化学プラントでは、85 度の 25% 水酸化ナトリウム槽内の PTFE 浸漬ヒーターを交換する必要がありました。既存のヒーターは、使用開始からわずか 5 か月で故障しました。-PTFE が膨れを起こし、加熱部分全体に亀裂が生じました。プラントの保守チームは、ヒーターが任務に対して小さすぎて、高すぎるワット密度で動作しているのではないかと疑った。
高温濃縮苛性剤は、PTFE 浸漬ヒーターにとって最も要求の厳しい化学薬品の 1 つです。 85 度、濃度 25% では、苛性剤は脱フッ素化によってポリマー表面を攻撃します。攻撃速度は表面温度に依存します。高ワット密度で動作するヒーターは表面温度が高く、劣化が早くなります。
85 度で 25% の苛性アルカリに大きな表面積が必要な理由
85 度、25% 苛性アルカリ中での PTFE 浸漬ヒーターの安全なワット密度は 0.6 ～ 0.8 W/cm² です。その範囲を超えると、表面温度がポリマーの安全限界を超え、脱フッ素速度が加速します。
ワット密度が低いということは、特定のワット数に対して大きな表面積が必要であることを意味します。 0.7 W/cm2 で 5 kW の負荷の場合、必要な表面積は 7,143 cm2 です。設置面積 500 mm × 700 mm の片面ヒーターは、必要な面積の半分にすぎない 3,500 cm²-を提供します。両面ヒーターは要件に近い 7,000 cm² を供給します。
| ワット数 | 安全なワット密度 | 必要な表面積 | 片面-の設置面積 | 両面設置面積- |
|---|---|---|---|---|
| 3kW | 0.7W/cm2 | 4,286平方センチメートル | 500×857mm | 500×429mm |
| 4kW | 0.7W/cm2 | 5,714平方センチメートル | 500×1,143mm | 500×571mm |
| 5kW | 0.7W/cm2 | 7,143平方センチメートル | 600×1,190mm | 600×595mm |
| 6kW | 0.7W/cm2 | 8,571平方センチメートル | 600×1,429mm | 600×714mm |
| 8kW | 0.7W/cm2 | 11,429平方センチメートル | 800×1,429mm | 800×714mm |
85 度で 25% 苛性アルカリの表面積と設置面積の要件
苛性サービスの温度上限
表面温度が制御変数です。バルク温度 85 度で 25% の苛性アルカリの場合、表面温度は 95 ～ 100 度を超えてはなりません。その範囲を超えると、脱フッ素速度が加速し、PTFE が急速に劣化します。
表面温度を 100 度未満に保つには、適度に撹拌した浴中でワット密度を 0.6 ～ 0.8 W/cm2 に制限する必要があります。低流量ゾーンでは、制限は 0.5～0.6 W/cm² に低下します。-
必要な表面積の計算
表面積の要件は、ワット数とワット密度によって異なります。 0.7 W/cm2 で 5 kW の負荷の場合、必要な表面積は 7,143 cm2 です。設置面積が 600 mm × 595 mm の両面ヒーターは、7,140 cm²-で十分な広さを提供します。-
タンクに 600 × 595 mm の両面ヒーターを設置できない場合は、タンクの周囲に複数の小型ヒーターを分散させて、低ワット密度を維持しながら必要な表面積を確保できます。
高温苛性サービスの実際の仕様手順
苛性アルカリの濃度と温度から始めます。濃度と温度が高くなるほど、必要なワット密度は低くなります。 85 度の 25% 苛性アルカリの場合、ワット密度は 0.7 W/cm2 を超えてはなりません。
ヒーターの設置場所での実際の流量条件からワット密度を選択します。適度に撹拌された浴では、0.7 W/cm2 が適切です。低流量ゾーンでは、0.5～0.6 W/cm² に軽減します。-
ワット数とワット密度から必要な表面積を計算します。 0.7 W/cm2 での 5 kW のデューティには 7,143 cm2 が必要です。単一のヒーターではタンク内にその領域を提供できない場合は、周囲に複数のヒーターを配置することを検討してください。
ヒーターの表面温度が 100 度以下に保たれていることを確認してください。計算された表面温度がその制限を超える場合は、ワット密度をさらに下げるか、ヒーター表面の流れを改善します。
| 苛性濃度 | 温度 | 安全なワット密度 | 5kWの表面積 | 予想耐用年数 |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60度 | 1.2～1.5W/cm2 | 3,333～4,167cm² | 4～6年 |
| 15% | 70度 | 1.0～1.2W/cm2 | 4,167～5,000平方センチメートル | 2～4年 |
| 20% | 80度 | 0.8～1.0W/cm2 | 5,000～6,250cm² | 18～30か月 |
| 25% | 85度 | 0.6～0.8W/cm2 | 6,250～8,333cm² | 12 ～ 24 か月 |
| 30% | 90度 | 0.5～0.7 W/cm2 | 7,143～10,000平方センチメートル | 8～18か月 |
苛性サービスの安全なワット密度と表面積の要件
標準ヒーターでは必要な表面積を確保できない場合
高ワット数の要件があり、周辺スペースが限られている高温濃縮苛性タンクでは、多くの場合、化学が要求する低ワット密度の標準 PTFE 浸漬ヒーターを収容できません。広い表面積、低いワット密度、流れを最適化した位置を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、表面積不足の根本原因に対処します。{1}}仕様プロセスでは、苛性物質の濃度、動作温度、タンクの寸法、流量条件、および必要なワット数が必要です。高温苛性浴を備えた施設の場合、この用途固有のアプローチによりコーティングの劣化が軽減され、ヒーターの耐用年数が延長されます。{4}}
