Korkeapaineisissa mädätysastioissa (esim. happohajotus alkuaineanalyysiä varten, hydroterminen synteesi) PFA-kapseloidun lämmittimen suurin sallittu paine 200 asteessa on 2–3 baaria (30–45 psi) 2 mm:n seinämän paksuudella. Tämä on paljon alle 30–100 baarin, joka on tyypillistä ruoansulatusastioille. Rajoittava tekijä on PFA:n virumismurtolujuus 200 asteessa, joka putoaa 3–5 MPa:iin. Käyttämällä ohutseinämäisen paineastian kaavaa σ=P × D / (2 × t), jossa D=25 mm, t=2 mm, σ=5 MPa, P=2 × 5 × 2 / 25=0.8 MPa=8 bar (oreettinen). Viruminen kuitenkin vähentää sallittua painetta 50–75 % pitkällä-käytöllä (1,000+ tuntia). Turvallinen käyttöpaine on 2-3 bar. Tyypillisissä 50–100 barin paineessa toimivissa keittoastioissa PFA-lämmittimiä ei voida käyttää suoraan. Käytä sen sijaan ulkoista lämmitystä (vaippa, uuni) tai eristä lämmitin matalapaineiseen -painevyöhykkeeseen (esim. painesululla varustettu sivuvarsi). Älä koskaan paineista PFA-lämmitintä yli 5 baariin 200 asteessa.
Painerajat korotetussa lämpötilassa
PFA menettää mekaanisen lujuuden nopeasti yli 150 astetta. 200 asteessa vetolujuus on 6–8 MPa (lyhytaikainen), ja virumismurtolujuus 1000 tunnin kohdalla on vain 2–4 MPa. Jatkuvan käytön suunnittelujännityksen tulee olla pienempi tai yhtä suuri kuin 1,5 MPa. Käyttämällä kaavaa P=2 × σ × t / D:
| PFA-seinä (mm) | Suunniteltu jännitys (MPa) 200 asteessa | Putken ulkohalkaisija (mm) | Max paine (bar) | Turvallinen työpaine (bar) | Sovellus |
|---|---|---|---|---|---|
| 1.5 | 1.5 | 25 | 1.8 | 1.0 | Erittäin matala paine |
| 2.0 | 1.5 | 25 | 2.4 | 1.5 | Matala paine |
| 2.5 | 1.5 | 25 | 3.0 | 2.0 | Marginaali |
| 3.0 | 1.5 | 25 | 3.6 | 2.5 | Hyväksyttävä erittäin alhaiselle paineelle |
| 2.0 | 3.0 (lyhyt-aika) | 25 | 4.8 | - | Vain lyhyille retkille |
Tyypillisessä 50 baarin sulatuksessa vaadittu seinämän paksuus olisi t=P × D / (2 × σ)=50 × 25 / (2 × 2)=625 / 4=156 mm - mahdotonta.
Lämmitintyyppien vertailu korkeapaine{0}}hajotukseen
| Lämmittimen tyyppi | Max paine 200 astetta (bar) | Seinän paksuus | Sopiiko 50-100 bariin? | Vaihtoehtoinen |
|---|---|---|---|---|
| PFA{0}}kapseloitu (2 mm) | 1–2 | 2 mm | Ei | Ulkoinen lämmitys |
| PFA{0}}kapseloitu (5 mm) | 5–8 | 5 mm | Ei (vielä liian alhainen) | Ei käytännöllinen |
| Teräs{0}}vaippa (Incoloy) | 100+ | 0,5 mm metallia | Kyllä (mutta ei kemikaaleja kestävä) | Edellyttää aluksen PFA-vuorausta |
| Kvartsi / lasi | Vain ulkoinen | N/A | Ei (herkkä) | Takkillinen alus |
| Titaani (vaippainen) | 100+ | 1 mm metallia | Kyllä | Syövyttävään huoltoon |
| Ulkolämmitys (takki, uuni) | Alus arvioitu | N/A | Kyllä | Suositellaan PFA{0}}vuorattuihin aluksiin |
Käytännöllinen ratkaisu ruuansulatusaluksiin
Jos joudut lämmittämään PFA:lla vuorattua keittoastiaa kemiallisen kestävyyden vuoksi, älä laita PFA-lämmitintä korkeapainevyöhykkeen sisään. Sen sijaan:
Ulkoinen lämmitysnauhaPFA-vuorauksella varustetun metalliastian ympärillä. PFA-vuoraus näkee paineen ja kemiallisen hyökkäyksen; lämmitin on ulkona.
Uunin lämmitys: Aseta koko keittoastia 200-asteiseen ilmauuniin-. PFA vuoraus käsittelee kemian; uuni antaa lämpöä.
Sivuvarren kierrätys: Kierrä mädätysväliaine PFA-lämmönvaihtimen läpi korkeapainevyöhykkeen- ulkopuolella pumpun avulla. PFA-lämmönvaihdin voidaan suunnitella pienemmälle paineelle (2–3 bar), koska painehäviö on pieni.
Paineistettu kuumavesihaude: Upota keittoastia paineistettuun kuumavesihauteeseen 200 asteessa (vaatii autoklaavin). Kylpy lämmittää astian ulkopuolelta.
Esimerkki kentästä
Laboratorio suoritti hydrotermisen synteesin 200 asteessa ja 60 baarissa PFA-vuoratussa teräsastiassa. He yrittivät käyttää upotettua PFA-lämmitintä (2 mm seinä) liuoksen lämmittämiseen. Lämmitin romahti 10 barin paineessa (kohteen lähellä). He siirtyivät ulkoiseen lämmitysvaippaan (3 kW:n kaistanlämmitin teräksisessä ulkosäiliössä). PFA-vuori pysyi ehjänä. Alus saavutti turvallisesti 200 astetta ja 60 baria. Lämmitin oli ulkona, joten paine ei ollut ongelma.
Turvallisuusohjeet
Älä koskaan ylitä 5 baaria missään PFA-lämmittimessä 200 asteessa seinämän paksuudesta riippumatta.
For pressure >3 bar, käytä vain ulkoista lämmitystä.
Asenna paineenalennusventtiili, joka on asetettu 3 baariin jokaiseen astiaan, jossa on upotettu PFA-lämmitin, joka toimii 200 asteessa.
Tarkkaile PFA-tupen turvotusta tai rakkuloita; nämä viittaavat välittömään virumishäiriöön.
Johtopäätös: Maksimi 2–3 baaria PFA-lämmittimelle 200 asteessa
PFA-lämmittimen suurin sallittu paine korkeapaineisessa keittoastiassa 200 asteessa on 2–3 baaria, mikä on paljon alle tällaisille prosesseille tyypillisen 50–100 baarin. PFA menettää mekaanisen lujuuden korkeassa lämpötilassa ja viruminen alentaa murtumispaineen vaarallisille tasoille. Käytä korkeapaine-keittoa varten ulkoista lämmitystä (vaippa, uuni) tai eristä PFA-lämmitin matalapaineiseen kierrätyssilmukkaan. Älä koskaan luota PFA-lämmittimeen yli 3 baarin paineen{11}}komponenttina 200 asteen lämpötilassa. Polymeeri hiipii, turpoaa ja repeytyy. Pidä paine alhaisena tai pidä lämmitin ulkona. Ruoansulatuksessa PFA on kemiallinen kestävyys, ei paineen hillitseminen. Ymmärrä raja, suunnittele sen mukaan ja käytä turvallisesti. Aluksen tulee sisältää painetta; lämmittimesi ei pitäisi. Erottele toiminnot ja saavuta menestystä.
