Com afecten els dissolvents basats en bio-la selecció de material per a les juntes d'intercanviador de fluoropolímers?

Els intercanviadors de calor que gestionen dissolvents més ecològics i derivats{0}}de bio{0}}han de canviar juntament amb la indústria química. Tot i que presenta una interacció una mica diferent amb les juntes elastomèriques que segellen un intercanviador de fluoropolímer, un substitut del toluè, el tetrahidrofurà o el diclorometà pot proporcionar un rendiment del procés comparable. La duresa de la junta, la inflació i la força de segellat-a llarg termini es poden veure afectades fins i tot per petits canvis en l'afinitat del dissolvent.

Verificar si els materials de segellat tradicionalment fiables encara són compatibles amb la nova generació de dissolvents renovables és un nou repte d'enginyeria provocat pel canvi cap a la química sostenible.

L'augment de la importància de la selecció de juntes d'intercanviador de fluoropolímers amb compatibilitat amb dissolvents de base bio reflecteix l'ampli impuls de la indústria cap a productes químics de procés de baixa-toxicitat i bio-derivats.

Per què els dissolvents basats en bio{0}}es comporten de manera diferent
Molts dissolvents sostenibles contemporanis estan fets per funcionar de manera similar als dissolvents petroquímics tradicionals, alhora que tenen menys efectes adversos sobre el medi ambient o són verinosos.

Els exemples consisteixen en:

2-MeTHF o metiltetrahidrofuran

Ciclopentil metil èter (CPME)

Lactat etil

Carbonat dimetil

Èsters generats a partir de biomassa

Dissolvents a base de terpens

Malgrat que aquests materials es poden substituir directament en els processos actuals, les seves estructures moleculars sovint difereixen de les dels dissolvents que substitueixen.

La compatibilitat de les juntes està influenciada per una sèrie de propietats químiques:

Polaritat de les molècules

Química de grups funcionals

Difusió de dissolvents

Dimensions moleculars

Comportament dels ponts d'hidrogen

Aquestes variacions poden afectar la penetració del dissolvent o la interacció amb els materials de segellat elastomèrics.

En ser un producte químic, un dissolvent verd encara s'ha de contenir de manera consistent a l'intercanviador.

Els motius pels quals les juntes són més perilloses que el PTFE
Les principals superfícies mullades dels intercanviadors de calor de fluoropolímers solen estar fetes de PTFE o fluoropolímers similars. En general, el PTFE encara és resistent a gairebé tots els dissolvents orgànics i productes químics durs.

Els sistemes de juntes, però, són més complexos.

Molts conjunts de juntes d'intercanviador combinen diferents materials, com ara:

Juntes per a sobres de PTFE

Nuclis de vitó

Elastòmers fets d'EPDM

Suports de silicona

Farcits de PTFE que s'expandeixen

La capa exterior de PTFE pot proporcionar blindatge químic, però el nucli elastomèric interior encara controla la compressibilitat i la resistència del segellat.

Amb el pas del temps, l'elastòmer de sota es pot inflar, suavitzar, encongir o endurir-se si les molècules de dissolvent es filtren a través de petits defectes, costures o superfícies exposades.

L'impacte de la inflació del dissolvent en el rendiment de la junta
Quan les molècules de dissolvent impregnen l'estructura de l'elastòmer i expandeixen físicament el material, es produeix una inflació de la junta.

La inflor moderada pot millorar inicialment la força de segellat, però l'absorció excessiva sovint genera dificultats importants-a llarg termini.

Els impactes potencials inclouen:

Pèrdua de la força de compressió

Suavització del nucli de la junta

Deformació que és permanent

Extrusió-induïda per pressió

reducció de la retenció de la càrrega del cargol

Fuga del segell durant el cicle tèrmic

Per contra, alguns dissolvents poden extreure plastificants o additius dels elastòmers, provocant la contracció i la fragilitat en lloc d'inflar-se.

Qualsevol circumstància pot danyar la integritat del segellat.

Dificultats de Viton i EPDM en dissolvents basats en bio{0}}
A causa de la seva gran resistència química als hidrocarburs i als dissolvents clorats, els fluoroelastòmers com el Viton s'utilitzaven amb freqüència en els serveis de dissolvents tradicionals.

No obstant això, alguns dissolvents bio-derivats més recents tenen una química d'èsters o grups funcionals oxigenats que interaccionen amb les xarxes d'elastòmers de maneres inusuals.

Variabilitat en el rendiment de Viton
Històricament, les juntes d'embolcall de PTFE amb nuclis de Viton han mostrat un bon rendiment en una varietat de sistemes de dissolvents. Tanmateix, alguns dissolvents bio-poden suavitzar el component Viton amb més força del previst, especialment quan augmenta la polaritat o el contingut d'èsters.

Aquesta conducta podria donar lloc a:

Disminució de la duresa

Conjunt de compressió

Inflor

Inestabilitat del segell sota càrrega

Diferències de compatibilitat EPDM
L'EPDM pot reaccionar negativament amb alguns dissolvents orgànics, però normalment funciona bé en fluids polars i sistemes basats en aigua-.

A mesura que s'expandeix la química de dissolvents sostenibles, els supòsits de compatibilitat basats en dissolvents petroquímics convencionals es tornen menys fiables.

Prova de compatibilitat amb ASTM D471
ASTM D471 és el procediment estàndard de laboratori per avaluar la compatibilitat de cautxú i elastòmer.

Aquest mètode de prova analitza com canvia un material després d'una immersió controlada en un fluid químic.

Els criteris d'avaluació típics inclouen:

Augment de volum

Canvi de duresa

Variació de la resistència a la tracció

Canvi de pes

Degradació de l'aparença

Si un material de la junta s'infla o s'estova massa en un nou entorn de dissolvent, es pot determinar immediatament mitjançant una prova d'immersió senzilla.

Les proves ASTM D471 s'estan realitzant cada cop més per a materials que tenien dècades d'història de servei demostrada amb dissolvents més antics perquè molts dissolvents sostenibles són relativament nous per al processament industrial.

Consideracions sobre la penetració de PTFE
No obstant això, la permeació pot ocórrer en algunes circumstàncies, tot i que es pensa que el PTFE és químicament inert a pràcticament tots els dissolvents orgànics.

Particularment a altes temperatures o temps d'exposició prolongats, les molècules de dissolvent petites poden difondre lentament a través d'estructures de fluoropolímer.

El PTFE en si no sempre es veu perjudicat per la permeació, tot i que pot permetre la interacció del dissolvent amb:

Nuclis de juntes a l'interior

capes de reforç

Materials secundaris per al segellat

Per tant, fins i tot quan les superfícies de PTFE semblen impermeables químicament, la compatibilitat completa del conjunt de la junta continua sent crucial.

La necessitat de canviar les bases de dades de compatibilitat
Dècades d'experiència amb dissolvents petroquímics tradicionals van portar al desenvolupament de nombroses taules de compatibilitat química publicades.

La química de dissolvents sostenible està creixent ara més ràpidament que algunes de les bases de dades de referència actuals.

Les famílies de nous dissolvents sovint no tenen:

Dades sobre-envelliment a llarg termini

Estudis sobre la permeació

Registres de compatibilitat amb altes-temperaturas

Resultats de l'exposició-de dissolvents mixts

Validació del cicle tèrmic

Això vol dir que, en lloc de dependre només de les suposicions anteriors, els fabricants d'intercanviadors i els usuaris finals ara tenen una necessitat addicional de confirmar la compatibilitat mitjançant l'experimentació.

Durant la certificació del procés i l'especificació de l'equip, la documentació de compatibilitat certificada és cada cop més crucial.

Tendències en la selecció de materials d'intercanviador de fluoropolímers
La resposta industrial al desenvolupament de la química de dissolvents ja està influint en els plans de materials de juntes.

Apareixen diverses tendències:

Augment de l'ús de juntes completament encapsulades
Els sistemes de dissolvents més agressius estan impulsant l'interès en dissenys de juntes de PTFE totalment encapsulats que redueixen l'exposició als elastòmers.

Augment de la validació al laboratori
En comptes d'utilitzar dissolvents de referència d'un sol -component per a proves de compatibilitat química, cada cop s'utilitzen mescles de processos reals.

Mescles d'elastòmers a mida
Els proveïdors de juntes estan creant compostos de fluoroelastòmer i EPDM modificats dissenyats per a la resistència als dissolvents renovables.

Requisits de qualificació de proveïdors més estrictes
Els usuaris finals demanen cada cop més:

Dades ASTM D471

Estudis-d'immersió a llarg termini

Validació de l'envelliment tèrmic

Resultats de les proves de permeabilitat

El focus està passant de les suposicions genèriques de compatibilitat cap a la validació-específica de l'aplicació.

L'efecte més ampli sobre el disseny d'equips de procés
El debat sobre la selecció de juntes de l'intercanviador de fluoropolímers per a la compatibilitat amb dissolvents bio-s reflecteix un canvi més ampli que s'està produint a la indústria de processament químic.

Els materials dels equips sempre han de canviar a mesura que la química sostenible avança cap a:

Característiques de polaritat dels nous dissolvents

Modificació del comportament d'extracció

Diverses característiques de permeació

Noves exigències d'estabilitat tèrmica

Fins i tot les petites alteracions de la química del procés poden provocar interaccions imprevistes amb segells, recobriments, mànegues i components de l'intercanviador.

Els intercanviadors de fluoropolímers no són els únics sistemes que s'enfronten a aquesta dificultat, però sovint funcionen en condicions dures on fins i tot defectes de segellat menors poden ser fatals.

En conclusió
La transició cap a dissolvents bio-marca un assoliment important en el processament químic sostenible, però també comporta nous problemes de compatibilitat de materials per a les juntes d'intercanviador de calor de fluoropolímer. Tot i que el PTFE en si és molt resistent a la majoria de dissolvents orgànics, els nuclis de juntes elastomèriques com Viton i EPDM poden respondre de manera diferent als dissolvents renovables amb canvis de polaritat i estructura molecular.

Les proves d'immersió ASTM D471 són cada cop més crucials per confirmar el rendiment de les juntes amb dissolvents sostenibles actuals, especialment a mesura que les bases de dades de compatibilitat continuen posant-se al dia amb l'espectre creixent d'alternatives de química verda.

El rendiment de segellat fiable ara depèn d'una atenció més gran a la validació del material, el comportament de la permeació i la interacció a llarg-dissolvent.

Cada canvi en la química del procés en el processament químic requereix, finalment, una verificació meticulosa dels elements que se suposa que el contenen.