U posudama za varenje pod visokim-pritiskom (npr. kisela digestija za elementarnu analizu, hidrotermalnu sintezu), maksimalni dozvoljeni pritisak za PFA-inkapsulirani grijač na 200 stepeni je 2–3 bara (30–45 psi) za debljinu zida od 2 mm. To je daleko ispod 30-100 bara tipičnih za probavne sudove. Ograničavajući faktor je lomna čvrstoća PFA pri puzanju na 200 stepeni, koja pada na 3–5 MPa. Koristeći formulu posude pod pritiskom sa tankim-zidkom σ=P × D / (2 × t), sa D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (teretski). Međutim, puzanje smanjuje dozvoljeni pritisak za 50–75% za dugotrajnu uslugu-(1,000+ sat). Siguran radni pritisak je 2-3 bara. Za tipične posude za varenje koje rade na 50-100 bara, PFA grijači se ne mogu direktno koristiti. Umjesto toga, koristite vanjsko grijanje (jakna, pećnica) ili izolirajte grijač u zoni niskog-pritiska (npr. ručna ruka sa barijerom za pritisak). Nikada nemojte pritiskati PFA grijač iznad 5 bara na 200 stepeni.
Granice pritiska pri povišenoj temperaturi
PFA brzo gubi mehaničku čvrstoću iznad 150 stepeni. Na 200 stepeni, vlačna čvrstoća je 6-8 MPa (kratkoročno), a lomna čvrstoća puzanja na 1.000 sati je samo 2-4 MPa. Projektni napon za kontinuirani rad trebao bi biti manji ili jednak 1,5 MPa. Koristeći formulu P=2 × σ × t / D:
| PFA zid (mm) | Projektno naprezanje (MPa) na 200 stepeni | OD cijevi (mm) | maksimalni pritisak (bar) | Siguran radni pritisak (bar) | Aplikacija |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Veoma nizak pritisak |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Nizak pritisak |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | Marginalno |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Prihvatljivo za veoma nizak pritisak |
| 2.0 | 3.0 (kratkoročno-) | 25 | 4.8 | - | Samo za kratke izlete |
Za tipičnu digestiju od 50 bara, potrebna debljina zida bi bila t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - nemoguće.
Poređenje tipova grijača za varenje pod visokim-pritiskom
| Vrsta grijača | Maksimalni pritisak na 200 stepeni (bar) | Wall Thickness | Pogodno za 50–100 bara? | Alternativa |
|---|---|---|---|---|
| PFA{0}}inkapsuliran (2 mm) | 1–2 | 2 mm | br | Vanjsko grijanje |
| PFA{0}}inkapsuliran (5 mm) | 5–8 | 5 mm | Ne (još uvijek prenisko) | Nije praktično |
| Čelični{0}}obloženi (Incoloy) | 100+ | 0,5 mm metal | Da (ali nije otporan na hemikalije) | Zahtijeva PFA oblogu plovila |
| Kvarc / staklo | Samo eksterno | N/A | ne (lomljivo) | Brod sa jaknom |
| titanijum (obložen) | 100+ | 1 mm metal | Da | Za korozivnu upotrebu |
| Eksterno grijanje (jakna, pećnica) | Ocenjeno plovilo | N/A | Da | Poželjno za PFA{0}}obložena plovila |
Praktično rješenje za probavne sudove
Ako trebate zagrijati posudu za varenje obloženu PFA radi otpornosti na kemikalije, nemojte stavljati PFA grijač unutar zone visokog{0}}pritiska. umjesto toga:
Eksterni grejni pojasoko metalne posude sa PFA oblogom. PFA obloga vidi pritisak i hemijski napad; grijač je vani.
Grijanje pećnice: Stavite cijelu posudu za varenje u rernu{0}}na prisilni vazduh na 200 stepeni. PFA obloga se nosi sa hemijom; pećnica daje toplinu.
Recirkulacija bočnog oružja: Cirkulirajte medij za varenje kroz PFA izmjenjivač topline izvan zone visokog-pritiska pomoću pumpe. PFA izmjenjivač topline može biti dizajniran za niži tlak (2-3 bara) jer je pad tlaka mali.
Kupatilo sa toplom vodom pod pritiskom: Potopite posudu za varenje u kupatilo sa toplom vodom pod pritiskom na 200 stepeni (zahteva autoklav). Kupatilo zagrijava posudu izvana.
Primjer polja
Laboratorija je izvršila hidrotermalnu sintezu na 200 stepeni i 60 bara u čeličnoj posudi obloženoj PFA{2}}. Pokušali su koristiti uronjeni PFA grijač (2 mm zid) za zagrijavanje otopine. Grijač se srušio na 10 bara (nedostatak cilja). Prešli su na vanjski grijaći omotač (tračni grijač od 3 kW na čeličnoj vanjskoj posudi). PFA obloga je ostala netaknuta. Posuda je bezbedno dostigla 200 stepeni i 60 bara. Grijač je bio vani, tako da pritisak nije bio problem.
Sigurnosne smjernice
Nikada ne prelazite 5 bara ni na jednom PFA grijaču na 200 stepeni, bez obzira na debljinu zida.
For pressure >3 bara, koristite samo vanjsko grijanje.
Instalirajte ventil za smanjenje pritiska postavljen na 3 bara na bilo koju posudu koja ima uronjeni PFA grijač koji radi na 200 stepeni.
Nadgledajte PFA omotač zbog oticanja ili plikova; ovo ukazuje na neminovnost kvara puzanja.
Zaključak: Maksimalno 2-3 bara za PFA grijač na 200 stepeni
Maksimalni dozvoljeni pritisak za PFA grijač u posudi za digestiju visokog{0}}pritiska na 200 stepeni je 2-3 bara, daleko ispod 50-100 bara tipičnih za takve procese. PFA gubi mehaničku čvrstoću na visokoj temperaturi, a puzanje smanjuje pritisak pucanja na nesigurne nivoe. Za varenje pod visokim-pritiskom, koristite eksterno grijanje (kobula, pećnica) ili izolujte PFA grijač u recirkulacijskoj petlji niskog pritiska{9}}. Nikad se nemojte oslanjati na PFA grijač kao komponentu pod pritiskom-koja sadrži iznad 3 bara na 200 stepeni. Polimer će puzati, nabubriti i pucati. Održavajte nizak pritisak ili držite grijač vani. U probavi, PFA služi za hemijsku otpornost, a ne za zadržavanje pritiska. Shvatite ograničenja, dizajnirajte u skladu s tim i radite bezbedno. Vaša posuda treba da sadrži pritisak; vaš grijač ne bi trebao. Razdvojite funkcije, postignite uspjeh.
