ECTFE は熱交換器用途の他のフッ素ポリマーとどう違うのですか?

PTFE、PFA、および PVDF がフッ素ポリマー熱交換器市場を支配していますが、ECTFE (エチレン クロロトリフルオロエチレン) は、研磨液を含む用途や、適度なコストで特性のバランスが必要な用途では検討に値する材料です。化学プロセスエンジニアおよび表面仕上げ専門家にとって、ECTFE熱交換器材質比較よく知られている-フッ素ポリマーと比較すると、機械的靱性、耐摩耗性、化学的適合性の独自の組み合わせが明らかになり、低コストの PVDF と高性能の PFA の間の重要なニッチを埋めることができます。-

ECTFEとは何ですか?

ECTFE はエチレンとクロロトリフルオロエチレンのコポリマーです。交互重合によって製造され、独特の特性プロファイルを備えた半結晶性フルオロポリマーが得られます。-この材料は商品名 Halar® (Solvay) で販売されており、ライニング、チューブ、熱交換器コンポーネント用にさまざまなグレードで入手可能です。過フッ素化ポリマー (PTFE、PFA、FEP) とは異なり、ECTFE には CH2 と CFCl 単位が交互に含まれており、優れた耐薬品性を維持しながら、より高い機械的強度と剛性が付与されます。

耐薬品性: 幅広いが普遍的ではない

ECTFE は、強鉱酸 (中程度の濃度および温度の塩酸、硫酸、硝酸)、苛性溶液 (水酸化ナトリウム、水酸化カリウム)、ハロゲン、および多くの有機溶媒を含む、広範囲の攻撃的な化学薬品に対して優れた耐性を示します。特に塩素や次亜塩素酸ナトリウムに対する優れた耐性が注目されており、廃水処理や消毒用途に適しています。

ただし、ECTFE は PTFE や PFA ほど普遍的に不活性ではありません。高温の強酸化性の酸（熱発煙硝酸など）にさらしたり、ケトン（アセトン、メチルエチルケトン）、エステル、エーテル、および特定の芳香族溶媒と接触したりすることはお勧めできません。このような条件下では、腫れや化学的攻撃が発生する可能性があります。このような攻撃的な有機物が関与する用途では、PTFE または PFA がより安全な選択肢となります。

実際、ECTFE の耐薬品性は PVDF (ポリフッ化ビニリデン) の耐薬品性に​​ほぼ匹敵しますが、強腐食性環境では優れた性能を発揮します。 PVDF は高温の濃縮苛性溶液中で劣化することが知られていますが、ECTFE は完全性を維持します。

耐摩耗性: 優れた機能

ECTFE の注目すべき特性は、PTFE、PFA、さらには PVDF と比較して優れた耐摩耗性であることです。 PTFE および PFA は化学的には不活性ですが、比較的柔らかく、浮遊固体、スラリー、または研磨粒子を含む流体にさらされると表面が摩耗しやすくなります。時間の経過とともに、チューブの壁が侵食され、プロセス流の薄化、漏れ、または汚染が生じる可能性があります。

ECTFE は、標準化されたスラリー侵食試験において、{0}通常 PTFE よりも 3～5 倍の大幅に高い耐摩耗性を示します。このため、以下を含む熱交換器用途に好ましいフッ素ポリマーとなります。

採掘スラリー (鉱石濃縮物、尾鉱、酸性排水)

砂、砂、または結晶化した塩を含む廃棄物の流れ

研磨触媒または沈殿固体を使用した化学プロセス

浮遊金属粒子を含む電解採取および電気めっき溶液

このような摩耗条件では、PTFE 熱交換器はチューブ壁の浸食により早期に故障する可能性がありますが、ECTFE ユニットは同等の化学的保護を提供し、耐用年数が大幅に長くなります。

機械的強度と靭性

ECTFE は、PTFE や PFA よりも高い引張強度、曲げ弾性率、耐衝撃性を示します。典型的な機械的特性には次のものがあります。

引張強さ: ~45 ～ 55 MPa (PTFE/PFA の ~25 ～ 35 MPa と比較)

破断伸び: ~200 ～ 300% (延性)

曲げ弾性率: ~1,200 ～ 1,400 MPa (PTFE より硬い)

ノッチ付きアイゾット衝撃強度：破損なし（非常に強靭）

この機械的強度により、ECTFE 熱交換器チューブはより高い内圧に耐え、振動による疲労に耐え、設置やメンテナンス中の機械的酷使に耐えることができます。{0}}また、材料の剛性により、チューブ間隔が狭い直管やシェル-および-チューブ熱交換器の製造が容易になり、熱伝達密度が向上します。

温度制限: 中間点

ECTFE の連続使用温度は、熱交換器使用時で約 150 度 (302 度 F) です。これは、PTFE の一般的な 110 度の制限よりも大幅に高く、PVDF (通常は約 140 度の定格) と同等かわずかに上です。 PFA は 260 度の連続評価で依然としてリーダーです。

ECTFE は 150 度の制限により、次のような多くの中程度に高温の化学プロセスに適しています。

高温苛性洗浄回路 (CIP システム)

高温の金属仕上げ浴 (例: 80 ～ 90 度のニッケルメッキ)

150度以下の産業排水からの廃熱回収

スチーム トレースまたは低圧蒸気アプリケーション（約 130 度の飽和蒸気）-

121 度での滅菌が必要なプロセス（オートクレーブまたはその場での蒸気滅菌）では、ECTFE が確実に機能します。 150 度を超えると、PFA またはその他のより高温のフッ素ポリマーが必要になります。-

コストの位置付け

ECTFE は一般に PFA よりも安価で、多くの場合 1.5 ～ 2 倍です。そのコストは、グレード、容量、チューブの寸法に応じて、PTFE と同等か、PTFE よりわずかに高くなります。 PVDF は、ここで検討したフッ素ポリマーの中で最も低コストのフッ素ポリマーです。-

ECTFE のコストパフォーマンスのバランスは、PFA の極端な温度耐性が不要であり、PTFE の耐摩耗性が不十分な用途にとって特に魅力的です。{0}このような場合、PTFE よりも ECTFE の増分コストは、耐用年数の延長とメンテナンスのダウンタイムの削減によって正当化されます。

加工性と溶接性

ECTFE は溶融加工が可能なため、従来の熱可塑性プラスチックの押出成形や射出成形が可能です。{0}高温ガスまたは突合せ溶融技術を使用して熱溶接できるため、大型または複雑な熱交換器の形状を製造できます。- ECTFE の溶接継手は強度が高く、母材と同様の耐薬品性を保持します。

これは、溶融加工や溶接ができない PTFE とは対照的です。{0} PTFE 熱交換器は通常、機械的な接合部 (フランジ、ガスケット) に依存するか、接合のために特殊な焼結プロセスを必要とします。 PFA は溶融加工可能ですが、より高い加工温度とより高価な装置が必要です。{3}}

比較表: 熱交換器チューブ用フッ素ポリマー

ECTFE 熱交換器の一般的な用途

摩耗条件が厳しい用途や機械的堅牢性が必要な用途では、ECTFE 熱交換器は魅力的な特性のバランスを提供します。一般的な展開には次のものが含まれます。

採掘および鉱物加工: 砂や岩石の微粒子により PTFE チューブの急速な摩耗が生じる酸性スラリー (銅浸出溶液、ウラン抽出) の加熱または冷却。

廃水処理: 砂、懸濁物質、または強力な消毒剤 (塩素、次亜塩素酸塩) を含む流出流からの熱回収。

金属仕上げ: 浴の乱流や部品の動きにより研磨粒子が混入するアルカリ性洗浄剤、酸性浸漬、めっき浴の加熱。

化学処理: 苛性塩素回路、ブライン溶液、またはハロゲン化中間体を含むプロセスの熱交換。

医薬品中間体の製造：適度な温度と耐溶剤性が要求されるが、PTFE の耐摩耗性が不十分な場合。

ECTFE の制限と回避すべき場合

ECTFE はあらゆる用途に適しているわけではありません。プロセスストリームに以下が含まれる場合、その材料は避けるべきです。

Strong oxidizing acids at elevated temperatures (e.g., >80度濃硝酸）

ケトン（アセトン、MEK）またはエステル（酢酸エチル）

エーテル (THF、ジオキサン) または芳香族溶媒 (トルエン、キシレン)

High-temperature (>150 度 ) 低圧以上の流体または蒸気

このような環境では、PFA または PTFE が依然として必要です。逆に、低温、-、非研磨性、攻撃性の低い流体の場合、PVDF は低コストで適切な性能を提供する可能性があります。

結論

ECTFE は、特殊な熱交換器用途に耐摩耗性、機械的強度、化学的適合性の独自の組み合わせを提供します。 PVDF と PFA の間のギャップを埋め、PTFE よりも高い耐熱性、優れた機械的靭性、および摩耗に対する優れた耐性を提供します。過フッ素化ポリマーほど普遍的に不活性ではありませんが、苛性、塩素、弱酸性の環境におけるパフォーマンスは優れています。フッ素ポリマー-PTFE、PFA、PVDF、ECTFE-のフルパレットにより、各プロセスの特定の化学的、熱的、機械的要求に合わせて材料選択を微調整できます。-スラリー、浮遊物質、または機械的ストレスを伴うアプリケーションの場合、ECTFE熱交換器材質比較多くの場合、コスト、耐久性、耐薬品性のバランスを考慮した最適な選択肢として ECTFE が挙げられます。