ตัวทำละลายทางชีวภาพ-ส่งผลต่อการเลือกวัสดุสำหรับปะเก็นตัวแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์อย่างไร

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่จัดการกับตัวทำละลายที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม- จะต้องเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับอุตสาหกรรมเคมี ในขณะที่แสดงอันตรกิริยาที่ค่อนข้างแตกต่างกับปะเก็นอีลาสโตเมอร์ที่ปิดผนึกตัวแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์ สารทดแทนโทลูอีน เตตระไฮโดรฟูแรน หรือไดคลอโรมีเทนอาจให้ประสิทธิภาพของกระบวนการที่เปรียบเทียบกันได้ ความแข็งของปะเก็น การบวม และแรงซีลในระยะยาว-ทั้งหมดอาจได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์ของตัวทำละลายเพียงเล็กน้อย

การตรวจสอบว่าวัสดุปิดผนึกที่เชื่อถือได้แบบดั้งเดิมยังคงเข้ากันได้กับตัวทำละลายหมุนเวียนรุ่นใหม่ล่าสุดหรือไม่นั้นเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมใหม่ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสู่เคมีที่ยั่งยืน

ความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของการเลือกปะเก็นเครื่องแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์ที่เข้ากันได้กับตัวทำละลายทางชีวภาพ สะท้อนให้เห็นถึงแรงผลักดันของอุตสาหกรรมในวงกว้างไปสู่-ความเป็นพิษต่ำและ-สารเคมีในกระบวนการที่ได้มาจากชีวภาพ

เหตุใดตัวทำละลายที่มีพื้นฐานทางชีวภาพ-จึงมีพฤติกรรมแตกต่างออกไป
ตัวทำละลายที่ยั่งยืนร่วมสมัยจำนวนมากถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้ทำงานคล้ายกับตัวทำละลายปิโตรเคมีแบบดั้งเดิม ในขณะที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหรือเป็นพิษน้อยกว่า

ตัวอย่างประกอบด้วย:

2-MeTHF หรือเมทิลเตตระไฮโดรฟูแรน

ไซโคลเพนทิลเมทิลอีเทอร์ (CPME)

แลคเตทเอทิล

คาร์บอเนตไดเมทิล

เอสเทอร์ที่เกิดจากชีวมวล

ตัวทำละลายขึ้นอยู่กับเทอร์ปีน

แม้ว่าวัสดุเหล่านี้สามารถทดแทนได้โดยตรงในกระบวนการปัจจุบัน แต่โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุเหล่านี้มักจะแตกต่างจากตัวทำละลายที่ใช้แทน

ความเข้ากันได้ของปะเก็นได้รับอิทธิพลจากคุณสมบัติทางเคมีหลายประการ:

ขั้วของโมเลกุล

เคมีของหมู่ฟังก์ชัน

การแพร่กระจายของตัวทำละลาย

มิติโมเลกุล

พฤติกรรมของพันธะไฮโดรเจน

ความแปรผันเหล่านี้อาจส่งผลต่อการซึมผ่านของตัวทำละลายหรือปฏิกิริยาระหว่างวัสดุซีลแบบอีลาสโตเมอร์

เนื่องจากเป็นสารเคมี ตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมจึงจำเป็นต้องบรรจุอยู่ภายในตัวแลกเปลี่ยนอย่างสม่ำเสมอ

เหตุผลที่ปะเก็นมีอันตรายมากกว่า PTFE
พื้นผิวเปียกที่สำคัญของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์มักทำจาก PTFE หรือฟลูออโรโพลีเมอร์ที่คล้ายกัน โดยทั่วไปแล้ว PTFE ยังคงทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์และสารเคมีรุนแรงเกือบทั้งหมด

อย่างไรก็ตามระบบปะเก็นนั้นซับซ้อนกว่า

ชุดปะเก็นตัวแลกเปลี่ยนจำนวนมากผสมผสานวัสดุที่แตกต่างกัน เช่น:

ปะเก็นสำหรับซอง PTFE

แกนไวตัน

ยางทำจาก EPDM

แผ่นรองซิลิโคน

ไส้ PTFE ที่ขยายออก

ชั้นภายนอกของ PTFE อาจให้การป้องกันสารเคมี แต่แกนยางด้านในยังคงควบคุมความสามารถในการอัดและความยืดหยุ่นในการปิดผนึก

เมื่อเวลาผ่านไป อีลาสโตเมอร์ที่อยู่ด้านล่างอาจบวม นิ่ม หดตัว หรือแข็งตัวหากโมเลกุลของตัวทำละลายซึมผ่านข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ ตะเข็บ หรือพื้นผิวที่สัมผัส

ผลกระทบของการบวมตัวของตัวทำละลายต่อประสิทธิภาพของปะเก็น
เมื่อโมเลกุลของตัวทำละลายแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างอีลาสโตเมอร์และขยายวัสดุทางกายภาพ ปะเก็นจะบวมเกิดขึ้น

การบวมปานกลางอาจเพิ่มแรงการปิดผนึกในช่วงแรก แต่การดูดซึมที่มากเกินไปมักจะสร้างปัญหาสำคัญในระยะยาว-

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้แก่:

สูญเสียกำลังอัด

การอ่อนตัวของแกนปะเก็น

การเสียรูปถาวร

การอัดขึ้นรูปด้วยแรงดัน-

ลดภาระการยึดโบลต์

ซีลรั่วระหว่างการหมุนเวียนความร้อน

ในทางกลับกัน ตัวทำละลายบางชนิดอาจสกัดพลาสติไซเซอร์หรือสารเติมแต่งจากอีลาสโตเมอร์ ทำให้เกิดการหดตัวและการเปราะแทนที่จะบวม

ทั้งสองกรณีสามารถทำลายความสมบูรณ์ของการซีลได้

ความยากของ Viton และ EPDM ในตัวทำละลาย-ทางชีวภาพ
เนื่องจากทนทานต่อสารเคมีต่อไฮโดรคาร์บอนและตัวทำละลายคลอรีนได้ดีเยี่ยม ฟลูออโรอีลาสโตเมอร์ เช่น Viton จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในบริการตัวทำละลายแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม ตัวทำละลายที่ได้มาจากชีวภาพ-ล่าสุดบางตัวมีเคมีเอสเทอร์หรือหมู่ฟังก์ชันที่ให้ออกซิเจนซึ่งมีปฏิกิริยากับโครงข่ายอีลาสโตเมอร์ในลักษณะที่ผิดปกติ

ความแปรปรวนในประสิทธิภาพของ Viton
ในอดีต ปะเก็นเปลือกหุ้ม PTFE ที่มีแกน Viton แสดงให้เห็นประสิทธิภาพที่ดีในระบบตัวทำละลายที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ตัวทำละลายชีวภาพ-บางชนิดอาจทำให้ส่วนประกอบของไวตันอ่อนตัวลงได้รุนแรงกว่าที่คาดไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีปริมาณขั้วหรือเอสเทอร์เพิ่มขึ้น

การกระทำนี้อาจส่งผลให้:

ความเข้มแข็งลดลง

ชุดบีบอัด

บวม

ความไม่แน่นอนของซีลภายใต้ภาระ

ความแตกต่างความเข้ากันได้ของ EPDM
EPDM อาจทำปฏิกิริยาในทางลบกับตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด แต่โดยปกติแล้วจะทำงานได้ดีในระบบที่มีน้ำมีขั้วและน้ำ-

เมื่อเคมีของตัวทำละลายที่ยั่งยืนขยายตัวขึ้น สมมติฐานด้านความเข้ากันได้ที่ใช้ตัวทำละลายปิโตรเคมีทั่วไปจึงเชื่อถือได้น้อยลง

การทดสอบความเข้ากันได้กับ ASTM D471
ASTM D471 เป็นขั้นตอนห้องปฏิบัติการมาตรฐานสำหรับการประเมินความเข้ากันได้ของยางและอีลาสโตเมอร์

วิธีการทดสอบนี้จะวิเคราะห์ว่าวัสดุเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรหลังจากการจุ่มแบบควบคุมในของเหลวเคมี

เกณฑ์การประเมินโดยทั่วไป ได้แก่:

ปริมาณการบวม

ความแข็งเปลี่ยนไป

การเปลี่ยนแปลงความต้านทานแรงดึง

การเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก

ความเสื่อมโทรมของรูปลักษณ์

หากวัสดุปะเก็นบวมหรืออ่อนตัวมากเกินไปในสภาพแวดล้อมของตัวทำละลายใหม่ สามารถตรวจสอบได้ทันทีโดยใช้การทดสอบการจุ่มโดยตรง

การทดสอบ ASTM D471 มีการดำเนินการกันมากขึ้นสำหรับวัสดุที่มีประวัติการให้บริการมานานหลายทศวรรษด้วยตัวทำละลายรุ่นเก่า เนื่องจากตัวทำละลายที่ยั่งยืนจำนวนมากค่อนข้างใหม่ในการแปรรูปทางอุตสาหกรรม

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับการซึมผ่านของ PTFE
การซึมผ่านสามารถเกิดขึ้นได้ในบางกรณี แม้ว่า PTFE จะคิดว่าเป็นสารเคมีเฉื่อยกับตัวทำละลายอินทรีย์เกือบทั้งหมดก็ตาม

โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงหรือการสัมผัสเป็นเวลานาน โมเลกุลของตัวทำละลายขนาดเล็กอาจแพร่กระจายอย่างช้าๆ ผ่านโครงสร้างฟลูออโรโพลีเมอร์

ตัว PTFE เองไม่ได้ได้รับอันตรายจากการซึมผ่านเสมอไป แม้ว่าอาจทำให้ตัวทำละลายทำปฏิกิริยากับ:

แกนปะเก็นอยู่ข้างใน

ชั้นเสริมแรง

วัสดุรองสำหรับการปิดผนึก

ดังนั้น แม้ว่าพื้นผิว PTFE จะดูไม่ทนต่อสารเคมี แต่ความเข้ากันได้ของชุดปะเก็นแบบเต็มยังคงมีความสำคัญ

ความจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงฐานข้อมูลความเข้ากันได้
ประสบการณ์หลายทศวรรษกับตัวทำละลายปิโตรเคมีแบบดั้งเดิมนำไปสู่การพัฒนาตารางความเข้ากันได้ของสารเคมีที่ได้รับการตีพิมพ์จำนวนมาก

เคมีของตัวทำละลายที่ยั่งยืนกำลังเติบโตเร็วกว่าฐานข้อมูลอ้างอิงบางฐานข้อมูลในปัจจุบัน

กลุ่มตัวทำละลายใหม่มักขาด:

ข้อมูลเกี่ยวกับการชราภาพในระยะยาว-

การศึกษาเรื่องการซึมผ่าน

บันทึกความเข้ากันได้ของอุณหภูมิสูง-

ผลลัพธ์ของการสัมผัสตัวทำละลายแบบผสม-

การตรวจสอบความถูกต้องของการหมุนเวียนด้วยความร้อน

ซึ่งหมายความว่าแทนที่จะขึ้นอยู่กับข้อสันนิษฐานในอดีต ผู้ผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนและผู้ใช้ปลายทางมีความจำเป็นพิเศษในการยืนยันความเข้ากันได้ผ่านการทดลอง

ในระหว่างการรับรองกระบวนการและข้อกำหนดเฉพาะของอุปกรณ์ เอกสารรับรองความเข้ากันได้ที่ได้รับการรับรองมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

แนวโน้มในการเลือกวัสดุแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์
การตอบสนองทางอุตสาหกรรมต่อการพัฒนาเคมีของตัวทำละลายมีอิทธิพลต่อแผนการใช้วัสดุปะเก็นอยู่แล้ว

มีแนวโน้มหลายประการเกิดขึ้น:

เพิ่มการใช้ประโยชน์ของปะเก็นที่ห่อหุ้มอย่างสมบูรณ์
ระบบตัวทำละลายที่มีฤทธิ์รุนแรงมากขึ้นกำลังกระตุ้นให้เกิดความสนใจในการออกแบบปะเก็น PTFE แบบห่อหุ้มอย่างสมบูรณ์ ซึ่งช่วยลดการสัมผัสอีลาสโตเมอร์

การตรวจสอบความถูกต้องที่เพิ่มขึ้นในห้องปฏิบัติการ
แทนที่จะใช้ตัวทำละลายอ้างอิงที่มีส่วนประกอบเดียว-สำหรับการทดสอบความเข้ากันได้ของสารเคมี การผสมในกระบวนการจริงกลับถูกนำมาใช้มากขึ้น

ส่วนผสมอีลาสโตเมอร์ที่ออกแบบโดยเฉพาะ
ซัพพลายเออร์ปะเก็นกำลังสร้างฟลูออโรอิลาสโตเมอร์ดัดแปลงและสารประกอบ EPDM ที่ออกแบบมาเพื่อความต้านทานต่อตัวทำละลายที่หมุนเวียนได้

ข้อกำหนดคุณสมบัติซัพพลายเออร์ที่เข้มงวดยิ่งขึ้น
ผู้ใช้ปลายทางมีการร้องขอมากขึ้นเรื่อยๆ:

ข้อมูล ASTM D471

การศึกษาเชิงลึก-ระยะยาว

การตรวจสอบความถูกต้องของอายุเนื่องจากความร้อน

ผลการทดสอบการซึมผ่าน

จุดมุ่งเน้นคือการเปลี่ยนจากสมมติฐานความเข้ากันได้ทั่วไปไปสู่การตรวจสอบความถูกต้องเฉพาะของแอปพลิเคชัน-

ผลกระทบที่กว้างขึ้นต่อการออกแบบอุปกรณ์ในกระบวนการผลิต
การถกเถียงเรื่องการเลือกปะเก็นตัวแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์สำหรับความเข้ากันได้ของตัวทำละลายทางชีวภาพ- สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในวงกว้างที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมแปรรูปสารเคมี

วัสดุอุปกรณ์จะต้องเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอตามความก้าวหน้าทางเคมีที่ยั่งยืนเพื่อ:

ลักษณะขั้วของตัวทำละลายใหม่

การปรับเปลี่ยนพฤติกรรมการสกัด

คุณสมบัติการซึมผ่านต่างๆ

ความต้องการใหม่ด้านเสถียรภาพทางความร้อน

การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในกระบวนการแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดปฏิกิริยาโต้ตอบกับซีล สารเคลือบ สายยาง และส่วนประกอบตัวแลกเปลี่ยนโดยไม่คาดคิดได้

เครื่องแลกเปลี่ยนฟลูออโรโพลีเมอร์ไม่ใช่ระบบเดียวที่ประสบปัญหานี้ แต่มักจะทำงานในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ซึ่งแม้แต่ข้อบกพร่องในการปิดผนึกเล็กน้อยก็อาจถึงแก่ชีวิตได้

สรุปแล้ว
การเปลี่ยนไปใช้ตัวทำละลายชีวภาพ-ถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญในการแปรรูปทางเคมีที่ยั่งยืน แต่ยังนำมาซึ่งปัญหาความเข้ากันได้ใหม่ๆ ของวัสดุสำหรับปะเก็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนฟลูออโรโพลีเมอร์ แม้ว่า PTFE เองจะทนทานต่อตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ แต่แกนปะเก็นยาง เช่น Viton และ EPDM อาจตอบสนองต่อตัวทำละลายหมุนเวียนที่แตกต่างกันออกไปด้วยการเปลี่ยนขั้วและโครงสร้างโมเลกุล

การทดสอบการจุ่ม ASTM D471 มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการยืนยันประสิทธิภาพของปะเก็นด้วยตัวทำละลายที่ยั่งยืนในปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อฐานข้อมูลความเข้ากันได้ยังคงไล่ตามสเปกตรัมทางเลือกทางเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่มีเพิ่มมากขึ้น

ประสิทธิภาพการซีลที่เชื่อถือได้ในปัจจุบันขึ้นอยู่กับความใส่ใจที่เพิ่มขึ้นในการตรวจสอบความถูกต้องของวัสดุ พฤติกรรมการซึมผ่าน และปฏิกิริยาโต้ตอบของตัวทำละลาย-ในระยะยาว

การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของกระบวนการทุกครั้งในการแปรรูปทางเคมีจำเป็นต้องมีการทบทวนรายการที่ควรจะบรรจุอยู่อย่างพิถีพิถันในที่สุด