কিভাবে একটি সলিড PTFE টিউবের তাপ পরিবাহিতা একটি এক্সচেঞ্জারে একটি পাতলা-ওয়াল পিএফএ টিউবের সাথে তুলনা করে?

PTFE এবং PFA উভয়ই চমৎকার তাপ নিরোধক। উভয় পদার্থের কাঁচা, অভ্যন্তরীণ তাপ পরিবাহিতা মাত্র 0.2 W/m·K। এই স্তরে তাদের মধ্যে পার্থক্য নগণ্য। "তাপীয়ভাবে ভাল" শব্দটি প্রায়ই একটি পিএফএ হিট এক্সচেঞ্জার টিউব বনাম পিটিএফই এক বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। কেন? উত্তরটি উপাদানটির তাপ সঞ্চালনের ক্ষমতা নয় বরং এর যান্ত্রিক শক্তিতে যাতে প্রকৌশলী নলের জ্যামিতিকে আমূল পরিবর্তন করতে পারে।

এই নিবন্ধটি একটি শেল এবং টিউব হিট এক্সচেঞ্জারের জন্য কঠিন PTFE বনাম পাতলা প্রাচীর PFA টিউব তাপ পরিবাহিতা তুলনা প্রস্তাব করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে একটি উপাদানের তাপীয় কর্মক্ষমতা উপাদানের যান্ত্রিক গুণাবলী দ্বারা সমানভাবে প্রভাবিত হয় যেমন তার তাপীয় ধ্রুবক দ্বারা।

একই পরিবাহিতা, ভিন্ন যান্ত্রিক আচরণ
তাপ পরিবাহিতার সাদৃশ্য
PTFE (polytetrafluoroethylene) এবং PFA (perfluoroalkoxy alkane) হল ফ্লুরোপলিমার এবং খুব কম এবং খুব সমান মাত্রার তাপ পরিবাহিতা রয়েছে:

PTFE: পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় প্রায় 0.23-0.25 W/(m·K)

PFA: পরিবেষ্টিত তাপমাত্রায় ~0.19 - 0.22 W/(m·K)

পার্থক্য পরিমাপের অনিশ্চয়তা এবং উত্পাদন বৈচিত্র্যের মধ্যে। সমস্ত ব্যবহারিক উদ্দেশ্যে, PTFE এর একটি 1 মিমি প্রাচীর এবং PFA এর একটি 1 মিমি প্রাচীর পরিবাহী তাপ প্রতিরোধের সমান। যদি দুটি উপকরণ একই টিউব জ্যামিতিতে নিযুক্ত করা হয় তবে তাপ স্থানান্তর কর্মক্ষমতা একই হবে।

যান্ত্রিক বৈষম্য: শক্তি এবং হামাগুড়ির প্রতিরোধ
তাপ পরিবাহিতা প্রায় অভিন্ন কিন্তু যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য নয়। PFA হল PTFE-এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তিশালী, শক্ত এবং আরও ক্রীপ-প্রতিরোধী উপাদান। উল্লেখযোগ্য পার্থক্য অন্তর্ভুক্ত:

সম্পত্তি PTFE PFA
প্রসার্য শক্তি, MPa 20–30 25–35
ফ্লেক্সুরাল মডুলাস (GPa) 0.5 থেকে 0.7 0.6 থেকে 0.8
ক্রীপ রেজিস্ট্যান্স (100 ডিগ্রীতে) ভাল চমৎকার
সর্বোচ্চ অবিচ্ছিন্ন তাপমাত্রা 200 ডিগ্রি 260 ডিগ্রি
এই যান্ত্রিক সুবিধাগুলি একটি নতুন, তাপীয়ভাবে ভাল টিউব আকৃতির জন্য অনুমতি দেয়।

কিভাবে যান্ত্রিক শক্তি একটি পাতলা প্রাচীর অনুমতি দেয়
চাপ রেটিং এবং প্রাচীর বেধ গণনা
একটি হিট এক্সচেঞ্জার টিউবের প্রয়োজনীয় প্রাচীরের বেধ ডিজাইনের চাপ, টিউবের ব্যাস এবং উপাদানের অনুমতিযোগ্য চাপ দ্বারা নির্ধারিত হয়। একটি প্রদত্ত অভ্যন্তরীণ বা বাহ্যিক চাপের জন্য, ন্যূনতম প্রাচীরের পুরুত্ব প্রসার্য শক্তি এবং দীর্ঘ-বস্তুরের ক্রীপ প্রতিরোধের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক। চাপবাহী জাহাজের ডিজাইন কোডগুলি (যেমন ASME সেকশন VIII বা জার্মান AD 2000) সমীকরণগুলি দেয়:

S = S ⋅ P D ⋅ E t = 2 ⋅ S ⋅ E − 1 . 2 P P ⋅ D

t হল দেয়ালের বেধ, P হল ডিজাইনের চাপ, D হল টিউবের ব্যাস, S হল অনুমোদিত স্ট্রেস এবং E হল একটি যৌথ দক্ষতার ফ্যাক্টর।

পিএফএ-এর একটু বেশি প্রসার্য শক্তি আছে কিন্তু, আরও গুরুত্বপূর্ণভাবে, হামাগুড়ি দেওয়ার জন্য অনেক বেশি শক্তিশালী প্রতিরোধ (টেকসই চাপের অধীনে সময়-নির্ভর বিকৃতি)। অতএব, এক্সচেঞ্জারের ডিজাইন লাইফের উপর একটি বৃহত্তর অনুমোদিত চাপ PFA-কে দায়ী করা যেতে পারে। এটি সরাসরি একটি পাতলা নল প্রাচীর ফলাফল.

পাতলা প্রাচীর PFA বনাম পুরু প্রাচীর PTFE
একটি নির্দিষ্ট টিউব ব্যাস (বলুন 10 মিমি OD) এবং শিল্পে একটি সাধারণ নকশা চাপের জন্য (বলুন 150 ডিগ্রিতে 5 বার) প্রাচীরের বেধগুলি নিম্নরূপ:

PTFE টিউব: 1.5-2.5 মিমি (নিম্ন ক্রীপ প্রতিরোধের কারণে উচ্চ নিরাপত্তা মার্জিন প্রয়োজন)

0.8-1.2 মিমি পিএফএ টিউব (পিএফএ দীর্ঘমেয়াদী চাপের সাথে মাত্রা পরিবর্তন করে না, পাতলা আরও ভাল)

এইভাবে, একটি পিএফএ টিউবে একটি প্রাচীর থাকতে পারে যা অনুরূপ PTFE টিউবের প্রায় অর্ধেক বেধ।

তাপ প্রতিরোধের তুলনা হল প্রভাবশালী বেধ
প্রতিরোধের জন্য সূত্র
প্রতি ইউনিট এলাকায় একটি টিউব প্রাচীরের পরিবাহী তাপীয় প্রতিরোধ হল:

��R=kt​

যেখানে t হল প্রাচীরের বেধ এবং k হল উপাদানের তাপ পরিবাহিতা। উভয় উপাদানেরই কমবেশি একই মান \\কাপ্পা। তাই তাপীয় প্রতিরোধের অনুপাত দেয়ালের বেধের অনুপাতের সমানুপাতিক।

PTFE টিউব (ওয়াল 2.0 মিমি): 𝛼=0.002/0.23≈0.0087 m2K/W𝑅=0.002/0.23≈0.0087m2K/W

PFA টিউব (1.0 মিমি প্রাচীর): $ এক্সিট{R}=0.001/0.22 প্রায় 0.0045~m^2K/W$

কঠিন PTFE টিউব পাতলা-ওয়াল PFA টিউবের তুলনায় প্রায় দ্বিগুণ প্রতিরোধ পরিচালনা করে। এটি সরাসরি হিট এক্সচেঞ্জারের সামগ্রিক তাপ স্থানান্তর সহগ (U-মান) বৃদ্ধি করে।

মোট U-মানে প্রভাব
একটি প্রচলিত তরল-তরল তাপ এক্সচেঞ্জারে, সামগ্রিক তাপ প্রতিরোধের বেশিরভাগই টিউব-পার্শ্ব এবং শেল-পার্শ্বের তরল স্তরগুলির কারণে। কিন্তু সান্দ্র তরল বা গ্যাসের ক্ষেত্রে টিউব প্রাচীর প্রতিরোধ মোটের একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ। পাতলা-প্রাচীরের PFA টিউব প্রাচীরের অর্ধেক প্রতিরোধ ক্ষমতা কমাতে পারে এবং প্রবাহ পরিস্থিতির উপর নির্ভর করে, একই ব্যাসের একটি কঠিন PTFE টিউবের সাথে তুলনা করে সামগ্রিক U-মানকে 10-30% উন্নত করতে পারে।

পিএফএ-এর তাপীয় উপহার তার আণবিক মেকআপে নয়, বরং একটি শক্তিশালী ফিসফাস-পাতলা দেয়ালে তৈরি করার ক্ষমতা যা তাপের প্রবাহকে খুব কমই বাধা দেয়। উপাদান নিজেই পরিবাহিতা বিশেষ কিছু নয়। উপাদান যান্ত্রিকভাবে শক্তিশালী এবং এইভাবে তাপগতভাবে ভাল।

দীর্ঘমেয়াদী কর্মক্ষমতা ক্রীপ প্রতিরোধের গুরুত্ব-
সময়ের সাথে সাথে পুরুত্ব সংরক্ষণ করুন
যদি একটি টিউবের প্রাচীরটি শুরু করার জন্য পাতলা হয়, তবে এটি শুধুমাত্র যদি এক্সচেঞ্জারের পরিষেবা জীবনের উপর সেইভাবে থাকে তবেই এটি ভাল। PTFE হামাগুড়ি দেওয়ার জন্য পরিচিত - টেকসই চাপের মধ্যে ধীরে ধীরে বিকৃত করার ক্ষমতা। অভ্যন্তরীণ চাপের অধীনে একটি কঠিন PTFE টিউব ধীরে ধীরে ব্যাস বৃদ্ধি পাবে এবং প্রাচীরের পুরুত্ব হ্রাস পাবে। এর ফলে তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায় এবং টিউব ফেটে যেতে পারে। PFA অনেক কম, এবং অভিন্ন অবস্থার অধীনে বছরের পর বছর ধরে তার প্রাথমিক মাত্রার মধ্যে থাকে। পিএফএ-এর চমৎকার ক্রীপ প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে এবং তাই, এক্সচেঞ্জার ডিজাইনের জীবনকালে তার পাতলা{5}}প্রাচীর সুবিধা বজায় রাখে।

ডিজাইন কোড বিবেচনা
চাপের জাহাজের নকশা প্রবিধান অনুযায়ী, হামাগুড়ি দেয় এমন উপকরণের জন্য অনুমোদনযোগ্য চাপ অবশ্যই কমাতে হবে। পিটিএফই-এর ক্ষেত্রে, উচ্চ তাপমাত্রায় অনুমোদনযোগ্য স্ট্রেস প্রায়শই খুব কম নেওয়া হয় যাতে হামাগুড়ি দেওয়া যায় এবং তাই মোটা দেয়াল প্রয়োজন হয়। PFA-এর জন্য, আপনি একটি বৃহত্তর অনুমোদনযোগ্য চাপে যেতে পারেন এবং পাতলা দেয়াল থাকতে পারেন। এটি একটি উপাদান বৈশিষ্ট্য নয় যা সরাসরি তাপ পরিবাহিতা দ্বারা পরিমাপ করা হয়, তবে কোডের উপাদান সহগগুলিতে প্রদর্শিত হয়। এটি চূড়ান্ত টিউব জ্যামিতি উপর একটি অসাধারণ প্রভাব আছে.

এক্সচেঞ্জার ডিজাইনে ব্যবহারিক বিবেচনা
সলিড PTFE-এর জন্য কখন যেতে হবে
সলিড PTFE টিউবিং একটি ভাল বিকল্প থেকে যায় যদি:

খুব কম ডিজাইনের চাপ (যেমন বায়ুমণ্ডলীয় বা নিম্নচাপ ঘনীভূতকরণ পরিষেবা)

টিউবের ব্যাস ক্ষুদ্র (যেমন, 3-6 মিমি) যার জন্য প্রয়োজনীয় প্রাচীর বেধের পার্থক্য ছোট

প্রসেস ফ্লুইড খুবই আক্রমনাত্মক এবং PFA এর রাসায়নিক প্রতিরোধের সামান্য তারতম্যের কোনো বিপদ (যদিও উভয়ই দুর্দান্ত) গ্রহণযোগ্য নয়

এক্সচেঞ্জার সস্তা এবং তাপগতভাবে সংবেদনশীল নয়

যখন পাতলা-ওয়াল পিএফএ ভাল
পাতলা-ওয়াল পিএফএ টিউবিং হল পছন্দের টিউবিং যখন:

তাপ স্থানান্তর দক্ষতা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ (বৃহত্তর U-মান মানে কম পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল প্রয়োজন)

নকশা চাপ 3-4 বার বেশী

অপারেটিং তাপমাত্রা 200 ডিগ্রির বেশি (PFA এর উচ্চতর ক্রমাগত রেটিং)

প্রয়োজন: প্রাচীর পাতলা করা-প্ররোচিত ছাড়াই দীর্ঘ পরিষেবা জীবন

খরচ এবং উত্পাদন বিবেচনা
পিএফএ টিউবিং সাধারণত এক্সট্রুশন বা তাপ-সঙ্কুচিত হয়ে তৈরি হয়। পাতলা-ওয়াল পিএফএ টিউবিং মোটা-ওয়াল পিটিএফই টিউবিংয়ের চেয়ে বেশি ভঙ্গুর এবং ধসে যাওয়া বা কাঁপানো রোধ করার জন্য সাবধানে সমর্থন করা প্রয়োজন। ছোট প্রাচীর বেধ, যাইহোক, প্রতি ইউনিট টিউব দৈর্ঘ্য ফ্লুরোপলিমারের পরিমাণ হ্রাস করে, আংশিকভাবে PFA এর উচ্চ কাঁচামাল খরচের ক্ষতিপূরণ দেয়।

উপসংহার: লুকানো তাপীয় সুবিধা হিসাবে যান্ত্রিক শক্তি
পিএফএ একটি হিট এক্সচেঞ্জারে পিটিএফই-এর চেয়ে উচ্চতর, কারণ পিএফএ একটি শক্তিশালী পরিবাহী নয়, বরং এর যান্ত্রিক শক্তি অনেক বেশি পাতলা, এবং ফলস্বরূপ আরও তাপীয়ভাবে স্বচ্ছ, প্রাচীরের অনুমতি দেয়। দুটি উপাদানের তুলনামূলক তাপ পরিবাহিতা মান রয়েছে কিন্তু পাতলা-প্রাচীরের পিএফএ টিউব উল্লেখযোগ্যভাবে কম পরিবাহী প্রতিরোধ ক্ষমতা অর্জন করতে সক্ষম, কখনও কখনও একটি কঠিন PTFE টিউবের অর্ধেক। সামগ্রিক U{3}}মানে এই হ্রাস সরাসরি ছোট, হালকা এবং আরও সাশ্রয়ী হিট এক্সচেঞ্জারে অনুবাদ করে। সর্বোত্তম তাপ কর্মক্ষমতা সাধারণত সর্বোচ্চ তাপ পরিবাহিতা নয়, তবে সর্বোচ্চ যান্ত্রিক শক্তি সহ উপাদান। ফ্লোরোপলিমার টিউবগুলির জন্য ক্ষয়কারী দায়িত্বগুলির জন্য, PTFE এবং PFA-এর মধ্যে পছন্দটি প্রয়োজনীয় প্রাচীরের বেধের ভিত্তিতে করা উচিত, যা চাপ, তাপমাত্রা এবং ক্রীপ প্রতিরোধের দ্বারা নির্ধারিত হয় - তাপ স্থানান্তর করার তাদের অন্তর্নিহিত ক্ষমতার ক্ষুদ্র পার্থক্যের উপর নয়।