खुरदरी सैंडब्लास्टेड सतह वाला पीएफए ​​हीटर उच्च दबाव वाले ऑर्गेनिक सॉल्वेंट हीटिंग में चिकनी सतह से बेहतर प्रदर्शन क्यों करता है?

फिल्म स्थिरता और न्यूक्लियेट उबलते ताप संचरण के संदर्भ में, एक खुरदरी पीएफए ​​सतह (आरए 1.0-1.5 µm) अक्सर उच्च दबाव वाले कार्बनिक विलायक हीटिंग (उदाहरण के लिए, 5-20 बार, 100-200 डिग्री पर टोल्यूनि, एसीटोन, हेक्सेन) में एक चिकनी सतह (आरए <0.2 µm) से बेहतर प्रदर्शन करती है। बबल न्यूक्लिएशन नियंत्रण तंत्र है; अत्यधिक गरम होना और अचानक, तेजी से उबलना (उबलना) चिकनी सतहों के परिणामस्वरूप होता है जो बुलबुले के गठन को दबा देता है। उच्च ताप अंतरण गुणांक और सुसंगत, छोटे - बुलबुले उबलने को एक खुरदरी सतह द्वारा प्रोत्साहित किया जाता है जो नियंत्रित न्यूक्लिएशन साइट प्रदान करता है। इसके अतिरिक्त, क्योंकि खुरदरी आंतरिक सतह (यदि बाहर निकालने से पहले सैंडब्लास्ट किया गया हो) पीएफए ​​और धातु कोर के बीच यांत्रिक इंटरलॉकिंग में सुधार करती है, खुरदरी सतह विलायक प्रेरित सूजन प्रदूषण का प्रतिरोध करती है। एक खुरदरी सतह अस्थिरता को बढ़ाती है और कार्बनिक सॉल्वैंट्स के लिए फिल्म के उबलने का जोखिम कम करती है जो पीएफए ​​को खराब रूप से गीला करते हैं (संपर्क कोण> 90 डिग्री)। इष्टतम परिणामों के लिए, आसंजन के लिए आंतरिक सतह को रासायनिक रूप से खोदा जाना चाहिए और बाहरी सतह को सैंडब्लास्ट किया जाना चाहिए (आरए 1.0-1.5 µm)।

न्यूक्लियेट्स का उबलना और सतह का खुरदरापन
दबाव में गर्म किए गए कार्बनिक सॉल्वैंट्स में गर्मी का प्रवाह अक्सर पीएफए ​​सतह पर उबलने के लिए पर्याप्त मजबूत होता है। एक चिकनी सतह पर बुलबुले के न्यूक्लिएशन के लिए बड़ी मात्रा में सुपरहीट (ΔT=10-क्वथनांक से 30 डिग्री अधिक) की आवश्यकता होती है। स्थानीय तापमान में वृद्धि उन बुलबुले के कारण होती है जो विशाल हो जाते हैं और धीरे-धीरे अलग हो जाते हैं। खुरदरी सतह पर सूक्ष्म -गुहाएं (5-20 µm) वाष्प को फंसाकर लगातार न्यूक्लियेशन साइटों के रूप में काम करती हैं। कम सुपरहीट (2-5 डिग्री) पर बनने वाले बुलबुले छोटे होते हैं और अधिक बार अलग होते हैं, जिससे हीट ट्रांसफर में सुधार होता है। समान ऊष्मा प्रवाह पर, खुरदरी सतह में 50-100% अधिक ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक (h) हो सकता है।

स्मूथ पीएफए ​​(आरए 0.1 µm) टोल्यूनि के लिए 150 डिग्री और 10 बार पर ΔT{2}} डिग्री के साथ 8 डब्लू/सेमी² पर फिल्म उबलता हुआ दिखाता है। ΔT=15 डिग्री पर, खुरदुरा PFA (Ra 1.2 µm) न्यूक्लियेट को 15 W/cm² तक उबलने में सक्षम बनाता है।

उच्च दबाव पर कार्बनिक सॉल्वैंट्स में प्रदर्शन की तुलना करना
विलायक दबाव (बार) तापमान (डिग्री) सतह खत्म क्रिटिकल हीट फ्लक्स (W/cm²) हीट ट्रांसफर गुणांक (W/m²·K) क्वथनांक शासन सापेक्ष जीवन
Toluene 10 150 Smooth (0.1) 6–8 1,500–2,000 Film boiling at >6 1.0x टोल्यूनि 10 150 खुरदुरा (1.2) 12–15 3,000–4,000 न्यूक्लियेट से 12 2.5x
एसीटोन 8 120 स्मूथ 5–7 1,800–2,500 बम्पिंग 1.0x
एसीटोन 8 120 खुरदुरा 10–{2}},500–5,000 स्थिर बुलबुले 2.8x हेक्सेन 5 100 चिकना 4–{9}},200–1,800 तीव्र उबलना 0.8x
हेक्सेन 5 100 खुरदुरा 8–{2}},500–3,500 नियंत्रित 2.2x इथेनॉल 12 180 चिकना 7–9 2,000–2,500 सुपरहीट 1.2x
इथेनॉल 12 180 कठोर 14–{2}},000–5,500 स्थिर 2.5x
आसंजन के लिए यांत्रिक इंटरलॉकिंग
पीएफए ​​शीथ की आंतरिक सतह (धातु कोर के विरुद्ध) को भी खुरदरापन से लाभ होता है। पीएफए ​​एक्सट्रूज़न से पहले धातु कोर को रा 2-4 µm तक सैंडब्लास्टिंग करने से यांत्रिक इंटरलॉकिंग उत्पन्न होती है। पीएफए ​​सतही विषमताओं में बहकर खुद को स्थिर रखता है। द्रव उच्च दबाव वाले कार्बनिक सॉल्वैंट्स में पीएफए ​​(0.5-2% मात्रा में वृद्धि) का मामूली विस्तार कर सकता है। सूजन के तनाव के तहत, एक सहज इंटरफ़ेस (रा <0.5 µm) नष्ट हो सकता है। क्योंकि पीएफए ​​अवकाशों के भीतर बंद है, आसंजन एक रफ इंटरफेस (आरए> 2 माइक्रोन) पर बनाए रखा जाता है। दीर्घावधि निर्भरता के लिए, यह आवश्यक है।

सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त करने के लिए, इंगित करें:

बाहर की ओर Ra 1.0-1.5 µm तक सैंडब्लास्ट किया गया (बबल न्यूक्लिएशन के लिए)

आंतरिक सतह (धातु कोर) पर रा 2.5-4.0 µm (आसंजन के लिए) तक सैंडब्लास्ट किया गया

धातु की कोर सतह: ढीले कणों को हटाने और नैनो{0}}छिद्र बनाने के लिए सैंडब्लास्टिंग के बाद रासायनिक रूप से नक्काशी की गई

जब चिकनी सतह बेहतर होती है
चिकनी पीएफए ​​सतहों को अभी भी इसके लिए चुना जाता है:

गैर-उबलना, एकल-चरण हीटिंग: कोई बुलबुले नहीं, इस प्रकार खुरदरापन केवल गंदगी को बढ़ावा देता है।

उच्च -शुद्धता सेवा: खुरदुरी सतहों पर अशुद्धियाँ जमा हो जाती हैं और उन्हें साफ करना कठिन होता है।

क्रिस्टलीकरण या स्केलिंग तरल पदार्थ: स्केल खुरदुरी सतहों पर आसानी से चिपक जाता है।

कम -दबाव वाली सेवा (<2 bar) where boiling is not a problem.

क्षेत्र में उदाहरण
टोल्यूनि को 150 डिग्री और 10 बार पर गर्म करने के लिए फार्मास्युटिकल रिएक्टर में एक चिकने पीएफए ​​हीटर का उपयोग किया गया था। छह महीने के बाद, हीटर में महत्वपूर्ण उछाल और अचानक वाष्प विस्फोट हुआ, जिसके परिणामस्वरूप तापमान में ±15 डिग्री का उतार-चढ़ाव हुआ और पीएफए ​​क्रैकिंग हुई। संयंत्र में एक खुरदरा पीएफए ​​हीटर (रा 1.3 µm बाहरी, आरए 3 µm कोर) स्थापित किया गया था। हीटर तीन साल से अधिक समय तक चला, बंपिंग गायब हो गई, और तापमान विनियमन में ±2 डिग्री के भीतर सुधार हुआ। सैंडब्लास्टिंग (15% अधिभार) के कारण हीटर की लागत $100 बढ़ गई। डाउनटाइम कम होने से हुई बचत की बदौलत इसका भुगतान दो महीने में कर दिया गया।

परीक्षा एवं रख-रखाव
सेवा में खुरदुरे हीटरों के लिए, इनका निरीक्षण करें:

फाउलिंग: जमा खुरदरी सतहों पर फंस जाते हैं। साफ करने के लिए हल्के ब्रश और हल्के विलायक का उपयोग करें; ऐसे किसी भी अपघर्षक का उपयोग करने से बचें जो सतह को चिकना कर सकता है।

सतह का घिसाव: कटाव तीन से पांच साल की अवधि में चोटियों को सुचारू कर सकता है। यदि Ra 0.8 µm से कम हो जाता है, तो दोबारा सैंडब्लास्ट करें या बदलें।

आसंजन परीक्षण: समय-समय पर इन्सुलेट प्रतिरोध का मूल्यांकन करें। रफ इंटरफ़ेस पर प्रदूषण का संकेत एक बूंद से होता है, जो असामान्य है।

निष्कर्षतः, खुरदरी सतह आसंजन और उबलने में सुधार करती है।
उच्च दबाव वाले कार्बनिक विलायक हीटिंग (5-20 बार, 100-200 डिग्री) के लिए, खुरदरी सैंडब्लास्टिंग सतह (आरए 1.0-1.5 µm) वाला एक पीएफए ​​हीटर स्थिर न्यूक्लियेट उबलने, उच्च महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह और टक्कर के प्रतिरोध के मामले में एक चिकनी सतह को 2-3× तक हरा देता है। खुरदरी बाहरी सतह विनियमित बुलबुला न्यूक्लियेशन स्थान प्रदान करती है; खुरदुरी आंतरिक सतह विलायक प्रेरित सूजन के विरुद्ध अनुपालन को बढ़ावा देती है। किसी भी कार्बनिक विलायक प्रक्रिया के लिए सैंडब्लास्टेड पीएफए ​​निर्दिष्ट करें जहां उबलना होता है। गैर-उबलने, कम दबाव या उच्च शुद्धता वाली सेवा के लिए, चिकनाई सबसे अच्छी रहती है। कार्य के साथ सतह को संरेखित करें। उबालने के लिए धक्कों का होना आवश्यक है। धक्कों के लिए रेत आवश्यक है। सतह को रेत दें, लगातार उबालें और लंबे समय तक रखें। ऑर्गेनिक्स में रफ मजबूत होता है। चिकना फिसलन भरा होता है - और फिल्म उबलने पर फिसल जाता है। रफ का चयन करें.