Kako otapala na bazi bio-a utječu na odabir materijala za brtve izmjenjivača fluoropolimera?

Izmjenjivači topline koji rade sa ekološki prihvatljivijim, bio{0}}otvaračima moraju se mijenjati zajedno s kemijskom industrijom. Iako pokazuje nešto drugačiju interakciju s elastomernim brtvama koje brtve fluoropolimerni izmjenjivač, zamjena za toluen, tetrahidrofuran ili diklorometan može pružiti usporedivu izvedbu procesa. Na tvrdoću brtve, bubrenje i-dugoročnu silu brtvljenja mogu utjecati čak i male promjene u afinitetu otapala.

Provjera jesu li tradicionalno pouzdani materijali za brtvljenje još uvijek kompatibilni s najnovijom generacijom obnovljivih otapala novi je inženjerski izazov koji donosi pomak prema održivoj kemiji.

Povećana važnost odabira brtvi izmjenjivača fluoropolimera kompatibilnih s biološkim otapalima odražava širu težnju industrije prema nisko-toksičnosti i bio-izvedenim procesnim kemikalijama.

Zašto se otapala na biološkoj-temelji ponašaju drugačije
Mnoga suvremena održiva otapala napravljena su tako da rade slično tradicionalnim petrokemijskim otapalima, a da pritom imaju manji negativan učinak na okoliš ili su otrovna.

Primjeri se sastoje od:

2-MeTHF ili metiltetrahidrofuran

Ciklopentil metil eter (CPME)

Etil laktat

Karbonat dimetil

Esteri dobiveni iz biomase

Otapala na bazi terpena

Unatoč činjenici da se ti materijali mogu izravno zamijeniti u trenutnim procesima, njihove molekularne strukture često se razlikuju od onih otapala koja zamjenjuju.

Na kompatibilnost brtvi utječu brojna kemijska svojstva:

Polaritet molekula

Kemija funkcionalnih skupina

Difuzija otapala

Molekularne dimenzije

Ponašanje vodikovih veza

Ove varijacije mogu utjecati na prodiranje otapala ili interakciju s elastomernim materijalima za brtvljenje.

Budući da je riječ o kemikaliji, zeleno otapalo i dalje mora biti stalno sadržano u izmjenjivaču.

Razlozi zašto su brtve opasnije od PTFE-a
Glavne ovlažene površine fluoropolimernih izmjenjivača topline često su izrađene od PTFE ili sličnih fluoropolimera. Općenito, PTFE je još uvijek otporan na gotovo sva organska otapala i jake kemikalije.

Sustavi brtvi su, međutim, složeniji.

Mnogi sklopovi brtvi izmjenjivača kombiniraju različite materijale, kao što su:

Brtve za PTFE omotnice

Vitonske jezgre

Elastomeri izrađeni od EPDM

Silikonske podloge

PTFE ispune koje su ekspandirane

PTFE vanjski sloj može pružiti kemijsku zaštitu, ali unutarnja elastomerna jezgra i dalje kontrolira kompresibilnost i otpornost na brtvljenje.

Tijekom vremena, elastomer ispod može nabubriti, omekšati, skupiti se ili otvrdnuti ako molekule otapala prodru kroz sitne pukotine, šavove ili izložene površine.

Utjecaj bubrenja otapala na performanse brtve
Kada molekule otapala prodru kroz strukturu elastomera i fizički prošire materijal, dolazi do bubrenja brtve.

Umjereno oticanje može u početku poboljšati snagu brtvljenja, ali pretjerano upijanje često stvara velike dugoročne-poteškoće.

Potencijalni utjecaji uključuju:

Gubitak tlačne čvrstoće

Omekšavanje jezgre brtve

Deformacija koja je trajna

Ekstruzija-izazvana pritiskom

smanjeno zadržavanje opterećenja vijka

Propuštanje brtve tijekom toplinskog ciklusa

Suprotno tome, neka otapala mogu izvući plastifikatore ili aditive iz elastomera, uzrokujući skupljanje i krtost umjesto bubrenja.

Obje okolnosti mogu oštetiti cjelovitost brtvljenja.

Viton i EPDM poteškoće u otapalima na bazi bio-a
Zbog svoje velike kemijske otpornosti na ugljikovodike i klorirana otapala, fluoroelastomeri poput Vitona često su se intenzivno koristili u tradicionalnim uslugama otapala.

Unatoč tome, neka novija otapala dobivena iz bioloških izvora imaju esterske kemije ili oksigenirane funkcionalne skupine koje na neobičan način stupaju u interakciju s mrežama elastomera.

Varijabilnost u izvedbi Vitona
Povijesno gledano, brtve PTFE ovojnice s jezgrama od vitona pokazale su dobre performanse u raznim sustavima otapala. Međutim, neka otapala na bazi bio-a mogu omekšati Viton komponentu jače nego što je predviđeno, posebno kada se poveća polaritet ili sadržaj estera.

Ovo ponašanje može rezultirati:

Smanjena žilavost

Kompresijski set

Oteklina

Nestabilnost brtve pod opterećenjem

EPDM razlike u kompatibilnosti
EPDM može negativno reagirati s nekim organskim otapalima, ali obično dobro funkcionira u polarnim tekućinama i sustavima-na bazi vode.

Kako se održiva kemija otapala širi, pretpostavke o kompatibilnosti temeljene na konvencionalnim petrokemijskim otapalima postaju manje pouzdane.

Ispitivanje kompatibilnosti s ASTM D471
ASTM D471 standardni je laboratorijski postupak za procjenu kompatibilnosti gume i elastomera.

Ova ispitna metoda analizira kako se materijal mijenja nakon kontroliranog uranjanja u kemijsku tekućinu.

Tipični kriteriji ocjenjivanja uključuju:

Oticanje volumena

Promjena tvrdoće

Varijacije vlačne čvrstoće

Promjena težine

Degradacija izgleda

Ako materijal brtve previše nabubri ili omekša u novom okruženju otapala, to se može odmah utvrditi korištenjem jednostavnog testa uranjanja.

Testiranje ASTM D471 sve se više provodi za materijale koji su imali desetljeća dokazane povijesti rada sa starijim otapalima jer su mnoga održiva otapala relativno nova u industrijskoj preradi.

Razmatranja propusnosti PTFE-a
Propuštanje se ipak može dogoditi u nekim okolnostima iako se smatra da je PTFE kemijski inertan na praktički sva organska otapala.

Osobito pri visokim temperaturama ili produljenom vremenu izlaganja, male molekule otapala mogu sporo difundirati kroz strukture fluorpolimera.

Sam PTFE nije uvijek oštećen propusnošću, iako može dopustiti interakciju otapala s:

Jezgre brtve iznutra

slojeva armature

Sekundarni materijali za brtvljenje

Stoga, čak i kada se čini da su PTFE površine kemijski nepropusne, potpuna kompatibilnost sklopa brtve još uvijek je ključna.

Potreba za promjenom kompatibilnih baza podataka
Desetljeća iskustva s tradicionalnim petrokemijskim otapalima dovela su do razvoja brojnih objavljenih tablica kemijske kompatibilnosti.

Održiva kemija otapala sada raste brže od nekih trenutnih referentnih baza podataka.

Obitelji novih otapala često nemaju:

Podaci o dugotrajnom-starenju

Studije o prožimanju

Zapisi o kompatibilnosti-na visoke temperature

Rezultati izlaganja miješanom-otapalu

Validacija toplinskog ciklusa

To znači da umjesto da ovise samo o prošlim pretpostavkama, proizvođači izmjenjivača i krajnji korisnici sada imaju dodatnu potrebu potvrditi kompatibilnost kroz eksperimentiranje.

Tijekom certifikacije procesa i specifikacije opreme, certificirana dokumentacija o kompatibilnosti postaje sve važnija.

Trendovi u odabiru materijala za fluoropolimerne izmjenjivače
Industrijski odgovor na razvoj kemije otapala već utječe na planove za brtvene materijale.

Pojavljuje se nekoliko tendencija:

Povećana upotreba potpuno inkapsuliranih brtvila
Agresivniji sustavi otapala pokreću interes za dizajne potpuno inkapsuliranih PTFE brtvi koje smanjuju izloženost elastomera.

Povećana provjera valjanosti u laboratoriju
Umjesto upotrebe jedno-komponentnih referentnih otapala za ispitivanje kemijske kompatibilnosti, sve se više koriste stvarne procesne mješavine.

Prilagođene mješavine elastomera
Dobavljači brtvi stvaraju modificirane fluoroelastomere i EPDM spojeve dizajnirane za otpornost na obnovljiva otapala.

Jači zahtjevi za kvalifikaciju dobavljača
Krajnji korisnici sve više traže:

Podaci ASTM D471

Dugoročne -imerzivne studije

Validacija toplinskog starenja

Rezultati ispitivanja propusnosti

Fokus se pomiče s generičkih pretpostavki o kompatibilnosti prema provjeri-specifične aplikacije.

Širi učinak na dizajn procesne opreme
Rasprava o izboru brtve izmjenjivača fluoropolimera za kompatibilnost s otapalima na bazi bio-odražava širi pomak koji se odvija u industriji kemijske obrade.

Materijali opreme uvijek se moraju mijenjati kako održiva kemija napreduje u:

Karakteristike polariteta novih otapala

Modificiranje ponašanja ekstrakcije

Razne karakteristike prožimanja

Novi zahtjevi za toplinskom stabilnošću

Čak i male promjene u kemiji procesa mogu uzrokovati neočekivane interakcije s brtvama, premazima, crijevima i komponentama izmjenjivača.

Fluoropolimerni izmjenjivači nisu jedini sustavi koji se suočavaju s ovom poteškoćom, ali često rade u teškim uvjetima gdje čak i manji nedostaci brtvljenja mogu biti kobni.

U zaključku
Prijelaz na otapala na bazi bio-a označava veliko postignuće u održivoj kemijskoj obradi, ali također donosi nove probleme kompatibilnosti materijala za brtve izmjenjivača topline od fluorpolimera. Iako je sam PTFE u velikoj mjeri otporan na većinu organskih otapala, elastomerne jezgre brtvi kao što su Viton i EPDM mogu drugačije reagirati na obnovljiva otapala s promjenom polariteta i molekularne strukture.

ASTM D471 ispitivanje uranjanjem postaje sve važnije za potvrđivanje performansi brtvila s trenutačnim održivim otapalima, osobito jer baze podataka o kompatibilnosti nastavljaju sustizati sve širi spektar alternativa zelenoj kemiji.

Pouzdana izvedba brtvljenja sada ovisi o pojačanoj pažnji na validaciji materijala, ponašanju propusnosti i dugoročnom-uzajamnom djelovanju otapala.

Svaka promjena kemijskog procesa u kemijskoj obradi na kraju zahtijeva detaljnu ponovnu provjeru predmeta koji bi je trebali sadržavati.