Untuk Pemanas Selubung PFA (Perfluoroalkoxy) yang Digunakan untuk Mempertahankan 160 derajat dalam Larutan Asam Sulfat 70% pada Tekanan 2 Bar, Berapa Ketebalan Dinding Maksimum yang Diijinkan untuk Mencegah Degradasi Termal Polimer pada Antarmuka Kawat Resistensi?

Pemanas selubung PFA (perfluoroalkoxy) harus dirancang untuk 70 % asam sulfat pada tekanan 160 derajat dan 2 bar sehingga suhu pada antarmuka ke kawat resistansi tetap di bawah suhu layanan kontinu polimer sebesar 260 derajat. Penurunan suhu pada dinding PFA diberikan oleh persamaan ΔT=(q × t) / k, di mana q adalah fluks panas (W/m²), t adalah ketebalan dinding (m), dan k adalah konduktivitas termal PFA (0,25 W/m·K). Untuk kepadatan daya tipikal 8 W/cm2 (80000 W/m2) dan suhu asam curah 160 derajat, ketebalan dinding tertinggi yang diizinkan untuk memastikan suhu kawat<260°C is 0.31 mm. If the walls are made thicker, the wire interface would be above 260°C, at which point the polymer will soften and degrade

Mekanisme dekomposisi termal selubung PFA

Panas yang dihasilkan oleh kawat resistansi harus mengalir melalui dinding PFA menuju asam. T_wire=T_acid + ΔT adalah suhu pada antarmuka kawat PFA mulai melunak pada 260 derajat dan mulai menurun di atas 300 derajat. Untuk keandalan jangka panjang, suhu antarmuka kawat tidak boleh melebihi 260 derajat. Fluks panas q dinyatakan dalam rapat daya (W/cm2) dan merupakan fungsi dari peringkat daya pemanas dan luas permukaan.

Suhu Kawat Vs Ketebalan Dinding Kuantitatif

Pada 160 derajat , rapat daya 8 W/cm² (80.000 W/m²) untuk 70% H₂SO₄:

Ketebalan Dinding (mm) ΔT Di Seluruh PFA ( derajat ) Suhu Kawat ( derajat ) Kondisi PFA 0.15 48 208 Aman 0.20 64 224 Aman 0.25 80 240 Aman 0.31 100 260 Maksimum yang diijinkan 0.35 112 272 Degradasi dimulai 0.40 128 288 Pelunakan 0.50 160 320Kerusakan parah pada
Ketebalan Dinding Maksimum yang Diijinkan pada Berbagai Kepadatan Daya

Tabel berikut menunjukkan ketebalan dinding maksimum yang diperbolehkan untuk pemanas selubung PFA dalam 70% H2SO4 pada 160 derajat sebagai fungsi rapat daya.

Kepadatan Daya (W/cm2) ΔT per mm ketebalan (derajat /mm)Ketebalan Dinding Maks untuk T_wire<260°C (mm) 5 20 0.5
6 24 0.42 7 28 0.36 8 32 0.31 9 36 0.28 10 40 0.25 12 48 0.21
Pertimbangan Rekayasa 1.

Ketebalan dinding juga harus mampu menahan tekanan internal 2 bar (jika pemanas berbentuk tabung) dan menangani beban serta memberikan kekuatan mekanik yang diperlukan. Untuk tekanan yang lebih tinggi dari 1 bar, direkomendasikan dinding minimum 0,3 mm, terlepas dari perhitungan termal. Untuk aplikasi ini (2 batang) ketebalan dinding 0,3 – 0,35 mm merupakan kompromi antara persyaratan termal dan mekanis. Jika dinding lebih tebal, kepadatan daya perlu dikurangi atau ditambahkan penyebar panas.

Metode Lainnya

Jika ketebalan dinding yang diperlukan untuk integritas mekanis melebihi batas termal, desain dapat diubah dengan:

Mengurangi kepadatan daya (pemanas berdiameter lebih panjang atau lebih besar)

Menggunakan bahan yang lebih konduktif terhadap panas (PEEK memiliki k=0.32 W/m·K, sedikit lebih baik)

Memasukkan penyebar panas logam ke dalam selubung PFA

Menggunakan polimer bersuhu lebih tinggi (tidak ada yang tersedia untuk lingkungan kimia di atas 260 derajat)

Spesifikasi yang Diinformasikan dengan Baik

Untuk menjaga kontak kawat di bawah 260 derajat, ketebalan dinding maksimum pemanas selubung PFA dengan rapat daya 8 W/cm2 dalam asam sulfat 70% pada 160 derajat dan tekanan 2 bar adalah 0,31 mm. Untuk menjamin keandalan mekanis, lapisan penguat harus digunakan atau kepadatan daya harus dikurangi menjadi 6 W/cm², yang memungkinkan ketebalan dinding 0,42 mm. Insinyur mengontrol ketebalan dinding dan kepadatan daya untuk menghindari degradasi panas PFA pada antarmuka dengan kawat resistansi.