Dung môi dựa trên sinh học{0}}ảnh hưởng như thế nào đến việc lựa chọn vật liệu cho vòng đệm trao đổi Fluoropolymer?

Các bộ trao đổi nhiệt xử lý các dung môi có nguồn gốc sinh học-xanh hơn phải thay đổi cùng với ngành hóa chất. Trong khi thể hiện sự tương tác hơi khác với các miếng đệm đàn hồi bịt kín bộ trao đổi fluoropolymer, chất thay thế cho toluene, tetrahydrofuran hoặc dichloromethane có thể mang lại hiệu suất quy trình tương đương. Độ cứng, độ trương nở và lực bịt kín lâu dài của miếng đệm đều có thể bị ảnh hưởng ngay cả khi có những thay đổi nhỏ về ái lực dung môi.

Việc xác minh xem các vật liệu bịt kín truyền thống đáng tin cậy có còn tương thích với thế hệ dung môi tái tạo mới nhất hay không là một thách thức kỹ thuật mới do sự chuyển đổi sang hóa học bền vững mang lại.

Tầm quan trọng ngày càng tăng của việc lựa chọn miếng đệm trao đổi fluoropolymer tương thích dung môi dựa trên dung môi sinh học phản ánh xu hướng rộng hơn của ngành hướng tới các hóa chất xử lý có nguồn gốc sinh học và-độc hại thấp-.

Tại sao dung môi dựa trên sinh học-hoạt động khác biệt
Nhiều dung môi bền vững hiện đại được tạo ra để hoạt động tương tự như dung môi hóa dầu truyền thống trong khi ít gây ảnh hưởng xấu đến môi trường hoặc ít độc hại hơn.

Ví dụ bao gồm:

2-MeTHF hoặc metyltetrahydrofuran

Cyclopentyl metyl ete (CPME)

etyl lactat

dimethyl cacbonat

Este được tạo ra từ sinh khối

Dung môi dựa trên terpen

Mặc dù thực tế là những vật liệu này có thể được thay thế trực tiếp trong các quy trình hiện tại nhưng cấu trúc phân tử của chúng thường khác với cấu trúc của dung môi mà chúng thay thế.

Khả năng tương thích của miếng đệm bị ảnh hưởng bởi một số tính chất hóa học:

Độ phân cực của phân tử

Hóa học của các nhóm chức năng

Khuếch tán dung môi

Kích thước phân tử

Hành vi của liên kết hydro

Những biến thể này có thể ảnh hưởng đến sự thâm nhập hoặc tương tác của dung môi với vật liệu bịt kín đàn hồi.

Là một hóa chất, dung môi xanh vẫn cần được chứa nhất quán trong bộ trao đổi chất.

Những lý do vòng đệm nguy hiểm hơn PTFE
Các bề mặt ướt chính của bộ trao đổi nhiệt fluoropolymer thường được làm bằng PTFE hoặc các fluoropolyme tương tự. Nhìn chung, PTFE vẫn có khả năng chống lại hầu hết các dung môi hữu cơ và hóa chất khắc nghiệt.

Tuy nhiên, hệ thống đệm phức tạp hơn.

Nhiều cụm đệm trao đổi kết hợp các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như:

Vòng đệm cho phong bì PTFE

lõi Viton

Chất đàn hồi làm từ EPDM

Lớp nền silicon

Chất trám PTFE được mở rộng

Lớp bên ngoài PTFE có thể cung cấp khả năng che chắn hóa học nhưng lõi đàn hồi bên trong vẫn kiểm soát khả năng nén và khả năng đàn hồi bịt kín.

Theo thời gian, chất đàn hồi bên dưới có thể phồng lên, mềm, co lại hoặc cứng lại nếu các phân tử dung môi thấm qua các vết nứt nhỏ, đường nối hoặc bề mặt lộ ra ngoài.

Tác động của sự trương nở của dung môi đến hiệu suất của miếng đệm
Khi các phân tử dung môi thấm vào cấu trúc đàn hồi và giãn nở vật liệu, hiện tượng phồng rộp của miếng đệm sẽ xảy ra.

Độ trương nở vừa phải ban đầu có thể cải thiện lực bịt kín, nhưng khả năng hấp thụ quá mức thường gây ra những khó khăn lớn{0}}về lâu dài.

Các tác động tiềm ẩn bao gồm:

Mất cường độ nén

Làm mềm lõi đệm

Biến dạng vĩnh viễn

Sự ép đùn do áp suất- gây ra

giảm khả năng duy trì tải bu lông

Con dấu bị rò rỉ trong quá trình đạp xe nhiệt

Ngược lại, một số dung môi có thể chiết xuất chất hóa dẻo hoặc chất phụ gia từ chất đàn hồi, gây co ngót và giòn thay vì phồng lên.

Cả hai trường hợp đều có thể làm hỏng tính toàn vẹn của niêm phong.

Những khó khăn về Viton và EPDM trong dung môi dựa trên sinh học{0}}
Do khả năng kháng hóa chất tuyệt vời đối với hydrocarbon và dung môi clo hóa, các chất đàn hồi fluoroelastomer như Viton thường được sử dụng rộng rãi trong các dịch vụ dung môi truyền thống.

Tuy nhiên, một số dung môi có nguồn gốc sinh học-gần đây hơn có tính chất hóa học este hoặc nhóm chức oxy hóa tương tác với mạng lưới chất đàn hồi theo những cách khác thường.

Sự thay đổi trong hiệu suất Viton
Trong lịch sử, các miếng đệm bao PTFE có lõi Viton đã cho thấy hiệu suất tốt trong nhiều hệ dung môi. Tuy nhiên, một số dung môi-gốc sinh học có thể làm mềm thành phần Viton mạnh hơn dự kiến, đặc biệt khi độ phân cực hoặc hàm lượng este tăng lên.

Hành vi này có thể dẫn đến:

Độ dẻo dai giảm

Bộ nén

Sưng tấy

Sự mất ổn định của con dấu dưới tải

Sự khác biệt về khả năng tương thích EPDM
EPDM có thể phản ứng bất lợi với một số dung môi hữu cơ, nhưng nó thường hoạt động tốt trong các chất lỏng phân cực và hệ thống dựa trên nước.

Khi hóa học dung môi bền vững mở rộng, các giả định về khả năng tương thích dựa trên dung môi hóa dầu thông thường trở nên kém tin cậy hơn.

Kiểm tra khả năng tương thích với ASTM D471
ASTM D471 là quy trình tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng tương thích của cao su và chất đàn hồi.

Phương pháp thử nghiệm này phân tích sự thay đổi của vật liệu sau khi ngâm có kiểm soát trong chất lỏng hóa học.

Tiêu chí đánh giá điển hình bao gồm:

Khối lượng sưng lên

Thay đổi độ cứng

Sự thay đổi độ bền kéo

Thay đổi cân nặng

Sự xuống cấp về ngoại hình

Nếu vật liệu đệm phồng lên hoặc mềm đi quá nhiều trong môi trường dung môi mới, nó có thể được xác định ngay lập tức bằng cách sử dụng thử nghiệm ngâm đơn giản.

Thử nghiệm ASTM D471 ngày càng được thực hiện đối với các vật liệu đã có lịch sử sử dụng hàng thập kỷ với các dung môi cũ hơn vì nhiều dung môi bền vững còn tương đối mới đối với quy trình công nghiệp.

Cân nhắc thẩm thấu PTFE
Tuy nhiên, sự thẩm thấu có thể xảy ra trong một số trường hợp mặc dù PTFE được cho là trơ về mặt hóa học đối với hầu hết các dung môi hữu cơ.

Đặc biệt ở nhiệt độ cao hoặc thời gian tiếp xúc kéo dài, các phân tử dung môi nhỏ có thể khuếch tán chậm qua cấu trúc fluoropolymer.

Bản thân PTFE không phải lúc nào cũng bị tổn hại do sự thẩm thấu, mặc dù nó có thể cho phép dung môi tương tác với:

Lõi đệm bên trong

các lớp gia cố

Vật liệu thứ cấp để niêm phong

Do đó, ngay cả khi bề mặt PTFE có vẻ không thấm nước về mặt hóa học, khả năng tương thích của toàn bộ cụm đệm vẫn rất quan trọng.

Nhu cầu thay đổi cơ sở dữ liệu tương thích
Nhiều thập kỷ kinh nghiệm với các dung môi hóa dầu truyền thống đã dẫn đến sự phát triển của nhiều bảng tương thích hóa học được công bố.

Hóa học dung môi bền vững hiện đang phát triển nhanh hơn một số cơ sở dữ liệu tham khảo hiện tại.

Các nhóm dung môi mới thường thiếu:

Dữ liệu về quá trình lão hóa lâu dài

Nghiên cứu về thẩm thấu

Hồ sơ về khả năng tương thích nhiệt độ-cao

Kết quả của việc tiếp xúc với-dung môi hỗn hợp

Xác nhận chu kỳ nhiệt

Điều này có nghĩa là thay vì chỉ phụ thuộc vào các giả định trước đây, các nhà sản xuất thiết bị trao đổi và người dùng cuối giờ đây có thêm nhu cầu xác nhận khả năng tương thích thông qua thử nghiệm.

Trong quá trình chứng nhận quy trình và thông số kỹ thuật của thiết bị, tài liệu tương thích được chứng nhận ngày càng trở nên quan trọng.

Xu hướng lựa chọn vật liệu trao đổi Fluoropolymer
Phản ứng của ngành công nghiệp đối với việc phát triển hóa học dung môi đã ảnh hưởng đến kế hoạch vật liệu đệm.

Một số xu hướng đang nổi lên:

Tăng cường sử dụng các miếng đệm được đóng gói hoàn toàn
Các hệ thống dung môi mạnh mẽ hơn đang thu hút sự quan tâm đến các thiết kế miếng đệm PTFE được bao bọc hoàn toàn nhằm giảm sự tiếp xúc với chất đàn hồi.

Tăng cường xác nhận trong phòng thí nghiệm
Thay vì sử dụng dung môi tham chiếu một thành phần để thử nghiệm khả năng tương thích hóa học, hỗn hợp quy trình thực tế ngày càng được sử dụng nhiều hơn.

Hỗn hợp đàn hồi được thiết kế riêng
Các nhà cung cấp miếng đệm đang tạo ra các hợp chất fluoroelastomer và EPDM biến đổi được thiết kế để kháng dung môi tái tạo.

Yêu cầu về trình độ nhà cung cấp mạnh mẽ hơn
Người dùng cuối ngày càng yêu cầu:

Dữ liệu ASTM D471

Nghiên cứu chuyên sâu dài hạn

Xác nhận lão hóa nhiệt

Kết quả thử nghiệm thẩm thấu

Trọng tâm đang chuyển từ giả định về khả năng tương thích chung sang xác thực-cụ thể của ứng dụng.

Hiệu quả rộng hơn đối với việc thiết kế thiết bị xử lý
Cuộc tranh luận về việc lựa chọn miếng đệm trao đổi fluoropolymer để có khả năng tương thích dung môi-dựa trên sinh học phản ánh một sự thay đổi rộng lớn hơn đang diễn ra trong ngành xử lý hóa chất.

Vật liệu thiết bị phải luôn thay đổi khi hóa học bền vững tiến tới:

Đặc tính phân cực của dung môi mới

Sửa đổi hành vi khai thác

Tính năng thẩm thấu khác nhau

Yêu cầu mới về ổn định nhiệt

Ngay cả những thay đổi nhỏ trong quy trình hóa học cũng có thể gây ra những tương tác không lường trước được với các vòng đệm, lớp phủ, ống mềm và các bộ phận trao đổi nhiệt.

Bộ trao đổi Fluoropolyme không phải là hệ thống duy nhất gặp phải khó khăn này, nhưng chúng thường hoạt động trong những điều kiện khắc nghiệt mà ngay cả những sai sót niêm phong nhỏ cũng có thể gây tử vong.

Tóm lại
Quá trình chuyển đổi sang dung môi-dựa trên sinh học đánh dấu một thành tựu lớn trong xử lý hóa học bền vững nhưng cũng mang đến những vấn đề mới về khả năng tương thích vật liệu cho miếng đệm trao đổi nhiệt fluoropolymer. Mặc dù bản thân PTFE có khả năng kháng lại hầu hết các dung môi hữu cơ, nhưng các lõi đệm đàn hồi như Viton và EPDM có thể phản ứng khác với các dung môi tái tạo khi có sự thay đổi độ phân cực và cấu trúc phân tử.

Thử nghiệm ngâm ASTM D471 ngày càng trở nên quan trọng để xác nhận hiệu suất của miếng đệm với các dung môi bền vững hiện tại, đặc biệt khi cơ sở dữ liệu về khả năng tương thích tiếp tục bắt kịp với phạm vi mở rộng của các giải pháp thay thế hóa học xanh.

Hiệu suất bịt kín đáng tin cậy hiện phụ thuộc vào sự chú ý nâng cao đến việc xác thực vật liệu, hoạt động thẩm thấu và sự tương tác lâu dài của dung môi.

Mọi thay đổi trong quy trình hóa học trong xử lý hóa học cuối cùng đều đòi hỏi phải xác minh lại tỉ mỉ các vật phẩm được cho là chứa nó.