Hvernig er heildarvarmaflutningsstuðull PFA skiptis samanborið við PTFE einn við 150 gráður?

Heitur, ætandi ferlistraumur við 150 gráður. PTFE er dæmigerð flúorfjölliða fyrir varmaskipta en er algjörlega óhentug við þetta hitastig, það myndi veikjast og bila. Nálægt efnafrændi hans PFA er fullkomlega notalegur. Bæði efnin eru mjög góð einangrunarefni og hrá, grundvallargeta þeirra til að leiða hita er nánast svipuð. Hitakostur PFA skipta við 150 gráður er ekki vegna þess að hann er betri leiðari, heldur einfaldlega vegna þess að við það hitastig er hann enn traustur, sterkur rör, sem getur framkvæmt hitaskiptaverkefni sem PTFE getur ekki einu sinni hugsað um. Til að skilja samanburðinn á PFA á móti PTFE varmaflutningsstuðlinum við 150 gráður þarf að líta út fyrir hitaleiðnitöluna og einblína á hámarks þjónustuhitastig.

Varmaleiðni: Næstum tilvalið einangrunarefni
Varmaleiðni bæði PTFE (pólýtetraflúoretýlen) og PFA (perflúoralkoxýalkans) er á bilinu 0,20 til 0,25 W/m·K við dæmigerð vinnsluhitastig. Í verkfræðilegum tilgangi eru þessar tölur nánast óaðgreinanlegar. Leiðandi varmaviðnám rörs sem samanstendur af öðru hvoru efninu verður nánast það sama fyrir sömu þykkt (td 1 mm fyrir rör með litlum þvermál eða 2 mm fyrir stærri skel og rörskipti). Þess vegna er heildarvarmaflutningsstuðullinn (U-gildi) PFA skipta svipaður og PTFE skipta af sömu hönnun, svo framarlega sem báðir eru notaðir innan sinna takmarkana á hitastigi.

Helsti kosturinn við PFA er hærra samfellda þjónustuhitastig upp á 260 gráður samanborið við hagnýt mörk PTFE fyrir dýfahitara eða varmaskiptaþjónustu sem er um 110-120 gráður í vatnskenndu umhverfi (og aðeins hærra í sumum þurrum eða óoxandi aðstæðum). Þetta gerir PFA skipti kleift að starfa við 150 gráður með mun meiri logaritmískan meðalhitamun (LMTD) fyrir sama starf, sem leiðir til minni og hagkvæmari varmaskipta. Sigurinn er ekki í magni leiðni, heldur í getu efnisins til að mæta í bardagann.

PFA vinnur hitastríðið, ekki vegna þess að það hleypur hraðar, heldur vegna þess að það er leyfilegt á brautinni. Við 150 gráðu PTFE er enginn keppandi - það hefur þegar farið af velli.

Af hverju PTFE er ekki hentugur fyrir hitaskiptaþjónustu við 150 gráður
Vélræn mýking og skríða
Í stöðugri notkun í dýfingu byrjar PTFE að veikjast og missir vélrænan styrk sinn við um það bil 110–120 gráður. PTFE hefur fræðilegt bræðslumark 327 gráður en fer í gegnum kristallaða fasabreytingu við um 19 gráður og aftur við um 30 gráður, þar sem formlausu svæðin byrja að hreyfast við hitastig sem fer yfir 100 gráður. PTFE rör við 150 gráður munu skríða, afmyndast og að lokum hrynja eða brotna í varmaskiptum þar sem rör verða fyrir innri þrýstingi, ytri þrýstingi og varmaþenslukrafti. Efnið hefur einnig háan varmaþenslustuðul (um það bil 10 sinnum hærri en stál) sem veldur of mikilli slöngu og vélrænni þreytu við háan hita.

Reynsla-í hendi
PTFE varmaskiptarör eru almennt tilgreind af framleiðendum og reynslu á vettvangi til að hafa örugga samfellda rekstrarmörk upp á 110 gráður fyrir flestar ætandi vatnsþjónustur. Sum hönnun gæti verið í lagi fyrir stuttar ferðir allt að 120 gráður, en 150 gráður er vel yfir öruggu bili. Aftur á móti heldur PFA vélrænni heilleika sínum og efnaþol allt að 260 gráður, án fasabreytinga sem valda óstöðugleika í vídd.

Heildarhitaflutningsstuðull (U-gildi) við 150 gráður
Jafngild hönnun Svipuð U-gildi
Í ímynduðu tilviki þar sem PTFE gæti verið stöðugt við 150 gráður væri U-gildi PFA skiptis og PTFE skiptis með sömu rúmfræðilegu breytur (þvermál rör, veggþykkt, rör skipulag og vökvahraði) frekar svipað. Rafmagnsviðnám rörveggsins er aðeins hluti af heildarhitaviðnáminu. Önnur mótspyrna (rör-hlið og skel-hliðarsveifla og óhreinindi) eru þau sömu fyrir sömu vökvaeiginleika og hraða. Hitaleiðni PTFE og PFA er næstum sambærileg, þannig að U-gildið munar ekki meira en 5%.

Hagnýtur kostur: Hærri LMTD
Hagnýtur samanburður er ekki tvö efni við sama hitastig því ekki er hægt að nota PTFE við 150 gráður. Í staðinn er hægt að nota PFA skipti til að kæla 150 gráðu straum með td 30 gráðu kælivatni, sem gefur LMTD um 80-100 gráður. Fyrir sama kælivatn myndi PTFE skipti, takmarkaður við inntakshitastig heitu hliðar upp á 110 oC, hafa LMTD aðeins 40-50 oC. PTFE skiptarinn þyrfti næstum tvöfalt yfirborðsflatarmál til að vinna sama starf við hitaflutning - ef það gæti virkað yfirleitt. En PTFE valkosturinn er ekki til fyrir svo háan hita í raun.

Hagnýt ráð til að velja
Parameter PTFE Exchanger PFA Exchanger
Hámark stöðugt þjónustuhitastig (vatnskennt) 110-120 gráður 260 gráður
Varmaleiðni @ 150 gráður Á ekki við (efni bilar) ~0,22 W/mK U-gildi (við sömu rúmfræði og sama vökvahitastig innan PTFE-sviðs) Grunnlína Sambærileg (±5%)
U-gildi (heit hlið 150 gráður) Hönnun og LMTD Ekki framkvæmanlegt
Kostnaður hlutfallslegur (á svæðiseiningu) Lægri Hærri (15-30 aukagjald)
Hentugur fyrir háhita ætandi þjónustuJá Nei
Ályktun: Þetta er spurning um að lifa af
Kosturinn við PFA umfram PTFE skipti við háan hita er ekki hrá hitauppstreymi heldur spurning um að lifa af. PTFE mýkist, skríður og bilar við 150 gráður, en PFA er sterkt, stöðugt og efnafræðilega óvirkt. Heildarvarmaflutningsstuðlar efnanna tveggja eru nánast þeir sömu við sömu veggþykkt en það skiptir ekki máli vegna þess að ekki er hægt að nota PTFE við það hitastig. PFA er hitauppstreymi meistari, þolir hitann. Besta efnið er það sem enn stendur við vinnsluhitastigið og fyrir 150 gráðu ætandi straum er PFA það efni.