Tại sao thiết bị làm nóng PFA có bề mặt được phun cát nhám lại hoạt động tốt hơn bề mặt nhẵn khi làm nóng dung môi hữu cơ ở áp suất cao-?

Về độ ổn định của màng và khả năng truyền nhiệt sôi của hạt nhân, bề mặt PFA nhám (Ra 1,0–1,5 µm) thường hoạt động tốt hơn bề mặt nhẵn (Ra < 0,2 µm) khi đun nóng dung môi hữu cơ áp suất cao- (ví dụ: toluene, axeton, hexane ở 5–20 bar, 100–200 độ ). Kiểm soát tạo mầm bong bóng là cơ chế; quá nhiệt và sôi nhanh, đột ngột (va chạm) do bề mặt nhẵn ngăn chặn sự hình thành bong bóng. Hệ số truyền nhiệt cao hơn và quá trình sôi bong bóng nhỏ, ổn định được khuyến khích nhờ bề mặt nhám tạo ra các vị trí tạo mầm được kiểm soát. Ngoài ra, do bề mặt thô bên trong (nếu được phun cát trước khi ép đùn) giúp cải thiện khả năng liên kết cơ học giữa PFA và lõi kim loại, nên bề mặt nhám sẽ chống lại sự phân tách trương nở do dung môi{14}}gây ra. Bề mặt nhám làm tăng khả năng thấm ướt và giảm nguy cơ sôi màng đối với các dung môi hữu cơ làm ướt PFA kém (góc tiếp xúc > 90 độ). Để có kết quả tối ưu, bề mặt bên trong phải được khắc hóa học để bám dính và bề mặt bên ngoài phải được phun cát (Ra 1,0–1,5 µm).

Sự sôi của các hạt nhân và độ nhám bề mặt
Dòng nhiệt trong dung môi hữu cơ được đun nóng dưới áp suất thường đủ mạnh để tạo ra sự sôi ở bề mặt PFA. Quá trình tạo mầm bong bóng trên bề mặt nhẵn đòi hỏi một lượng nhiệt quá lớn (ΔT=10–30 độ so với điểm sôi). Nhiệt độ cục bộ tăng lên do bong bóng trở nên lớn và từ từ tách ra. Các lỗ-vi mô (5–20 µm) trên bề mặt gồ ghề đóng vai trò là vị trí tạo mầm bền vững bằng cách giữ hơi. Sự truyền nhiệt được cải thiện nhờ các bong bóng hình thành ở nhiệt độ quá nhiệt thấp hơn (2–5 độ), nhỏ hơn và tách ra thường xuyên hơn. Ở cùng một dòng nhiệt, bề mặt nhám có thể có hệ số truyền nhiệt (h) lớn hơn 50–100%.

PFA mịn (Ra 0,1 µm) cho thấy màng sôi ở 8 W/cm² với độ ΔT=40 đối với toluene ở 150 độ và 10 bar. Ở mức ΔT=15 , PFA thô (Ra 1,2 µm) duy trì nhiệt độ sôi của hạt nhân lên đến 15 W/cm².

So sánh hiệu suất trong dung môi hữu cơ ở áp suất cao
Áp suất dung môi (bar) Nhiệt độ ( độ ) Độ hoàn thiện bề mặt Thông lượng nhiệt tới hạn (W/cm2) Hệ số truyền nhiệt (W/m2·K) Chế độ sôi Tuổi thọ tương đối
Toluene 10 150 Smooth (0.1) 6–8 1,500–2,000 Film boiling at >6 1.0x Toluene 10 150 Làm thô (1.2) 12–15 3,000–4.000 Tạo hạt nhân thành 12 2.5x
Acetone 8 120 Mịn 5–7 1,800–2.500 Va đập 1,0 lần
Acetone 8 120 Làm nhám 10–12 3,500–5.000 Bong bóng ổn định 2,8x Hexane 5 100 Mịn 4–6 1,200–1.800 Sôi mạnh 0,8x
Hexane 5 100 Làm thô 8–10 2,500–3.500 Kiểm soát 2,2x Ethanol 12 180 Êm 7–9 2,000–2.500 Quá nhiệt 1,2x
Ethanol 12 180 Thô 14–16 4,000–5.500 Ổn định 2,5 lần
Khóa liên động cơ khí để bám dính
Bề mặt bên trong của vỏ bọc PFA (đối diện với lõi kim loại) cũng được hưởng lợi từ việc làm nhám. Phun cát lõi kim loại đến Ra 2–4 ​​µm trước khi ép đùn PFA sẽ tạo ra khóa liên động cơ học. PFA tự neo bằng cách chảy vào các cường độ bề mặt. Chất lỏng có thể giãn nở PFA một cách vừa phải (tăng thể tích 0,5–2%) trong dung môi hữu cơ áp suất cao. Dưới áp lực trương nở, bề mặt nhẵn (Ra < 0,5 µm) có thể bị bong ra. Do PFA bị khóa bên trong các hốc nên độ bám dính được duy trì ở bề mặt gồ ghề (Ra > 2 µm). Để có được độ tin cậy lâu dài,{13}}điều này là cần thiết.

Để có được kết quả tốt nhất, hãy chỉ ra:

Được phun cát đến Ra 1,0–1,5 µm ở mặt ngoài (để tạo mầm bong bóng)

Được phun cát đến Ra 2,5–4,0 µm (để bám dính) trên bề mặt bên trong (lõi kim loại)

Bề mặt lõi kim loại: Được khắc hóa học sau quá trình phun cát để loại bỏ các hạt rời rạc và tạo ra độ xốp-nano

Khi bề mặt nhẵn tốt hơn
Bề mặt PFA mịn vẫn được chọn cho:

Không{0}}sôi, làm nóng một pha: Không có bong bóng, do đó độ nhám chỉ làm tăng cặn bẩn.

Dịch vụ có độ tinh khiết-cao: Bề mặt gồ ghề tích tụ tạp chất và khó làm sạch hơn.

Chất lỏng kết tinh hoặc đóng cặn: Chất cặn dễ dính vào các bề mặt gồ ghề.

Dịch vụ áp suất-thấp (<2 bar) where boiling is not a problem.

Ví dụ trong lĩnh vực này
Một lò sưởi PFA trơn được sử dụng trong lò phản ứng dược phẩm để làm nóng toluene ở nhiệt độ 150 độ và 10 bar. Sau sáu tháng, lò sưởi bị va đập đáng kể và bốc hơi đột ngột, dẫn đến nhiệt độ dao động ±15 độ và nứt PFA. Một bộ gia nhiệt PFA được gia công nhám (bên ngoài Ra 1,3 µm, lõi Ra 3 µm) đã được lắp đặt trong nhà máy. Máy sưởi tồn tại được hơn ba năm, hiện tượng va đập biến mất và khả năng điều chỉnh nhiệt độ được cải thiện trong phạm vi ±2 độ. Chi phí của lò sưởi tăng thêm 100 USD do phun cát (phụ phí 15%). Nó được thanh toán trong hai tháng nhờ tiết kiệm được từ việc giảm thời gian ngừng hoạt động.

Kiểm tra và bảo trì
Đối với máy sưởi bị thô ráp khi sử dụng, hãy kiểm tra:

Bọt: cặn bị mắc kẹt trên bề mặt gồ ghề. Dùng bàn chải nhẹ và dung môi nhẹ để làm sạch; tránh sử dụng bất kỳ chất mài mòn nào có thể làm phẳng bề mặt.

Mòn bề mặt: Xói mòn có thể làm phẳng các đỉnh trong khoảng thời gian từ ba đến năm năm. Nếu Ra giảm xuống dưới 0,8 µm, hãy-phun cát lại hoặc thay thế.

Kiểm tra độ bám dính: Định kỳ đánh giá điện trở cách điện. Sự tách lớp ở bề mặt thô được biểu thị bằng sự sụt giảm, điều này không phổ biến.

Tóm lại, bề mặt nhám sẽ cải thiện độ bám dính và độ sôi.
Để nung nóng dung môi hữu cơ-áp suất cao (5–20 bar, 100–200 độ ), bộ gia nhiệt PFA có bề mặt phun cát nhám (Ra 1,0–1,5 µm) đánh bại bề mặt nhẵn 2–3× về khả năng sôi mầm ổn định, thông lượng nhiệt tới hạn cao hơn và khả năng chống va đập. Bề mặt bên ngoài gồ ghề cung cấp các vị trí tạo mầm bong bóng được điều chỉnh; bề mặt bên trong thô ráp giúp tăng cường khả năng bám dính chống lại sự sưng tấy do dung môi{10}}gây ra. Chỉ định PFA phun cát cho bất kỳ quá trình dung môi hữu cơ nào xảy ra hiện tượng sôi. Đối với dịch vụ không sôi, áp suất thấp hoặc độ tinh khiết cao, mịn vẫn là tốt nhất. Căn chỉnh bề mặt với nhiệm vụ. Những va chạm là cần thiết để đun sôi. Cát là cần thiết cho những va chạm. Chà nhám bề mặt, đun sôi đều đặn và để lâu. Rough có tính chất hữu cơ mạnh. Mịn thì trơn trượt - và trượt vào màng sôi. Chọn thô.