কিভাবে একটি PTFE এক্সচেঞ্জারের ফাউলিং ফ্যাক্টর টিউবের পৃষ্ঠের রুক্ষতার সাথে পরিবর্তিত হয়?

টিউব প্রাচীরের ন্যানোস্কেল রুক্ষতা হিট এক্সচেঞ্জারগুলিতে ফাউলিংয়ের বিরুদ্ধে যুদ্ধে একটি গুরুত্বপূর্ণ যুদ্ধক্ষেত্র। একটি রুক্ষ পৃষ্ঠ হল চূড়া এবং উপত্যকার একটি ল্যান্ডস্কেপ, যা স্কেল ক্রিস্টাল এবং স্টিকি বায়োফিল্মগুলিকে আঁকড়ে ধরার জন্য এক মিলিয়ন ক্ষুদ্র, সুরক্ষিত বিন্দু প্রদান করে। একটি পালিশ করা, আয়না সমতল পৃষ্ঠ, তুলনা করে, অনেক কম পায়ের জায়গা প্রদান করে। সুতরাং ফাউলিং ফ্যাক্টর, এই অনিবার্য নোংরামির জন্য ডিজাইনার দ্বারা নিক্ষিপ্ত একটি তাপীয় শাস্তি, টিউবের প্রাথমিক পৃষ্ঠের রুক্ষতার জন্য সংবেদনশীল। কিন্তু PTFE এর সাথে কাজ করার সময়, সমস্ত টিউব ইতিমধ্যেই খুব পিচ্ছিল।

কাগজটি ধাতব টিউবের তুলনায় বিভিন্ন ফাউলিং ফ্যাক্টর এবং PTFE টিউবের পৃষ্ঠের রুক্ষতার মধ্যে সম্পর্ক নিয়ে আলোচনা করে এবং কেন PTFE এর অন্তর্নিহিত মসৃণতা পলিশিংকে অপ্রয়োজনীয় করে তোলে।

ফাউলিং ফ্যাক্টর বোঝা
ফাউলিং ফ্যাক্টর মানে কি
ফাউলিং ফ্যাক্টর (সাধারণত হিট এক্সচেঞ্জার ডিজাইনে ��Rf হিসেবে উপস্থাপিত হয়) একটি অতিরিক্ত তাপীয় প্রতিরোধ ক্ষমতা যা সামগ্রিক তাপ স্থানান্তর গণনার জন্য ব্যবহৃত হয় তাপ স্থানান্তর পৃষ্ঠে জমার প্রগতিশীল বিকাশের জন্য। এই আমানতগুলি - স্কেল, পলল, জৈবিক বিকাশ, বা রাসায়নিক বিক্রিয়ার পণ্যগুলি - নিরোধকের একটি অতিরিক্ত স্তর তৈরি করে যা সময়ের সাথে সাথে এক্সচেঞ্জারের কার্যকারিতা হ্রাস করে। ফাউলিং ফ্যাক্টরটি m 2 K/W এর এককে দেওয়া হয় এবং নকশার সামগ্রিক তাপ স্থানান্তর সহগ (U-মান) এ পৌঁছানোর জন্য অন্যান্য তাপীয় প্রতিরোধের (টিউব ওয়াল, ফ্লুইড ফিল্ম) যোগফলের সাথে যোগ করা হয়।

ডিজাইনের মান যেমন টিউবুলার এক্সচেঞ্জার ম্যানুফ্যাকচারার্স অ্যাসোসিয়েশন (TEMA) দ্বারা প্রকাশিত বিভিন্ন তরল এবং টিউব উপাদানগুলির জন্য ফাউলিং কারণগুলি নির্দিষ্ট করে৷ এই নির্দেশিকাগুলি ধাতব টিউব (কার্বন স্টিল, স্টেইনলেস স্টিল, অ্যাডমিরালটি ব্রাস, ইত্যাদি) নিয়ে কয়েক দশকের শিল্প অভিজ্ঞতার ফলাফল। যদি এটি জানা যায় যে টিউব পৃষ্ঠ আমানত আনুগত্য প্রচার করে, তাহলে প্রদত্ত তরল এবং পরিষেবার জন্য একটি বৃহত্তর ফাউলিং ফ্যাক্টর প্রয়োগ করা হয়।

ফাউলিংয়ের উপর পৃষ্ঠের রুক্ষতার প্রভাব
ফাউলিং পৃষ্ঠের রুক্ষতার উপর নির্ভর করে, কারণ এটি ব্যাপকভাবে পরিচিত। একটি রুক্ষ পৃষ্ঠ:

আমানতের নিউক্লিয়েশনের জন্য কার্যকর এলাকা বৃদ্ধি করে

নোঙ্গর করার জন্য স্ফটিক বা বায়োফিল্মগুলির জন্য যান্ত্রিক ইন্টারলকিং অবস্থান।

ভূপৃষ্ঠের খাদের মধ্যে স্থির অঞ্চল তৈরি করে যেখানে স্থানীয় সুপারস্যাচুরেশন এবং মাইক্রোবায়োলজিকাল বৃদ্ধি বিকাশ করতে পারে।

আমানতগুলি মূল প্রবাহ থেকে রক্ষা করা রিসেসেসগুলিতে লুকিয়ে থাকে, যার ফলে তরল প্রবাহ দ্বারা আমানতের শিয়ার অপসারণের গতি কমে যায়।

অতএব, একটি প্রদত্ত তরল এবং প্রবাহ বেগের জন্য, একটি নিম্ন (মসৃণ) পৃষ্ঠের রুক্ষতা সহ একটি টিউব কম ফাউলিং হার এবং নিম্ন ভারসাম্য ফাউলিং প্রতিরোধের প্রবণতা রাখে। এটি উভয় ধাতু এবং পলিমার টিউবের জন্য বৈধ।

PTFE এর প্রাকৃতিক পৃষ্ঠের রুক্ষতা
যেমন-এক্সট্রুডেড PTFE টিউবিং: শুরু থেকে মসৃণ
পিটিএফই টিউবিং সাধারণত এক্সট্রুশন দ্বারা বা বিলেট থেকে স্কাইভিং (পিলিং) দ্বারা উত্পাদিত হয়। ফলস্বরূপ পৃষ্ঠটি স্বাভাবিকভাবেই খুব মসৃণ। সাধারণ গড় পৃষ্ঠের রুক্ষতা (Ra) মানগুলি -এক্সট্রুডেড PTFE হিসাবে নিম্নরূপ:

স্ট্যান্ডার্ড এক্সট্রুডেড PTFE টিউবিং Ra=0.2 – 0.5 মাইক্রোমিটার (µm)

স্কিভড PTFE টিউব: Ra=0.4 – 0.8 µm (কাটিং পদ্ধতির কারণে কিছুটা রুক্ষ)

তুলনা করার জন্য হিট এক্সচেঞ্জার ডিউটিতে ব্যবহৃত সাধারণ ধাতব টিউবগুলির পৃষ্ঠের রুক্ষতা হল:

বিজোড় স্টেইনলেস স্টীল টিউব (আঁকা হিসাবে) Ra=0.8 – 1.5 µm

বিজোড় কার্বন ইস্পাত টিউব (যেমন-আঁকা): Ra=1.0-2.5 µm

ইস্পাত পাইপ, ঢালাই করা, অভ্যন্তরীণ পরিষ্কার করা: Ra=2.0 – 5.0 µm (বা বড়)

স্টেইনলেস স্টীল টিউব যান্ত্রিকভাবে পালিশ করা, Ra=0.1 - 0.3 µm (ব্যয়বহুল সমাপ্তির পরে)

এইভাবে, এমনকি একটি-এক্সট্রুডেড পিটিএফই টিউবেরও সাধারণত পৃষ্ঠের রুক্ষতা থাকে যা একটি পালিশ করা ধাতব টিউবের সাথে তুলনীয়। PTFE একটি গ্লাস-মসৃণ ত্বক দিয়ে জীবন শুরু করে যা ইতিমধ্যেই সবচেয়ে রুক্ষ, সবচেয়ে পিটযুক্ত ধাতব পৃষ্ঠের বিরুদ্ধে ফাউলিং যুদ্ধে কয়েক দশক এগিয়ে রয়েছে।

PTFE এর পলিশিং বিকল্প
PTFE আরও যান্ত্রিকভাবে পালিশ করা যেতে পারে (সূক্ষ্ম ঘষিয়া তুলিয়া ফেলিতে সক্ষম) বা ফ্লেম পলিশিং (একটি মসৃণ ফিনিশের জন্য পৃষ্ঠকে গলে)। একটি PTFE টিউবের Ra কে 0.05 - 0.1 µm পর্যন্ত পালিশ করা যেতে পারে। তবে এই কৌশলটি ব্যয় যোগ করে এবং টিউব মাত্রিক সহনশীলতাকে প্রভাবিত করতে পারে। উপরন্তু, PTFE পালিশ করার ক্ষেত্রে খুব কম ব্যবহারিক সুবিধা আছে কারণ প্রারম্ভিক পৃষ্ঠটি ইতিমধ্যেই এত মসৃণ যে ফাউলিংয়ে প্রান্তিক উন্নতি তুলনামূলকভাবে কম।

ফাউলিং ফ্যাক্টরের উপর PTFE পৃষ্ঠের রুক্ষতার প্রভাব
স্ট্যান্ডার্ড এবং পালিশ PTFE মধ্যে ক্ষুদ্র পার্থক্য
একটি নির্দিষ্ট প্রক্রিয়ার তরল এবং অপারেটিং অবস্থার জন্য, একটি PTFE টিউবকে Ra=0.4 µm থেকে Ra=0.1 µm পর্যন্ত পালিশ করার মাধ্যমে অর্জিত ফাউলিং ফ্যাক্টর হ্রাস সাধারণত ন্যূনতম হয়, প্রায়ই সামগ্রিক ফাউলিং প্রতিরোধের 5-10% এরও কম। এর কারণ হল সাধারণ PTFE পৃষ্ঠে ফাউলিংয়ের হার ইতিমধ্যেই বেশ কম। অন্যান্য আমানতগুলি সাধারণত রাসায়নিকভাবে আবদ্ধ বা সুপারস্যাচুরেটেড তরল থেকে গঠিত যেখানে রুক্ষতার পরিবর্তে পৃষ্ঠের শক্তি আনুগত্য চালায়।

বেশিরভাগ এক্সচেঞ্জার ডিজাইনে একটি প্রচলিত PTFE টিউব এবং একটি পালিশের মধ্যে প্রয়োজনীয় ফাউলিং ভাতার পার্থক্য এতটাই ছোট যে হিসাবের নিরাপত্তা মার্জিনের মধ্যে পড়ে। তাই, শুধুমাত্র ফাউলিং ব্যবস্থাপনার জন্য শিল্প অনুশীলনে পালিশ করা PTFE টিউবগুলি খুব কমই নির্দিষ্ট করা হয়। স্ট্যান্ডার্ড এক্সট্রুডেড PTFE টিউবগুলি সাধারণত যথেষ্ট মসৃণ বলে মনে করা হয়।

অনেক বড় পার্থক্য: PTFE বনাম ধাতু
ফাউলিং পারফরম্যান্সের বড় বৃদ্ধি স্বাভাবিক এবং পালিশ করা পিটিএফই-এর মধ্যে নয়, তবে কোনও পিটিএফই টিউব এবং কোনও ধাতব টিউবের মধ্যে। একটি সাধারণ জলীয় পরিষেবার জন্য যেখানে ক্যালসিয়াম কার্বনেট স্কেল তৈরি হয়, কার্বন ইস্পাত টিউবের জন্য TEMA দ্বারা পরামর্শ দেওয়া ফাউলিং ফ্যাক্টর হতে পারে 0.00035 m 2 K/W (বিশুদ্ধ নদীর জলের জন্য) থেকে 0.00088 m 2 K/W (কুলিং টাওয়ারের জলের জন্য)। 0.00009 - 0.00018 m2·K/W এর একটি ডিজাইন ফাউলিং ফ্যাক্টর যদিও PTFE টিউবের জন্য প্রায়শই ব্যবহৃত হয় তবে ফ্লুরোপলিমারগুলি বিশেষভাবে TEMA-তে তালিকাভুক্ত নয়। এই 50-80% হ্রাস দুটি কারণের সম্মিলিত প্রভাবের কারণে ঘটে:

অতি-নিম্ন পৃষ্ঠের রুক্ষতা - PTFE-তে আমানত রাখার জন্য কোনও ফিসার বা অ্যাস্পেরিট নেই৷

খুব কম পৃষ্ঠ শক্তি - PTFE নন-স্টিক। আমানত খুব কম আঠালো শক্তি আছে এবং সহজে তরল শিয়ার সঙ্গে দূর করা যেতে পারে.

দ্বিতীয় ফ্যাক্টর, পৃষ্ঠ শক্তি, সাধারণত একা রুক্ষতার চেয়ে বেশি প্রাসঙ্গিক। এমনকি একটি পুরোপুরি মসৃণ ধাতব পৃষ্ঠের উচ্চ পৃষ্ঠের শক্তি রয়েছে যা মেরু অণুর রাসায়নিক বন্ধনকে সমর্থন করে (জল, আয়ন এবং জৈব যৌগ, যেমন), যা পরবর্তীকালে অতিরিক্ত স্কেল জমার জন্য প্রাইমার হিসাবে কাজ করে। PTFE এর নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি (18-20 mN/m বনাম স্টেইনলেস স্টিলের জন্য 30-50 mN/m) এর অর্থ হল আমানত, যদি তারা ঘটতে থাকে, তাহলে ঢিলেঢালাভাবে লেগে থাকে এবং মাঝারি প্রবাহের মাধ্যমে অপসারণ করা যেতে পারে।

ব্যবহারিক নকশা প্রভাব
TEMA ফাউলিং প্যারামিটার এবং PTFE
TEMA স্ট্যান্ডার্ড ফাউলিং ফ্যাক্টর টেবিলে PTFE অন্তর্ভুক্ত নয়। দায়ী প্রকৌশলী অবশ্যই:

একটি প্রকাশিত অধ্যয়ন বা প্রস্তুতকারকের নির্দেশিকা থেকে একটি মান ব্যবহার করুন (সাধারণত 0.00009 – 0.00018 m²·K/W পরিচ্ছন্ন পরিষেবার জন্য, গুরুতর স্কেলিং পরিষেবাগুলির জন্য 0.00035 পর্যন্ত)।

একটি ধাতব টিউবে একই তরলের জন্য TEMA ফলাফলে হ্রাস ফ্যাক্টরটি প্রয়োগ করুন। একটি সাধারণ নিয়ম: PTFE-তে একই অবস্থায় স্টেইনলেস স্টিলের 20-40% ফাউলিং ফ্যাক্টর রয়েছে।

PTFE ইতিমধ্যেই পৃষ্ঠের রুক্ষতার পরিপ্রেক্ষিতে পালিশ করা ধাতুর নিম্ন প্রান্তে রয়েছে, এইভাবে "পালিশ করা PTFE" নির্দিষ্ট করা কোনো অর্থপূর্ণ উপায়ে প্রস্তাবিত ফাউলিং ফ্যাক্টরকে পরিবর্তন করে না।

কখন পৃষ্ঠের রুক্ষতা PTFE এর জন্য গুরুত্বপূর্ণ
কিছু পরিস্থিতিতে, একটি মসৃণ PTFE পৃষ্ঠ (যেমন, পালিশ করা) নিশ্চিত হতে পারে:

বায়োফার্মাসিউটিক্যাল বা খাদ্য উত্পাদন যেখানে কয়েকটি গর্ত বা স্ক্র্যাপ অণুজীবকে আশ্রয় দিতে পারে। পিটিএফই-এর নিম্ন পৃষ্ঠের শক্তি বায়োফিল্ম আনুগত্যকে বাধা দেয় তবুও নিয়ন্ত্রক মান (যেমন পরিষ্কার-জায়গায় বৈধকরণ) একটি পালিশ পৃষ্ঠের প্রয়োজন হতে পারে (Ra <0.1 µm)। এখানে প্রয়োজনীয়তা পরিষ্কারযোগ্যতা এবং ডকুমেন্টেশন দ্বারা নির্দেশিত হয়, তাপীয় ফাউলিং ফ্যাক্টরের কোনো পর্যবেক্ষণযোগ্য পরিবর্তন দ্বারা নয়।

খুব ছোট কণা সহ পরিষেবা যা যান্ত্রিকভাবে পৃষ্ঠের ত্রুটিগুলির মধ্যে আন্তঃলক করতে পারে। আবার, স্বাভাবিক PTFE মোটামুটি মসৃণ, কিন্তু পলিশিং সাব-মাইক্রোন কণার জন্য ক্রমবর্ধমান সুবিধা প্রদান করতে পারে।

নান্দনিকতা বা গ্রাহকের স্পেসিফিকেশন কিছু গ্রাহকদের একটি মসৃণ ফিনিস করার জন্য সমস্ত ভেজা পৃষ্ঠের প্রয়োজন হয়।

অতিরিক্ত পালিশ করার বিপদ-
PTFE-এর অতিরিক্ত-পলিশিং কিছু উদ্দেশ্যে একটি পৃষ্ঠকে খুব মসৃণ করে দিতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি পতনশীল ফিল্ম ইভাপোরেটর বা কনডেনসারে, একটি অত্যন্ত মসৃণ পৃষ্ঠ ভেজাতা হ্রাস করতে পারে এবং ফিল্ম প্রবাহের পরিবর্তে ফোঁটা গঠন বৃদ্ধি করতে পারে, যা তাপ স্থানান্তরকে বাধা দেয়। কিন্তু সেটা ফাউল করার চেয়ে আলাদা ব্যাপার।

পৃষ্ঠের রুক্ষতা পরিমাপ এবং PTFE এর যাচাইকরণ
যদি একটি নির্দিষ্ট রুক্ষতা আকাঙ্ক্ষিত হয়, এটি একটি আন্তর্জাতিক মান (যেমন ISO 4287 বা ASME B46.1) অনুযায়ী গণনা করা সর্বাধিক Ra মান হিসাবে নির্দেশ করা উচিত। একটি পরিচিতি প্রোফাইলমিটার বা একটি নন-যোগাযোগ অপটিক্যাল প্রোফাইলার ব্যবহার করা হয়। PTFE এর জন্য সাধারণ মান:

স্ট্যান্ডার্ড এক্সট্রুডেড PTFE: Ra £0.5 মাইক্রন

পালিশ PTFE: Ra 0.1 μm এর চেয়ে কম বা সমান

স্কিভড PTFE (নন-পালিশ) Ra< 0.8 µm

বেশিরভাগ হিট এক্সচেঞ্জার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি রুক্ষতা স্পেসিফিকেশন প্রয়োজন হয় না। PTFE টিউব, স্বাভাবিক বাণিজ্যিক ফিনিস, extruded হিসাবে.

উপসংহার: সুবিধা ইতিমধ্যেই বিদ্যমান
একটি মসৃণ টিউব সবসময় কম ফাউল করে। একটি মৌলিক PTFE টিউব এবং একটি পলিশডের মধ্যে পার্থক্য নগণ্য৷ পলিমার নিজেই ইতিমধ্যে বেশ মসৃণ এবং কম পৃষ্ঠের শক্তি রয়েছে তাই যে কোনও ধাতুর তুলনায় এটির একটি বিশাল সুবিধা রয়েছে। এই সুবিধাটি একটি PTFE এক্সচেঞ্জারকে দায়ী করা ফাউলিং ফ্যাক্টরের মধ্যে প্রতিফলিত হওয়া উচিত। টিউবগুলিকে পালিশ করার ফলে খুব কমই তাপীয় ফাউলিং প্রতিরোধের অর্থপূর্ণ হ্রাস ঘটে। সর্বোত্তম অ্যান্টি-ফাউলিং সারফেস হল এমন একটি যা শারীরিকভাবে মসৃণ এবং রাসায়নিকভাবে বিকর্ষণকারী এবং PTFE এই দুটি বৈশিষ্ট্যই তার সাধারণ এক্সট্রুড আকারে দেয়। ফাউলিং-সংবেদনশীল অ্যাপ্লিকেশানগুলির জন্য, ডিজাইনাররা নিরাপদে প্রচলিত PTFE টিউবগুলিকে নিযুক্ত করতে পারেন জেনে যে ফাউলিং ফ্যাক্টর যে কোনও ধাতুর তুলনায় অনেক কম হবে, এবং আরও পলিশ করা একটি অপ্রয়োজনীয় বিলাসিতা৷