus ir pastovų, mažų{12}}burbuliukų virimą skatina grublėtas paviršius, kuriame yra kontroliuojamos branduolių susidarymo vietos. Be to, kadangi šiurkštus vidinis paviršius (jei prieš ekstruziją apdorojamas smėliasrove) pagerina mechaninį PFA ir metalinės šerdies susijungimą, grublėtas paviršius atsparus tirpiklio -sukeltam išsipūtimui. Šiurkštus paviršius padidina drėkinamumą ir sumažina plėvelės užvirimo riziką, jei organiniai tirpikliai blogai drėkina PFA (kontaktinis kampas > 90 laipsnių). Norint pasiekti optimalų rezultatą, vidinis paviršius turi būti chemiškai išgraviruotas, kad sukibtų, o išorinis paviršius nušluostytas smėlio srove (Ra 1,0–1,5 µm).

Branduolių virimas ir paviršiaus šiurkštumas
Šilumos srautas organiniuose tirpikliuose, šildomuose esant slėgiui, dažnai yra pakankamai stiprus, kad sukeltų virimą PFA paviršiuje. Burbulams susidaryti ant lygaus paviršiaus reikia didelio perkaitimo (ΔT=10–30 laipsnių virš virimo temperatūros). Vietinis temperatūros padidėjimas atsiranda dėl burbuliukų, kurie tampa didžiuliai ir lėtai išsiskiria. Mikro-ertmės (5–20 µm) grublėtame paviršiuje yra patvarios branduolių susidarymo vietos, sulaikančios garus. Šilumos perdavimą pagerina burbuliukai, kurie susidaro esant žemesniam perkaitimui (2–5 laipsniai), yra mažesni ir dažniau išsiskiria. Esant tokiam pat šilumos srautui, grublėtas paviršius gali turėti 50–100 % didesnį šilumos perdavimo koeficientą (h).

Lygus PFA (Ra 0,1 µm) rodo, kad plėvelė verda esant 8 W/cm², o tolueno ΔT=40 laipsnis 150 laipsnių ir 10 barų. Esant ΔT=15 laipsniui, grublėtas PFA (Ra 1,2 µm) palaiko branduolio virimą iki 15 W/cm².

Organinių tirpiklių efektyvumo palyginimas esant aukštam slėgiui
Tirpiklio slėgis (bar) Temp (laipsnis) Paviršiaus apdaila Kritinis šilumos srautas (W/cm²) Šilumos perdavimo koeficientas (W/m²·K) Virimo režimas Santykinis tarnavimo laikas
Toluene 10 150 Smooth (0.1) 6–8 1,500–2,000 Film boiling at >6 1.0x Toluenas 10 150 Užgrūdintas (1,2) 12–15 3 000–4 000 branduolių iki 12 2.5 x
Acetonas 8 120 Lygus 5–7 1, 800–2 500 smūgių 1,0 x
Acetonas 8 120 grublėtas 10–12 3, 500–5 000 stabilių burbuliukų 2,8 x heksanas 5 100 lygus 4–6 1, 200–1 800 smarkus virimas 0,8 karto
Heksanas 5 100 Užgrūdintas 8–10 2, 500–3 500 Kontroliuojamas 2,2 x etanolis 12 180 Lygus 7–9 2, 000–2 500 Perkaitimas 1,2 x
Etanolis 12 180 Užgrūdintas 14–16 4 000–5 500 stabilus 2,5 karto
Mechaninis blokavimas sukibimui
Vidinis PFA apvalkalo paviršius (prieš metalinę šerdį) taip pat turi naudos dėl šiurkštumo. Metalinės šerdies smėliasrove iki Ra 2–4 ​​µm prieš PFA ekstruziją sukuria mechaninį blokavimą. PFA prisitvirtina tekėdamas į paviršiaus aferas. Skystis gali šiek tiek išplėsti PFA (0,5–2 % tūrio padidėjimas) aukšto slėgio organiniuose tirpikliuose. Esant patinimui, lygi sąsaja (Ra < 0,5 µm) gali išsisluoksniuoti. Kadangi PFA yra užfiksuotas įdubose, sukibimas palaikomas grubioje sąsajoje (Ra > 2 µm). Norint užtikrinti ilgalaikį{13}}patikimumą, tai būtina.

Norėdami gauti geriausius rezultatus, nurodykite:

Smėliasrove iki Ra 1,0–1,5 µm išorėje (burbulų susidarymui)

Smėliasrove iki Ra 2,5–4,0 µm (sukibimui) ant vidinio paviršiaus (metalinės šerdies)

Metalo šerdies paviršius: chemiškai išgraviruotas po smėliasrove, kad būtų pašalintos birios dalelės ir susidarytų nano{0}}poringumas

Kai lygus paviršius geresnis
Lygūs PFA paviršiai vis dar pasirenkami:

Ne{0}}verdantis, vienfazis-kaitinimas: nėra burbuliukų, todėl šiurkštumas tik skatina užsiteršimą.

Aukšto-grynumo paslauga: šiurkštūs paviršiai kaupia nešvarumus ir yra sunkiau valomi.

Kristalizuojantys arba pleiskanojantys skysčiai: nuosėdos lengvai prilimpa prie šiurkščių paviršių.

Žemo{0}}slėgio tarnyba (<2 bar) where boiling is not a problem.

Pavyzdys lauke
Toluenui kaitinti 150 laipsnių ir 10 barų temperatūroje farmaciniame reaktoriuje buvo naudojamas lygus PFA šildytuvas. Po šešių mėnesių šildytuvas smarkiai susitrenkė ir staigiai sprogo garai, dėl kurių atsirado ±15 laipsnių temperatūros svyravimai ir PFA įtrūkimai. Gamykloje buvo sumontuotas grublėtas PFA šildytuvas (Ra 1,3 µm išorinis, Ra 3 µm šerdis). Šildytuvas tarnavo daugiau nei trejus metus, dingo smūgiai, o temperatūros reguliavimas pagerėjo iki ±2 laipsnių. Šildytuvo kaina padidėjo 100 USD dėl smėliavimo (15% priedas). Sumažėjus prastovoms sutaupyta suma, buvo sumokėta per du mėnesius.

Apžiūra ir priežiūra
Jei naudojate grublėtus šildytuvus, patikrinkite, ar:

Užteršimas: nuosėdos susikaupia ant šiurkščių paviršių. Valymui naudokite švelnų šepetėlį ir lengvą tirpiklį; nenaudokite abrazyvinių medžiagų, kurios galėtų išlyginti paviršių.

Paviršiaus susidėvėjimas: erozija gali išlyginti smailes per trejus–penkerius metus. Jei Ra sumažėja žemiau 0,8 µm, iš naujo-smėliuokite arba pakeiskite.

Sukibimo bandymas: periodiškai įvertinkite izoliacijos varžą. Delaminaciją grubioje sąsajoje rodo kritimas, o tai nedažna.

Apibendrinant galima pasakyti, kad grublėtas paviršius pagerina sukibimą ir virimą.
Šildant aukštu -slėgiu organiniu tirpikliu (5–20 barų, 100–200 laipsnių), PFA šildytuvas su grublėtu smėliasrove paviršiumi (Ra 1,0–1,5 µm) įveikia lygų paviršių 2–3 kartus dėl stabilaus branduolio virimo, didesnio kritinio šilumos srauto ir atsparumo smūgiams. Grubus išorinis paviršius užtikrina reguliuojamas burbuliukų susidarymo vietas; grubus vidinis paviršius skatina sukibimą su tirpiklio{10}}sukeliamu patinimu. Nurodykite smėliasrove apdorotą PFA bet kuriam organinio tirpiklio procesui, kuriame vyksta virimas. Neverdančiam, žemo{14}slėgio ar didelio{15}}grynumo atveju geriausia išlieka lygi. Sulygiuokite paviršių su užduotimi. Virimui reikalingi nelygumai. Smėlis reikalingas iškilimams. Nušlifuokite paviršių, tolygiai virkite ir ilgai ištverkite. Grubus yra stiprus organinėse medžiagose. Smooth yra slidus - ir slysta į plėvelę. Pasirinkite grubus.