Jak rozpouštědla na bio{0}} bázi ovlivňují výběr materiálu pro těsnění fluoropolymerového výměníku?

Výměníky tepla, které pracují s ekologičtějšími rozpouštědly-pocházejícími z biotechnologií, se musí měnit spolu s chemickým průmyslem. I když vykazuje poněkud odlišnou interakci s elastomerními těsněními těsnícími fluoropolymerový výměník, náhrada za toluen, tetrahydrofuran nebo dichlormethan může poskytnout srovnatelnou výkonnost procesu. Tvrdost těsnění, bobtnání a dlouhodobá-těsnicí síla mohou být ovlivněny i malými změnami afinity k rozpouštědlům.

Ověření, zda jsou tradičně spolehlivé těsnicí materiály stále kompatibilní s nejnovější generací obnovitelných rozpouštědel, je novou technickou výzvou, kterou přináší posun směrem k udržitelné chemii.

Větší význam výběru těsnění fluoropolymerového výměníku s kompatibilitou s biologickými rozpouštědly odráží širší průmyslovou snahu o nízkou -toxicitu a bio{1}}odvozené procesní chemikálie.

Proč se bio-rozpouštědla chovají jinak
Mnoho současných udržitelných rozpouštědel je vyrobeno tak, aby fungovala podobně jako tradiční petrochemická rozpouštědla a přitom měla menší nepříznivý vliv na životní prostředí nebo byla jedovatá.

Příklady zahrnují:

2-MeTHF nebo methyltetrahydrofuran

cyklopentylmethylether (CPME)

Laktát ethyl

Uhličitan dimethyl

Estery generované z biomasy

Rozpouštědla na bázi terpenů

Navzdory skutečnosti, že tyto materiály mohou být přímo substituovány v běžných procesech, jejich molekulární struktury se často liší od struktur rozpouštědel, která nahrazují.

Kompatibilita těsnění je ovlivněna řadou chemických vlastností:

Polarita molekul

Chemie funkčních skupin

Difúze rozpouštědel

Molekulární rozměry

Chování vodíkových vazeb

Tyto změny mohou ovlivnit pronikání rozpouštědla nebo interakci s elastomerními těsnícími materiály.

Vzhledem k tomu, že jde o chemikálie, musí být ve výměníku stále důsledně obsaženo zelené rozpouštědlo.

Důvody, proč jsou těsnění nebezpečnější než PTFE
Hlavní smáčené povrchy fluoropolymerových výměníků tepla jsou často vyrobeny z PTFE nebo podobných fluoropolymerů. Obecně je PTFE stále odolný vůči téměř všem organickým rozpouštědlům a agresivním chemikáliím.

Systémy těsnění jsou však složitější.

Mnoho sestav těsnění výměníků kombinuje různé materiály, jako například:

Těsnění pro PTFE obálky

Vitonová jádra

Elastomery vyrobené z EPDM

Silikonové podložky

PTFE výplně, které jsou expandované

Vnější vrstva PTFE může poskytovat chemické stínění, ale vnitřní elastomerní jádro stále kontroluje stlačitelnost a odolnost těsnění.

V průběhu času může elastomer pod ním nabobtnat, změkčit, smrštit se nebo ztvrdnout, pokud molekuly rozpouštědla prosakují přes drobné kazy, švy nebo exponované povrchy.

Vliv bobtnání rozpouštědla na výkon těsnění
Když molekuly rozpouštědla proniknou elastomerní strukturou a fyzicky roztáhnou materiál, dojde k bobtnání těsnění.

Mírné bobtnání může zpočátku zlepšit těsnící sílu, ale nadměrné vstřebávání často způsobuje velké dlouhodobé-obtíže.

Mezi potenciální dopady patří:

Ztráta pevnosti v tlaku

Změkčení jádra těsnění

Deformace, která je trvalá

Vytlačování-vyvolané tlakem

snížené udržení zatížení šroubu

Těsnění netěsní během tepelného cyklování

Některá rozpouštědla mohou naopak extrahovat změkčovadla nebo přísady z elastomerů, což způsobuje smršťování a křehnutí namísto bobtnání.

Každá okolnost může poškodit integritu těsnění.

Potíže vitonu a EPDM v rozpouštědlech na{0}}biologické bázi
Díky své velké chemické odolnosti vůči uhlovodíkům a chlorovaným rozpouštědlům byly fluoroelastomery jako Viton často široce používány v tradičních rozpouštědlových službách.

Některá novější bio-rozpouštědla však mají esterovou chemii nebo okysličené funkční skupiny, které interagují s elastomerními sítěmi neobvyklým způsobem.

Variabilita výkonu Vitonu
Historicky PTFE obalová těsnění s jádry z Vitonu vykazovala dobrý výkon v různých rozpouštědlových systémech. Některá rozpouštědla na bio{1}} bázi však mohou změkčit složku Viton silněji, než se očekávalo, zvláště když se zvýší polarita nebo obsah esterů.

Toto jednání může mít za následek:

Snížená houževnatost

Kompresní sada

Otok

Nestabilita těsnění při zatížení

Rozdíly v kompatibilitě EPDM
EPDM může nepříznivě reagovat s některými organickými rozpouštědly, ale normálně funguje dobře v polárních kapalinách a systémech na bázi vody-.

S rozšiřováním udržitelné chemie rozpouštědel se předpoklady kompatibility založené na konvenčních petrochemických rozpouštědlech stávají méně spolehlivými.

Testování kompatibility s ASTM D471
ASTM D471 je standardní laboratorní postup pro hodnocení kompatibility pryže a elastomeru.

Tato zkušební metoda analyzuje, jak se materiál mění po řízeném ponoření do chemické tekutiny.

Mezi typická hodnotící kritéria patří:

Nafouknutí objemu

Změna tvrdosti

Změny pevnosti v tahu

Změna hmotnosti

Degradace vzhledu

Pokud materiál těsnění v prostředí nového rozpouštědla příliš nabobtná nebo změkne, lze to okamžitě zjistit pomocí přímého ponorného testu.

Testování ASTM D471 se stále častěji provádí u materiálů, které měly desetiletí prokazatelnou servisní historii se staršími rozpouštědly, protože mnoho udržitelných rozpouštědel je v průmyslovém zpracování relativně nových.

Úvahy o propustnosti PTFE
K permeaci přesto může za určitých okolností dojít, i když se předpokládá, že PTFE je chemicky inertní vůči prakticky všem organickým rozpouštědlům.

Zejména při vysokých teplotách nebo prodloužených dobách expozice mohou malé molekuly rozpouštědla pomalu difundovat skrz fluoropolymerové struktury.

Samotný PTFE není vždy poškozen pronikáním, i když může umožnit interakci rozpouštědel s:

Uvnitř jádra těsnění

vrstvy výztuže

Sekundární materiály pro těsnění

Proto, i když se povrchy PTFE zdají chemicky nepropustné, je plná kompatibilita sestavení těsnění stále zásadní.

Nutnost změny databází kompatibility
Desetiletí zkušeností s tradičními petrochemickými rozpouštědly vedly k vývoji mnoha publikovaných tabulek chemické kompatibility.

Udržitelná chemie rozpouštědel nyní roste rychleji než některé současné referenční databáze.

V rodinách nových rozpouštědel často chybí:

Údaje o dlouhodobém-stárnutí

Studie o permeaci

Záznamy o kompatibilitě s-vysokými teplotami

Výsledky smíšené-expozice rozpouštědlům

Validace tepelného cyklování

To znamená, že namísto toho, aby se výrobci výměníků a koncoví uživatelé spoléhali pouze na minulé předpoklady, mají další potřebu potvrdit kompatibilitu experimentováním.

Během certifikace procesů a specifikace zařízení je stále důležitější certifikovaná dokumentace kompatibility.

Trendy ve výběru materiálu fluoropolymerového výměníku
Průmyslová reakce na vývoj chemie rozpouštědel již ovlivňuje materiálové plány těsnění.

Objevuje se několik tendencí:

Zvýšené využití kompletně zapouzdřených těsnění
Agresivnější rozpouštědlové systémy vyvolávají zájem o plně zapouzdřené PTFE těsnění, které snižuje vystavení elastomeru.

Zvýšená validace v laboratoři
Místo použití jednosložkových referenčních rozpouštědel pro testování chemické kompatibility se stále více používají skutečné procesní směsi.

Elastomerové směsi na míru
Dodavatelé těsnění vytvářejí modifikované fluoroelastomerové a EPDM směsi navržené pro odolnost vůči obnovitelným rozpouštědlům.

Přísnější požadavky na kvalifikaci dodavatele
Koncoví uživatelé stále častěji požadují:

Údaje ASTM D471

Dlouhodobé-imerzní studie

Validace tepelného stárnutí

Výsledky permeačních zkoušek

Důraz se posouvá od obecných předpokladů kompatibility směrem k ověření-specifické aplikace.

Širší vliv na konstrukci procesního zařízení
Debata o výběru těsnění fluoropolymerového výměníku pro kompatibilitu s bio{0}}rozpouštědly odráží širší posun, k němuž dochází v chemickém zpracovatelském průmyslu.

Materiály zařízení se musí vždy měnit, protože udržitelná chemie postupuje tak, aby:

Charakteristiky polarity nových rozpouštědel

Úprava chování extrakce

Různé permeační vlastnosti

Nové požadavky na tepelnou stabilitu

I nepatrné změny procesní chemie mohou způsobit neočekávané interakce s těsněními, povlaky, hadicemi a součástmi výměníku.

Fluorpolymerové výměníky nejsou jedinými systémy, které se potýkají s tímto problémem, ale často fungují v drsných podmínkách, kde i drobné nedostatky těsnění mohou být fatální.

Na závěr
Přechod k bio{0}}rozpouštědlům představuje velký úspěch v udržitelném chemickém zpracování, přináší však také nové problémy s kompatibilitou materiálů pro těsnění výměníků tepla z fluoropolymerů. Ačkoli je PTFE sám o sobě do značné míry odolný vůči většině organických rozpouštědel, jádra elastomerních těsnění, jako je Viton a EPDM, mohou reagovat na obnovitelná rozpouštědla odlišně s měnící se polaritou a molekulární strukturou.

Testování ponořením ASTM D471 se stává stále důležitější pro potvrzení výkonu těsnění se současnými udržitelnými rozpouštědly, zvláště když databáze kompatibility stále dohánějí rozšiřující se spektrum alternativ zelené chemie.

Spolehlivý těsnicí výkon nyní závisí na zvýšené pozornosti věnované ověřování materiálu, chování při prostupu a dlouhodobé{0}}interakci rozpouštědel.

Každá změna v chemii procesu při chemickém zpracování nakonec vyžaduje pečlivé opětovné ověření položek, které ji mají obsahovat.