Как растворители на био-основе влияют на выбор материала для прокладок теплообменника из фторполимера?

Теплообменники, работающие с экологически чистыми растворителями-биологического происхождения, должны меняться вместе с химической промышленностью. Несмотря на несколько иное взаимодействие с эластомерными прокладками, герметизирующими фторполимерный теплообменник, заменители толуола, тетрагидрофурана или дихлорметана могут обеспечить сопоставимые рабочие характеристики процесса. На твердость прокладки, набухание и долговременную-силу уплотнения могут влиять даже небольшие изменения сродства растворителя.

Проверка совместимости традиционно надежных уплотнительных материалов с новейшим поколением возобновляемых растворителей является новой инженерной задачей, вызванной переходом к устойчивой химии.

Возрастающая важность выбора прокладок теплообменника из фторполимера, совместимого с растворителями биологического происхождения, отражает более широкое стремление отрасли к низкой-токсичности и технологическим химикатам биологического-производства.

Почему растворители на биологической-основе ведут себя по-другому
Многие современные устойчивые растворители действуют аналогично традиционным нефтехимическим растворителям, но при этом оказывают меньшее вредное воздействие на окружающую среду или являются ядовитыми.

Примеры состоят из:

2-MeTHF или метилтетрагидрофуран

Циклопентилметиловый эфир (ЦММЕ)

Лактат этиловый

Карбонат диметил

Эфиры, полученные из биомассы

Растворители на основе терпенов

Несмотря на то, что эти материалы могут быть напрямую заменены в существующих процессах, их молекулярная структура часто отличается от структуры растворителей, которые они заменяют.

На совместимость прокладок влияет ряд химических свойств:

Полярность молекул

Химия функциональных групп

Диффузия растворителей

Молекулярные размеры

Поведение водородных связей

Эти изменения могут повлиять на проникновение растворителя или его взаимодействие с эластомерными уплотнительными материалами.

Будучи химическим веществом, зеленый растворитель все равно должен постоянно находиться внутри теплообменника.

Причины, по которым прокладки более опасны, чем ПТФЭ
Основные смачиваемые поверхности фторполимерных теплообменников часто изготавливаются из ПТФЭ или аналогичных фторполимеров. В целом ПТФЭ по-прежнему устойчив практически ко всем органическим растворителям и агрессивным химикатам.

Однако системы прокладок более сложны.

Многие прокладки теплообменника состоят из различных материалов, таких как:

Прокладки для конвертов из ПТФЭ

Витоновые сердечники

Эластомеры из EPDM

Силиконовые основы

Пломбы из ПТФЭ, расширенные

Внешний слой из ПТФЭ может обеспечивать химическую защиту, но внутренняя эластомерная сердцевина по-прежнему контролирует сжимаемость и упругость уплотнения.

Со временем эластомер под ним может набухать, размягчаться, сжиматься или затвердевать, если молекулы растворителя просачиваются через крошечные дефекты, швы или открытые поверхности.

Влияние набухания растворителя на характеристики прокладки
Когда молекулы растворителя проникают в структуру эластомера и физически расширяют материал, происходит набухание прокладки.

Умеренное набухание может первоначально улучшить силу уплотнения, но чрезмерное впитывание часто приводит к серьезным долгосрочным-трудностям.

Потенциальные воздействия включают в себя:

Потеря прочности на сжатие

Размягчение сердцевины прокладки

Деформация, которая является постоянной

Экструзия,-индуцированная давлением

уменьшение удержания нагрузки на болт

Утечка через уплотнение во время термоциклирования

И наоборот, некоторые растворители могут экстрагировать пластификаторы или добавки из эластомеров, вызывая усадку и охрупчивание вместо набухания.

Любое обстоятельство может повредить целостность уплотнения.

Проблемы с витоном и EPDM при использовании растворителей на биологической-основе
Благодаря своей высокой химической стойкости к углеводородам и хлорированным растворителям фторэластомеры, такие как витон, часто широко использовались в традиционных растворителях.

Тем не менее, некоторые более поздние растворители,-полученные из биологического происхождения, имеют сложноэфирную химию или кислородсодержащие функциональные группы, которые необычным образом взаимодействуют с эластомерными сетками.

Вариативность характеристик Viton
Исторически сложилось так, что прокладки из ПТФЭ с сердечниками из витона показали хорошие характеристики в различных системах растворителей. Однако некоторые растворители на биологической-основе могут смягчить компонент Viton более сильно, чем ожидалось, особенно при повышении полярности или содержания сложного эфира.

Такое поведение может привести к:

Уменьшенная прочность

Набор сжатия

Припухлость

Нестабильность уплотнения под нагрузкой

Различия совместимости EPDM
EPDM может отрицательно реагировать с некоторыми органическими растворителями, но обычно хорошо работает с полярными жидкостями и системами на основе воды-.

По мере развития устойчивой химии растворителей предположения о совместимости, основанные на традиционных нефтехимических растворителях, становятся менее надежными.

Тестирование на совместимость с ASTM D471
ASTM D471 — это стандартная лабораторная процедура оценки совместимости резины и эластомеров.

Этот метод испытаний анализирует, как изменяется материал после контролируемого погружения в химическую жидкость.

Типичные критерии оценки включают в себя:

Увеличение объема

Изменение твердости

Изменение прочности на растяжение

Изменение веса

Ухудшение внешнего вида

Если материал прокладки слишком сильно набухает или размягчается в новой среде растворителя, это можно немедленно определить с помощью простого испытания на погружение.

Испытания ASTM D471 все чаще проводятся для материалов, которые десятилетиями демонстрировали историю эксплуатации со старыми растворителями, поскольку многие экологичные растворители относительно новы для промышленной обработки.

Вопросы проникновения ПТФЭ
Тем не менее, в некоторых случаях проникновение может произойти, даже несмотря на то, что ПТФЭ считается химически инертным практически ко всем органическим растворителям.

В частности, при высоких температурах или длительном времени воздействия небольшие молекулы растворителя могут медленно диффундировать через структуры фторполимера.

Проникновение не всегда повреждает сам ПТФЭ, хотя он может допускать взаимодействие растворителя с:

Прокладка сердцевины внутри

слои армирования

Вторичные материалы для герметизации

Таким образом, даже если поверхности из ПТФЭ кажутся химически непроницаемыми, полная совместимость прокладок по-прежнему имеет решающее значение.

Необходимость изменения баз данных совместимости
Десятилетия опыта работы с традиционными нефтехимическими растворителями привели к разработке многочисленных опубликованных таблиц химической совместимости.

Устойчивая химия растворителей сейчас развивается быстрее, чем некоторые из существующих справочных баз данных.

В семействах новых растворителей часто отсутствуют:

Данные о долгосрочном-старении

Исследования проникновения

Рекорды совместимости с высокими-температурами

Результаты воздействия смешанных-растворителей

Проверка термоциклирования

Это означает, что вместо того, чтобы полагаться только на прежние предположения, у производителей обменников и конечных пользователей теперь есть дополнительная необходимость подтверждать совместимость посредством экспериментов.

Сертифицированная документация о совместимости становится все более важной при сертификации процессов и составлении спецификаций оборудования.

Тенденции в выборе материалов фторполимерных теплообменников
Реакция промышленности на развитие химии растворителей уже влияет на планы по производству прокладок.

Возникает несколько тенденций:

Увеличение использования полностью герметизированных прокладок
Более агрессивные системы растворителей вызывают интерес к полностью герметизированным конструкциям прокладок из ПТФЭ, которые уменьшают воздействие эластомера.

Повышенная проверка в лаборатории
Вместо использования однокомпонентных эталонных растворителей для испытаний на химическую совместимость все чаще используются реальные технологические смеси.

Эластомерные смеси по индивидуальному заказу
Поставщики прокладок создают модифицированные соединения фторэластомера и EPDM, обеспечивающие стойкость к возобновляемым растворителям.

Более строгие требования к квалификации поставщиков
Конечные пользователи все чаще запрашивают:

Данные ASTM D471

Долгосрочные-исследования с погружением

Проверка термического старения

Результаты испытаний на проникновение

Акцент смещается от общих предположений о совместимости к проверке-специфической проверки приложений.

Более широкое влияние на проектирование технологического оборудования
Споры по поводу выбора прокладок теплообменника из фторполимера для совместимости с растворителями на биологической-основе отражают более широкий сдвиг, происходящий в химической перерабатывающей промышленности.

Материалы оборудования должны всегда меняться по мере развития устойчивой химии, чтобы:

Полярные характеристики новых растворителей

Изменение поведения извлечения

Различные характеристики проникновения

Новые требования к термической стабильности

Даже незначительные изменения в химическом процессе процесса могут привести к непредвиденному взаимодействию с уплотнениями, покрытиями, шлангами и компонентами теплообменника.

Фторполимерные теплообменники — не единственные системы, сталкивающиеся с этой проблемой, но они часто функционируют в суровых условиях, где даже незначительные дефекты уплотнения могут оказаться фатальными.

В заключение
Переход к растворителям на биологической-основе является крупным достижением в области устойчивой химической обработки, но он также создает новые проблемы совместимости материалов для прокладок теплообменников из фторполимеров. Хотя сам ПТФЭ в значительной степени устойчив к большинству органических растворителей, эластомерные прокладки, такие как витон и EPDM, могут по-разному реагировать на возобновляемые растворители с изменением полярности и молекулярной структуры.

Погружные испытания ASTM D471 становятся все более важными для подтверждения характеристик прокладок с современными устойчивыми растворителями, особенно по мере того, как базы данных совместимости продолжают догонять расширяющийся спектр альтернатив зеленой химии.

Надежное уплотнение теперь зависит от повышенного внимания к проверке материалов, характеристикам проникновения и долгосрочному-взаимодействию с растворителями.

Каждое изменение в химическом процессе химической обработки в конечном итоге требует тщательной повторной проверки элементов, которые должны его содержать.