Sut i Ddirywio Dwysedd Watiau Casin PFA yn Gywir Wrth Weithredu Uwchlaw 140 gradd mewn Asid Sylffwrig Crynodol?

Asid sylffwrig crynodedig (H2SO4) uwchlaw 140 gradd yw un o'r gosodiadau gwaethaf ar gyfer gwresogydd trochi seiliedig ar bolymer. Mae PFA (alcan perfflworoalkoxy) yn arddangos ymwrthedd cemegol rhagorol hyd at 180 gradd mewn llawer o gyfryngau. Fodd bynnag, mae effaith gyfunol asid sylffwrig crynodedig tymheredd uchel yn arwain at ddau fecanwaith diraddio gwahanol, hy sylffonio'r wyneb yn y rhyngwyneb asid polymer a threiddiad gwell o ddŵr ac anweddau asid trwy'r matrics fflworopolymer. Mae'r ffigurau dwysedd Watt arferol ar gyfer tiwbiau PFA mewn cyfrwng niwtral neu ychydig yn gyrydol - 8 i 12 W / cm2 - yn gamarweiniol o optimistaidd pan fydd tymheredd asid sylffwrig yn uwch na 140 gradd. Felly mae gweithredu ar y lefelau heb eu cywiro yn arwain at bothellu a dadlaminiad cyflym o'r craidd gwresogi mewnol a rhwyg yn y pen draw. Mae angen defnyddio data gwrthiant cemegol sy'n dibynnu ar dymheredd, modelu treiddiad a dealltwriaeth o ddylanwad crynodiad asid ar chwydd PFA er mwyn sicrhau bod dwysedd y wat yn gywir.

Ymwrthedd Thermol a Chemegol PFA mewn Asid Sylffwrig Crynodiad Uchel
Mae sefydlogrwydd cemegol PFA yn deillio o gryfder y bond carbon-fflworin ac effaith cysgodi atomau fflworin ar hyd asgwrn cefn y polymer. Mae asid sylffwrig crynodedig (dros 90% yn ôl pwysau) yn asiant dadhydradu cryf ac yn asiant ocsideiddio ysgafn. Ar 140-160 gradd, mae asid sylffwrig yn hollti'r cysylltiadau ether yn araf yn y cadwyni ochr perfflworoalkoxy, gan roi meintiau bach o grwpiau diwedd carbocsylad a rhyddhau symiau hybrin o hydrogen fflworid. Nid yw'r dadansoddiad arwyneb yn ddigon cyflym i achosi methiant ar unwaith, ond mae'n cynyddu athreiddedd polymer i ddŵr ac asid. Mae data profion trochi hirdymor (5000 o oriau) yn dangos bod gan PFA sy'n destun 98% H 2 SO 4 ar 150 gradd gynnydd o 40-60% mewn cyfernod treiddiad ar gyfer lleithder dros ddeunydd heb ei ddatgelu. Felly, ar gyfer dylunio gwresogydd, rhaid lleihau'r tymheredd arwyneb uchaf a ganiateir pan gynyddir y cynnwys asid. Mae tymheredd wyneb parhaus diogel yr achos PFA gyda 96-98% H2SO4 ar 140C tua 165C, felly dim ond gwahaniaeth 25C rhwng wyneb y gwresogydd a'r asid swmp. Ar dymheredd swmp o 150 gradd mae'r delta yn crebachu i 15 gradd gan gyfyngu'n sylweddol ar y fflwcs gwres posibl.

Treiddiad uwch na 140 gradd-Mecanweithiau Methiant Anwythol
Pan ddefnyddir gwresogydd cas PFA mewn asid sylffwrig poeth crynodedig, nid toddi neu ddiddymiad cemegol y polymer swmp yw'r prif ddull o fethiant ond cronni pwysau yn y wal bolymer. Mae dŵr sy'n bresennol yn yr asid (hyd yn oed H2SO4 crynodedig yn cynnwys 2- 4% o ddŵr yn ôl pwysau) yn tryledu trwy'r PFA ac yn cyrraedd y rhyngwyneb rhwng y polymer a'r elfen wresogi metel fewnol. Mae'r moleciwlau dŵr hyn yn cael eu trawsnewid yn gyflym i stêm ar fwy na 140 gradd. Ar yr un pryd gall symiau bach iawn o asid sylffwrig sydd wedi mynd trwy'r PFA erydu'r craidd metel sy'n cynhyrchu nwy hydrogen. Mae stêm a hydrogen yn casglu mewn bylchau microsgopig neu yn y cyswllt metel polymer. Mae'r wain PFA yn dechrau pothellu wrth i'r pwysedd nwy mewnol godi. Mae teneuo lleol y wal bolymer yn cael ei gyflymu pan fydd pothellu'n dechrau a chynyddir tymheredd arwyneb y pothell ymhellach trwy drosglwyddo gwres llai trwy'r ceudod llawn nwy. Mae'r ddolen adborth gadarnhaol hon fel arfer yn arwain at rwyg trychinebus mewn 200-500 awr ar ddwysedd wat uwch na 3.5 W/cm 2 ar 150 gradd mewn 96% H 2 SO 4 . Mewn cyferbyniad, gall rhedeg yr un gwresogydd mewn asid sylffwrig gwanedig ar yr un tymheredd swmp ddioddef 7-8 W/cm2 heb losgi.

Mesur Dwysedd Watt Angenrheidiol
Mae cynhyrchwyr gwresogi fflworopolymer wedi cynnal profion systematig i sefydlu cromliniau deilliadol empirig ar gyfer casinau PFA mewn asid sylffwrig crynodedig. Mae'r dwysedd wat cynaliadwy uchaf yn dangos tueddiad dadfeilio esbonyddol yn fras gyda'r tymheredd swmp yn uwch na 130 gradd. Y dwysedd wat diogel ar dymheredd swmp o 140 gradd gyda 96% H2SO4 yw 4.5-5.0 W / cm2 os yw trwch wal PFA yn 1.5-2.0 mm ac mae'r wyneb yn lân ac heb ei halogi. Mae cynyddu'r tymheredd swmp i 150 gradd yn lleihau'r terfyn derbyniol i 2.8–3.2 W/cm². Ar dymheredd swmp 160 gradd yr uchafswm. mae dwysedd wat yn cael ei ostwng i 1.5–2.0 W/cm². Ni chynghorir gweithrediad dyletswydd parhaus yn 96% H2SO4 ar dymheredd swmp o 170 gradd ar gyfer unrhyw ddwysedd wat oherwydd bod cryfder mecanyddol y PFA yn cael ei ddiraddio i'r graddau y gall pwysau ehangu thermol yn unig achosi torri. Mae'r cyfyngiadau hyn tua 15 – 20 % yn is dros yr ystod tymheredd cyfan ar gyfer asid 98%. Mae'r derating yn bennaf oherwydd tymheredd arwyneb y PFA ei hun, a fydd, ar gyfer dwysedd wat penodol a chyfernod trosglwyddo gwres, tua 8 i 12 gradd dros y tymheredd asid swmp mewn systemau sydd wedi'u cynhyrfu'n dda, a 20 i 30 gradd yn uwch mewn tanciau tawel. Mae'r dull ceidwadol yn rhagdybio'r delta uwch oni bai bod y cylchrediad gorfodol wedi'i sefydlu.

Effeithiau Crynodiad: Pam nad yw 90% o asid yn ymddwyn fel 96% o asid
Un ffactor sy'n cael ei ystyried yn anaml yw'r union grynodiad o asid sylffwrig yn yr ystod 90-100%. Gyda 90-93% H2SO4 mae potensial ocsideiddio'r asid yn is ac mae'r cynnwys dŵr ecwilibriwm yn uwch. Yn yr ystod crynodiad hwn, mae PFA yn dangos cyfradd amsugno dŵr tua 50% yn is nag ar gyfer asid 96% ac mae chwyddo'r polymer yn cael ei leihau ar 140 gradd. Felly, mae'r dwysedd wat diogel ar 140 gradd mewn asid 93% yn cynyddu i 6.0-7.0 W / cm². Ar 98.5% ac uwch (mygdarth asid sylffwrig neu olwm gyda SO₃ toddedig) mae'r mecanwaith diraddio yn newid i ymosodiad electroffilig uniongyrchol ar asgwrn cefn PFA. Nid oes unrhyw radd PFA yn briodol ar gyfer trochi mewn olwm uwchlaw 100 gradd ar unrhyw ddwysedd wat. Mae'r ffin rhwng "derbyniol" ac "annerbyniol" yn eithaf sydyn a gwelir ei fod rhwng 98.0% a 98.5% ar dymheredd uchel. Felly, dylai Peirianwyr ofyn am ymchwiliad crynodiad asid wedi'i ddilysu cyn adeiladu gwresogydd PFA ar gyfer gweithrediad asid sylffwrig bron â chrynodiad.

Cymhwysiad-Canllaw Derating Penodol ar gyfer Casinau PFA mewn Asid Sylffwrig Poeth
Crynhoir y dwyseddau wat mwyaf derbyniol fel swyddogaeth tymheredd asid swmp, ystod crynodiad a dwyster cynnwrf yn y tabl canlynol. Pob gwerth yn seiliedig ar drwch wal PFA o 1.5 mm o leiaf ac arwyneb y gwresogydd yn rhydd o ddyddodion neu raddfa.

Tymheredd Asid Swmp H₂SO₄ Crynhoad Cynnwrf Cyflwr Uchafswm Di-dor Dwysedd Watt Ffactor Cyfyngu Critigol
130–140 gradd 90–93% Cymedrol i uchel (Ail > 10,000) 6.5–7.5 W/cm2 Cyfradd treiddiad dal yn gymedrol; sylffoniad arwyneb isel 130–140 gradd 96–98% Lefel cynnwrf 4.0–5.0 W/cm² Mae athreiddedd dŵr yn cynyddu; 20% ar gyfer tanciau tawel
90-93% 141-150 gradd Cylchrediad gorfodol yn unig 4.5–5.5 W/cm² Dylid osgoi darfudiad naturiol. Rhaid defnyddio bafflau i sicrhau llif ar draws yr arwyneb. 141–150 gradd 96–98%Unrhyw gyflwr 2.8–3.2 W/cm^2 Risg pothellu sydd drechaf; angen archwiliad trwch misol 151–160 gradd 90–93% Cylchrediad gorfodol, cynnwrf ysgafn 2.0–2.5 W/cm² Gellir canfod sylffoniad arwyneb ar ôl 2,000 o oriau
96-98% 151-160°CNot advised, < 1.5 W/cm 2Reliable life less than 500 hour Consider alternate materials (quartz or SiC) >160°C Any >90% Peidiwch â defnyddio PFA Amherthnasol Torri oherwydd diffyg cyfatebiaeth ehangiad thermol â chraidd metel; colli cywirdeb mecanyddol
Gweithrediad Ymarferol: Mesur a Gwirio Digonol Derating
Nid yw amcangyfrif dwysedd wat dirywiedig heb fesurau cadarnhau yn ddigon. Ar gyfer hen osodiadau, ni all thermomedr isgoch neu thermocwl wedi'i osod ar wal y tanc fonitro tymheredd arwyneb PFA yn uniongyrchol. Yn lle hynny, dylid gosod thermocwl mesurydd tenau yn ystod gweithgynhyrchu gwresogyddion rhwng y gwain PFA a'r craidd gwresogi metel. Mae'r synhwyrydd mewnol hwn yn dangos union dymheredd y wal fewnol. Ni ddylai gwahaniaeth tymheredd y wal fewnol o'r tymheredd asid swmp fod yn fwy na'r gwerth a nodir gan y cyfernod trosglwyddo gwres ar y dwysedd wat cymhwysol. Ar gyfer dyluniadau newydd, dewiswch wresogydd gyda dwysedd wat is dosbarthedig. Cyflawnir hyn trwy gynyddu cyfanswm yr arwynebedd gwresogi, NID trwy ostwng pŵer yn unig. Er enghraifft, mae angen 2000 cm2 o arwynebedd ar wresogydd 6 kW ar 3 W/cm2. Mae cynyddu'r arwynebedd yn cadw'r mewnbwn gwres sydd ei angen heb fod yn fwy na chyfyngiadau thermol y deunydd.

Casgliad: Cyfrifiad diogelwch yw derating nid argymhelliad
Mae rhedeg gwresogydd trochi cas PFA ar dros 140 gradd mewn asid sylffwrig crynodedig heb ddwysedd wat wedi'i ostwng yn briodol yn peryglu methiant sydyn, annisgwyl. Mae'r mecanweithiau rheoleiddio - athreiddedd dŵr, pothellu ager a sylffoniad arwyneb - yn cael eu deall a'u meintioli'n dda. Mae angen tri phwynt data ar y peirianwyr cyn y gallant ddiffinio gwresogydd o'r fath: y cynnwys asid gwirioneddol (trwy ditradiad, nid trwy blatiau enw), y tymheredd swmp uchaf a ragwelir (gan gynnwys cynhyrfu prosesau) a'r cyflymder hylif isaf a ragwelir ar draws wyneb y gwresogydd. O'r mewnbynnau hyn, gellir dewis y ffactor deilliadol priodol o'r tablau cyhoeddedig neu ei wirio gyda gwneuthurwr y gwresogydd. Ar gyfer dwyseddau wat sy'n llai na 2.5 W/cm^2, dewis arall realistig i un elfen gwresogydd fawr yw defnyddio nifer o elfennau gwresogydd sy'n rhannu'r llwyth thermol ac sy'n dileu swyddi.