ग्रेफाइट किस उद्योग में डिफ़ॉल्ट हीट एक्सचेंजर सामग्री है और क्यों?

कुछ क्षेत्रों में, ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर निर्दिष्ट करना एक कठिन काम है। ग्रेफाइट दशकों से काम का घोड़ा रहा है और यह पसंदीदा सामग्री है जहां अन्य सामग्रियां जल्दी विफल हो जाएंगी या व्यावहारिक होने के लिए बहुत महंगी होंगी। जहां धातुएं जंग खा जाती हैं और पॉलिमर नरम हो जाते हैं या तापीय क्षमता खो देते हैं, वहीं अभेद्य ग्रेफाइट (फेनोलिक या फ्यूरान रेजिन संसेचित) उच्च तापीय चालकता, विभिन्न कठोर परिस्थितियों में असाधारण संक्षारण प्रतिरोध और 200 डिग्री और उससे अधिक तक सेवाक्षमता का एक अनूठा संयोजन प्रदान करता है। ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स के डिफ़ॉल्ट उद्योग अनुप्रयोगों को जानने के लिए हमें उन सटीक प्रक्रियाओं को जानना होगा जहां ग्रेफाइट किसी भी अन्य सामग्री से बेहतर काम करता है।

अग्रणी प्रमुख उद्योग
तीन प्रमुख औद्योगिक क्षेत्र लगातार ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर को डिफ़ॉल्ट विकल्प के रूप में चुनते हैं। स्टील अचार बनाना (हाइड्रोक्लोरिक एसिड), फॉस्फोरिक एसिड की सांद्रता, क्लोरीन का सूखना। द्रव की संक्षारक प्रकृति, उच्च तापमान और कॉम्पैक्ट, कुशल गर्मी हस्तांतरण की आवश्यकता के कारण प्रत्येक उदाहरण में सबसे अच्छा और सबसे किफायती समाधान ग्रेफाइट है।

उद्योग की गंभीर तरल पदार्थ की परिचालन विफलता की स्थिति, घटिया सामग्री का परिणाम
स्टील अचार (एचसीएल) गर्म हाइड्रोक्लोरिक एसिड 80-95 डिग्री, 18% एचसीएल तक अक्सर FeCl 2 के साथ धातु एक्सचेंजर्स (टाइटेनियम, टैंटलम) तेजी से संक्षारित होते हैं पीटीएफई नरम हो जाता है; बड़ी इकाइयों की आवश्यकता है
फॉस्फोरिक एसिड की सांद्रता फॉस्फोरिक एसिड को फ्लोराइड्स, क्लोराइड्स, सिलिका के साथ गीला करें। उच्च-मिश्र धातु धातुएँ (हैस्टेलॉय) संक्षारणग्रस्त होती हैं या बहुत महंगी होती हैं
गीली क्लोरीन गैस + सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड 10-40 डिग्री (शीतलन कर्तव्य), दृढ़ता से ऑक्सीकरण, अम्लीय संघनन धातुओं का तेजी से ऑक्सीकरण (निकल, तांबा, स्टील); कॉम्पैक्ट सुखाने वाले कूलरों के लिए गैर-{3}}धात्विक विकल्पों (पीटीएफई) में कोई तापीय चालकता नहीं होती है
स्टील अचार - हॉट हाइड्रोक्लोरिक एसिड सेवा
स्टील की पट्टी और तार का अचार आयरन ऑक्साइड स्केल को हटाने के लिए गर्म हाइड्रोक्लोरिक एसिड (आमतौर पर 80-95 डिग्री पर 10-18% एचसीएल) का उपयोग किया जाता है। एसिड को फेरस क्लोराइड (FeCl2) से भरा जाता है और प्रक्रिया को कुशल बनाने के लिए इसे लगातार गर्म किया जाना चाहिए और साथ ही एसिड पुनर्जनन लूप में ठंडा किया जाना चाहिए। टाइटेनियम, टैंटलम और ज़िरकोनियम जैसे धातु ताप विनिमायक गर्म एचसीएल के कारण तेजी से गड्ढे, दरार क्षरण या हाइड्रोजन भंगुरता से पीड़ित होते हैं। निकेल - आधारित मिश्रधातुएं सप्ताहों में टूटती हैं। पीटीएफई शेल और ट्यूब एक्सचेंजर्स रासायनिक हमले के प्रति प्रतिरोधी हैं, लेकिन उनके दो गंभीर नुकसान हैं:

कम ऊष्मा चालकता (ग्रेफाइट के लिए 0.2 W/m·K बनाम. 100–120 W/m·K) का मतलब है कि इकाइयाँ बड़ी हैं और जगह की खपत करती हैं।

तापमान सीमा: पीटीएफई लगभग 110 डिग्री पर नरम और रेंगता है और इसलिए उच्च तापमान अचार बनाने या पुनर्जनन बॉयलर गतिविधियों के लिए उपयुक्त नहीं है।

ग्रेफाइट ब्लॉक या शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स 95 डिग्री पर सुरक्षित रूप से काम कर सकते हैं और 120-130 डिग्री तक के छोटे भ्रमण को सहन कर सकते हैं। कॉम्पैक्ट आकार इकाइयों को मौजूदा अचार लाइनों में एकीकृत करना आसान बनाता है। दुनिया भर में सैकड़ों प्रतिष्ठानों के लिए एचसीएल सेवा का सेवा जीवन 10-20 वर्ष है। इस प्रकार ग्रेफाइट एसिड हीटर, कूलर और पुनर्जनन प्रणाली हीट एक्सचेंजर्स को अचार बनाने के लिए मानक सामग्री है। जहां पीटीएफई सैद्धांतिक रूप से काम कर सकता है, पीटीएफई इकाई का बड़ा आकार और उच्च स्थापित लागत अक्सर ग्रेफाइट का पक्ष लेती है।

फॉस्फोरिक एसिड सांद्रता: उच्च तापमान और फ्लोराइड के साथ कार्य करना
गीली -प्रक्रिया फॉस्फोरिक एसिड (डब्ल्यूपीए) फॉस्फेट रॉक को सल्फ्यूरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके बनाया जाता है। प्राप्त एसिड में काफी मात्रा में अशुद्धियाँ होती हैं: फ्लोराइड (HF और H2SiF6 के रूप में), क्लोराइड और धातु सल्फेट। लगभग 28% P₂O₅ से मर्चेंट - ग्रेड 54% P₂O₅ तक सांद्रण 160 डिग्री तक के तापमान पर वैक्यूम या वायुमंडलीय दबाव के तहत किया जाता है। फ्लोराइड सामग्री आक्रामक रूप से सिलिकॉन युक्त सामग्री (कांच, ग्लास - लाइनेड स्टील) और कई विशेष मिश्र धातुओं पर हमला करेगी।

ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स का उपयोग फॉस्फोरिक एसिड सुविधाओं में हीटर, बाष्पीकरणकर्ता कैलेंड्रिया और कंडेनसर कूलर के रूप में बड़े पैमाने पर किया जाता है। ग्रेफ़ाइट इसके लिए डिफ़ॉल्ट बन गया है: कारणों में शामिल हैं:

फ्लोराइड प्रतिरोध: डब्ल्यूपीए सांद्रता में अनुभव की गई सांद्रता और तापमान में ग्रेफाइट एचएफ या फ्लुओसिलिक एसिड से प्रभावित नहीं होता है।

उच्च तापमान प्रतिरोध: ग्रेफाइट अपनी यांत्रिक शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध को 170-200 डिग्री तक बरकरार रखता है, जो सभी फॉस्फोरिक एसिड एकाग्रता अनुप्रयोगों को कवर करता है।

थर्मल चालकता लाभ: ग्रेफाइट एक अच्छा गर्मी कंडक्टर है और यह बाष्पीकरणकर्ता डिजाइनों के लिए एक प्लस है क्योंकि इसका मतलब कम सतह क्षेत्र और छोटे पोत आकार है।

पीटीएफई फ्लोराइड का भी प्रतिरोध करता है, हालांकि इस व्यवसाय में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स का अनुरोध शायद ही कभी किया जाता है। मुख्य मुद्दा एक ही कार्य के लिए काफी अधिक पदचिह्न है। बड़े पैमाने पर फॉस्फोरिक एसिड सुविधाओं (प्रति वर्ष सैकड़ों हजारों टन) के लिए स्थान सीमित है और विशाल पीटीएफई एक्सचेंजर्स के लिए समर्थन संरचनाएं आर्थिक रूप से आकर्षक नहीं हैं। पीटीएफई की अधिकतम तापमान सीमा भी ~180 डिग्री है, जो अशांत स्थितियों के लिए बहुत कम मार्जिन प्रदान करती है। ग्रेफाइट विदेशी धातुओं (जो बहुत जल्दी संक्षारणित होती हैं) और कम तापमान वाले पॉलिमर (जो बहुत अधिक क्षेत्र की मांग करते हैं) के बीच बैठता है।

क्लोरीन सुखाने: ऑक्सीकरण के खिलाफ शीतलन शुल्क प्रतिरोधी
क्लोर क्षार पौधों में झिल्ली या डायाफ्राम इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा उत्पादित क्लोरीन गैस जल वाष्प से संतृप्त होती है। गीला क्लोरीन काफी संक्षारक होता है, जो हाइपोक्लोरस और हाइड्रोक्लोरिक एसिड बनाता है। गीले क्लोरीन को मजबूत सल्फ्यूरिक एसिड (98{5}}99%) के संपर्क से पैक टावरों में सुखाया जाता है। परिणामस्वरूप सूखी क्लोरीन गैस (ट्रेस एसिड धुंध के साथ) को संपीड़न या आगे की प्रक्रिया से पहले ठंडा किया जाना चाहिए। सुखाने वाले टावरों के डाउनस्ट्रीम में क्लोरीन कूलर ग्रेफाइट शेल और ट्यूब हीट एक्सचेंजर्स हैं।

ग्रेफाइट पहले स्थान पर क्यों? ठंडी गैस में शुष्क क्लोरीन और अवशिष्ट सल्फ्यूरिक एसिड वाष्प और घनीभूत शामिल होते हैं। यह मिश्रण एक शक्तिशाली ऑक्सीकारक है और अधिकांश धातुओं पर हमला करेगा। तांबा, स्टील और निकल का संक्षारण तेजी से होता है। टैंटलम प्रतिरोधी है फिर भी महत्वपूर्ण गर्मी हस्तांतरण सतहों के लिए बहुत महंगा है। रासायनिक रूप से प्रतिरोधी, पीटीएफई एसिड धुंध को संघनित करने और गैस तापमान को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक कॉम्पैक्ट, उच्च दक्षता शीतलन प्रदान नहीं कर सकता है। ग्रेफाइट की उच्च ताप चालकता कॉम्पैक्ट सस्ते कूलर की अनुमति देती है जिसे क्लोरीन सुखाने वाली ट्रेन में आसानी से जोड़ा जा सकता है।

क्लोरीन सेवा भी एक ऐसा क्षेत्र रहा है जहां ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स को एक अच्छी तरह से स्थापित सुरक्षा और विश्वसनीयता रिकॉर्ड के साथ 50 से अधिक वर्षों से नियोजित किया गया है। क्लोर{{3}क्षार क्षेत्र में, प्रक्रिया इंजीनियर आमतौर पर ग्रेफाइट कूलर निर्दिष्ट करते हैं, वैकल्पिक सामग्री विकल्पों के बारे में शायद ही कभी सोचते हैं।

PTFE डिफ़ॉल्ट क्यों नहीं है?
पीटीएफई में असाधारण रासायनिक प्रतिरोध है, तो इन उद्योगों में ग्रेफाइट अभी भी सामान्य पसंद क्यों है? पीटीएफई क्यों नहीं? स्पष्टीकरण तीन पीटीएफई सीमाओं पर आता है:

तापमान सीमा: पीटीएफई नरम हो जाएगा और लगभग 110-120 सी से ऊपर के दबाव में फिसलना शुरू कर देगा, 150 डिग्री पर निरंतर संचालन की कल्पना नहीं की जा सकती है। ग्रेफाइट कम से कम 200 C तक स्थिर रहता है।

तापीय चालकता: पीटीएफई की बहुत कम तापीय चालकता के कारण ताप हस्तांतरण के लिए विशाल क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहां सैकड़ों वर्ग मीटर की आवश्यकता होती है, एक पीटीएफई इकाई स्थापित करने के लिए काफी बड़ी, भारी और महंगी हो जाती है।

यांत्रिक मजबूती: ग्रेफाइट ब्लॉक और शेल {{0}और -ट्यूब इकाइयां ट्यूब शीट और गास्केट के लिए मजबूत, विश्वसनीय समर्थन प्रदान करती हैं। पीटीएफई ट्यूबों का सावधानीपूर्वक तनाव आवश्यक है क्योंकि सफाई के दौरान उनमें यांत्रिक क्षति होने की संभावना अधिक होती है।

यदि अनुप्रयोग द्वारा पीटीएफई की तापमान सीमा पार नहीं की गई है और स्थान की कोई चिंता नहीं है, तो पीटीएफई का चयन किया जा सकता है। हालाँकि, संकेतित तीन क्षेत्रों में, स्टील अचार बनाना, फॉस्फोरिक एसिड सांद्रता, और क्लोरीन सुखाने, उच्च तापमान, उच्च संक्षारकता और कॉम्पैक्ट डिजाइन के लिए आर्थिक आवश्यकता का संयोजन ग्रेफाइट को डिफ़ॉल्ट विकल्प बनाता है।

ऐतिहासिक क्षेत्र की सफलता की भूमिका
ग्रेफाइट की अग्रणी भूमिका दशकों के स्थापित क्षेत्र अनुभव के कारण है। ऐसी कठिन प्रक्रिया स्थितियों में, ग्रेफाइट किसी भी वैकल्पिक सामग्री की तुलना में काफी अधिक विश्वसनीय साबित हुआ है। प्रयोगशाला डेटा अक्सर सामग्री चयन को संचालित करता है, लेकिन पिछले क्षेत्र का अनुभव भी ऐसा ही करता है। नई अचार लाइन, फॉस्फोरिक एसिड बाष्पीकरणकर्ता, या क्लोरीन कूलिंग ट्रेन के लिए उपकरण निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियर आम तौर पर ग्रेफाइट के उद्योग मानदंड के साथ चिपके रहते हैं, क्योंकि उस स्तर से कोई भी विचलन अनावश्यक जोखिम है।

सारांश निष्कर्ष
ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर्स स्टील अचार (गर्म एचसीएल), फॉस्फोरिक एसिड एकाग्रता (गर्म, फ्लोराइड युक्त एसिड) और क्लोरीन सुखाने (सल्फ्यूरिक एसिड के साथ गीला क्लोरीन) में सामान्य सामग्री हैं। ग्रेफाइट रासायनिक प्रतिरोध, उच्च तापीय चालकता और तापमान क्षमता का एक संयोजन प्रदान करता है जो प्रत्येक स्थिति में प्रक्रिया स्थितियों की पूरी श्रृंखला में अन्य सामग्रियों (धातु, पीटीएफई, कांच) से मेल नहीं खा सकता है। पीटीएफई कम तापमान पर रासायनिक जड़ता में बेहतर है, लेकिन इसकी खराब तापीय चालकता और तापमान सीमाएं इन मांग वाले अनुप्रयोगों में ग्रेफाइट के विकल्प के रूप में इसे अनुपयुक्त बनाती हैं। ग्रेफाइट हीट एक्सचेंजर डिफ़ॉल्ट उद्योग की स्थिति कोई दुर्घटना नहीं है, यह दशकों की विश्वसनीय, लागत प्रभावी सेवा पर आधारित है, जहां विकल्प बार-बार विफल रहे हैं।