কোন শিল্পে গ্রাফাইট ডিফল্ট হিট এক্সচেঞ্জার উপাদান এবং কেন?

কিছু সেক্টরে, একটি গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জার নির্দিষ্ট করা একটি নো-ব্রেইনার। গ্রাফাইট কয়েক দশক ধরে একটি কাজের ঘোড়া এবং এটি পছন্দের উপাদান যেখানে অন্যান্য উপকরণ দ্রুত ব্যর্থ হবে বা ব্যবহারিক হতে খুব ব্যয়বহুল হবে। যেখানে ধাতু মরিচা এবং পলিমারগুলি নরম করে বা তাপ কার্যক্ষমতা হারায়, সেখানে অভেদ্য গ্রাফাইট (ফেনলিক বা ফুরান রজন অন্তঃসত্ত্বা) উচ্চ তাপ পরিবাহিতা, বিভিন্ন কঠোর পরিস্থিতিতে ব্যতিক্রমী জারা প্রতিরোধের এবং 200 ডিগ্রী পর্যন্ত এবং তার পরেও সেবাযোগ্যতার একটি অনন্য সমন্বয় প্রদান করে। গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জারগুলির ডিফল্ট শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলি জানতে আমাদের সুনির্দিষ্ট প্রক্রিয়াগুলি জানতে হবে যেখানে গ্রাফাইট অন্য যে কোনও উপাদানের চেয়ে ভাল কাজ করে।

নেতৃস্থানীয় কী শিল্প
তিনটি প্রধান শিল্প সেক্টর ধারাবাহিকভাবে গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জারকে ডিফল্ট পছন্দ হিসাবে বেছে নেয়। ইস্পাত পিকলিং (হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড), ফসফরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব, ক্লোরিন শুকানো। তরলের ক্ষয়কারী প্রকৃতি, উচ্চ তাপমাত্রা এবং কমপ্যাক্ট, দক্ষ তাপ স্থানান্তরের জন্য প্রয়োজনীয়তার কারণে প্রতিটি উদাহরণে সর্বোত্তম এবং সবচেয়ে লাভজনক সমাধান হল গ্রাফাইট।

শিল্পের জটিল তরল অবস্থার অপারেশন ব্যর্থতার ফলাফল নিম্নমানের উপাদান
ইস্পাত পিকলিং (HCl) গরম হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড 80-95 ডিগ্রী, 18% HCl পর্যন্ত প্রায়ই FeCl 2 মেটাল এক্সচেঞ্জার (টাইটানিয়াম, ট্যানটালাম) দিয়ে দ্রুত ক্ষয় হয় PTFE নরম করে; বড় ইউনিট প্রয়োজন
ফ্লোরাইড, ক্লোরাইড, সিলিকা 100-160 ডিগ্রি , 40-54% P2O5, HF এবং H2SiF6 গ্লাস-লাইনযুক্ত ইস্পাত উপস্থিতি ফ্লোরাইড দ্বারা আক্রমণের সাপেক্ষে ফসফরিক অ্যাসিড ভেজা-ফসফরিক অ্যাসিডের ঘনত্ব; উচ্চ-মিশ্র ধাতু (Hastelloy) ক্ষয়প্রাপ্ত বা খুব ব্যয়বহুল
ভেজা ক্লোরিন গ্যাস + ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড 10-40 ডিগ্রি (কুলিং ডিউটি), দৃঢ়ভাবে অক্সিডাইজিং, অ্যাসিডিক কনডেনসেট ধাতুগুলির দ্রুত অক্সিডেশন (নিকেল, তামা, ইস্পাত); নন-মেটালিক চয়েস (PTFE) কম্প্যাক্ট শুকানোর কুলারের জন্য কোনো তাপ পরিবাহিতা নেই
ইস্পাত পিকলিং - হট হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড পরিষেবা
ইস্পাত স্ট্রিপ এবং তারের পিকলিং হট হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (সাধারণত 80-95 ডিগ্রিতে 10-18% HCl) আয়রন অক্সাইড স্কেল অপসারণ করতে ব্যবহৃত হয়। অ্যাসিডটি লৌহঘটিত ক্লোরাইড (FeCl2) দিয়ে লোড করা হয় এবং প্রক্রিয়াটিকে দক্ষ করার পাশাপাশি অ্যাসিড পুনরুত্থানের লুপে ঠান্ডা করার জন্য ক্রমাগত উত্তপ্ত করতে হবে। ধাতব হিট এক্সচেঞ্জার যেমন টাইটানিয়াম, ট্যানটালাম এবং জিরকোনিয়াম গরম এইচসিএল দ্বারা সৃষ্ট ফাস্ট পিটিং, ফাটল ক্ষয় বা হাইড্রোজেন ক্ষয়জনিত সমস্যায় ভোগে। নিকেল-ভিত্তিক সংকর ধাতুর ভাঙ্গন সপ্তাহে। PTFE শেল এবং টিউব এক্সচেঞ্জার রাসায়নিক আক্রমণ প্রতিরোধী, কিন্তু তাদের দুটি গুরুতর অসুবিধা আছে:

কম তাপ পরিবাহিতা (গ্রাফাইটের জন্য 0.2 W/m·K বনাম. 100–120 W/m·K) মানে হল যে ইউনিটগুলি বড় এবং স্থান- গ্রাসকারী।

তাপমাত্রার সীমাবদ্ধতা: PTFE নরম হয়ে যায় এবং প্রায় 110 ডিগ্রির বেশি হয় এবং তাই উচ্চ তাপমাত্রার পিকলিং বা পুনর্জন্ম বয়লার কার্যক্রমের জন্য উপযুক্ত নয়।

গ্রাফাইট ব্লক বা শেল এবং টিউব হিট এক্সচেঞ্জারগুলি নিরাপদে 95 ডিগ্রিতে কাজ করতে পারে এবং 120-130 ডিগ্রি পর্যন্ত সংক্ষিপ্ত ভ্রমণ সহ্য করতে পারে। কমপ্যাক্ট আকার বিদ্যমান পিলিং লাইনে ইউনিটগুলিকে একীভূত করা সহজ করে তোলে। বিশ্বজুড়ে শত শত ইনস্টলেশনের জন্য HCl পরিষেবার পরিষেবা জীবন 10-20 বছর। গ্রাফাইট এইভাবে অ্যাসিড হিটার, কুলার এবং পুনর্জন্ম সিস্টেম হিট এক্সচেঞ্জারের পিকলিং এর জন্য আদর্শ উপাদান। যেখানে PTFE তাত্ত্বিকভাবে কাজ করতে পারে, সেখানে PTFE ইউনিটের বড় আকার এবং উচ্চতর ইনস্টল করা খরচ প্রায়শই গ্রাফাইটের পক্ষে থাকে।

ফসফরিক অ্যাসিড ঘনত্ব: উচ্চ তাপমাত্রা এবং ফ্লোরাইডের সাথে কাজ করা
ভেজা-প্রক্রিয়া ফসফরিক অ্যাসিড (WPA) সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে ফসফেট শিলা বিক্রিয়া করে তৈরি হয়। প্রাপ্ত অ্যাসিডটিতে যথেষ্ট পরিমাণে অমেধ্য রয়েছে: ফ্লোরাইড (HF এবং H2SiF6 হিসাবে), ক্লোরাইড এবং ধাতব সালফেট। প্রায় 28% P₂O₅ থেকে বণিক-গ্রেড 54% P₂O₅ শূন্যতা বা বায়ুমণ্ডলীয় চাপে 160 ডিগ্রি পর্যন্ত তাপমাত্রায় ঘনত্ব সঞ্চালিত হয়। ফ্লোরাইডের উপাদান আক্রমনাত্মকভাবে সিলিকন{10}}সমস্ত উপাদান (কাচ, কাচ-রেখাযুক্ত ইস্পাত) এবং অনেক বিশেষ সংকর ধাতুকে আক্রমণ করবে।

গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জারগুলি ব্যাপকভাবে ফসফরিক অ্যাসিড সুবিধাগুলিতে হিটার, ইভাপোরেটর ক্যাল্যান্ড্রিয়া এবং কনডেন্সার কুলার হিসাবে ব্যবহৃত হয়। গ্রাফাইট এর জন্য ডিফল্ট হয়ে উঠেছে: কারণগুলির মধ্যে রয়েছে:

ফ্লোরাইড প্রতিরোধ: গ্রাফাইট এইচএফ বা ফ্লোসিলিসিক অ্যাসিড দ্বারা প্রভাবিত হয় না যে ঘনত্ব এবং তাপমাত্রায় WPA ঘনত্বের অভিজ্ঞতা হয়।

উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধের: গ্রাফাইট তার যান্ত্রিক শক্তি এবং জারা প্রতিরোধের 170-200 ডিগ্রি পর্যন্ত ধরে রাখে, সমস্ত ফসফরিক অ্যাসিড ঘনত্বের প্রয়োগগুলিকে কভার করে।

তাপ পরিবাহিতা সুবিধা: গ্রাফাইট একটি ভাল তাপ পরিবাহক এবং এটি বাষ্পীভবন ডিজাইনের জন্য একটি প্লাস যার অর্থ কম পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ছোট জাহাজের আকার।

PTFE এছাড়াও ফ্লোরাইড প্রতিরোধ করে, তবে PTFE হিট এক্সচেঞ্জার খুব কমই এই ব্যবসায় অনুরোধ করা হয়। মূল সমস্যা হল একই কাজের জন্য যথেষ্ট পরিমাণে বৃহত্তর পদচিহ্ন। বড় আকারের ফসফরিক অ্যাসিড সুবিধার জন্য (প্রতি বছর কয়েক হাজার টন) স্থান সীমিত এবং বিশাল PTFE এক্সচেঞ্জারগুলির জন্য সমর্থন কাঠামো অর্থনৈতিকভাবে আকর্ষণীয় নয়। PTFE-এর সর্বোচ্চ তাপমাত্রার সীমাও ~180 ডিগ্রী, যা বিরক্তিকর পরিস্থিতিতে সামান্য মার্জিন দেয়। গ্রাফাইট বিদেশী ধাতু (যা খুব দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়) এবং নিম্ন তাপমাত্রার পলিমার (যা খুব বেশি এলাকা দাবি করে) এর মধ্যে বসে।

ক্লোরিন শুকানো: অক্সিডেশনের বিরুদ্ধে প্রতিরোধী কুলিং ডিউটি
ক্লোর ক্ষারীয় উদ্ভিদে ঝিল্লি বা ডায়াফ্রাম ইলেক্ট্রোলাইসিস দ্বারা উত্পাদিত ক্লোরিন গ্যাস জলীয় বাষ্পে পরিপূর্ণ হয়। ভেজা ক্লোরিন বেশ ক্ষয়কারী, হাইপোক্লোরাস এবং হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড গঠন করে। শক্তিশালী সালফিউরিক অ্যাসিড (98-99%) এর সংস্পর্শে ভেজা ক্লোরিন প্যাক করা টাওয়ারে শুকানো হয়। ফলস্বরূপ শুষ্ক ক্লোরিন গ্যাস (ট্রেস অ্যাসিড কুয়াশা সহ) কম্প্রেশন বা আরও প্রক্রিয়াকরণের আগে অবশ্যই ঠান্ডা করা উচিত। শুকানোর টাওয়ারের নিচের দিকে ক্লোরিন কুলারগুলি হল গ্রাফাইট শেল-এবং-টিউব হিট এক্সচেঞ্জার।

কেন প্রথম স্থানে গ্রাফাইট? শীতল গ্যাসের মধ্যে রয়েছে শুষ্ক ক্লোরিন এবং অবশিষ্ট সালফিউরিক অ্যাসিড বাষ্প এবং ঘনীভূত। এই মিশ্রণটি একটি শক্তিশালী অক্সিডাইজার এবং বেশিরভাগ ধাতুকে আক্রমণ করবে। তামা, ইস্পাত এবং নিকেল দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। ট্যানটালাম প্রতিরোধী তবে উল্লেখযোগ্য তাপ স্থানান্তর পৃষ্ঠের জন্য খুব ব্যয়বহুল। রাসায়নিকভাবে প্রতিরোধী, PTFE অ্যাসিড কুয়াশা ঘনীভূত করতে এবং গ্যাসের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করার জন্য প্রয়োজনীয় কমপ্যাক্ট, উচ্চ দক্ষতার কুলিং প্রদান করতে পারে না। গ্রাফাইটের উচ্চ তাপ পরিবাহিতা কমপ্যাক্ট সস্তা কুলারের অনুমতি দেয় যা ক্লোরিন শুকানোর ট্রেনে সহজেই যোগ করা যেতে পারে।

ক্লোরিন পরিষেবাও এমন একটি ক্ষেত্র যেখানে গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জারগুলি 50 বছরেরও বেশি সময় ধরে নিযুক্ত করা হয়েছে, একটি সুপ্রতিষ্ঠিত নিরাপত্তা এবং নির্ভরযোগ্যতার রেকর্ড সহ। ক্লোর-ক্ষার সেক্টরে, প্রক্রিয়া প্রকৌশলীরা সাধারণত গ্রাফাইট কুলারগুলিকে নির্দিষ্ট করে থাকেন, কদাচিৎ বিকল্প উপাদান বিকল্পের কথা চিন্তা করেন।

কেন PTFE ডিফল্ট নয়
PTFE ব্যতিক্রমী রাসায়নিক প্রতিরোধের আছে, তাহলে কেন গ্রাফাইট এখনও এই শিল্পগুলিতে স্বাভাবিক পছন্দ? কেন PTFE নয়? ব্যাখ্যাটি তিনটি PTFE সীমাবদ্ধতায় নেমে আসে:

তাপমাত্রা সিলিং: PTFE নরম হবে এবং প্রায় 110-120 সেন্টিগ্রেডের উপরে চাপে স্লাইড হতে শুরু করবে 150 ডিগ্রীতে একটানা অপারেশন কল্পনা করা যায় না। গ্রাফাইট কমপক্ষে 200 C পর্যন্ত স্থিতিশীল।

তাপ পরিবাহিতা: PTFE-এর খুব কম তাপ পরিবাহিতা তাপ স্থানান্তরের জন্য বিশাল অঞ্চলের প্রয়োজন করে। অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য যেখানে শত শত বর্গ মিটার প্রয়োজন, একটি PTFE ইউনিট বেশ বড়, ভারী এবং ইনস্টল করা ব্যয়বহুল হয়ে ওঠে।

যান্ত্রিক দৃঢ়তা: গ্রাফাইট ব্লক এবং শেল-এবং-টিউব ইউনিট টিউব শিট এবং গ্যাসকেটের জন্য দৃঢ়, নির্ভরযোগ্য সমর্থন প্রদান করে। PTFE টিউবগুলির যত্ন সহকারে টেনশন করা প্রয়োজন কারণ তারা পরিষ্কারের সময় যান্ত্রিক ক্ষতির প্রবণতা বেশি।

যদি PTFE এর তাপমাত্রা সীমা অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা অতিক্রম না হয় এবং স্থান একটি উদ্বেগ না হয়, তাহলে PTFE নির্বাচন করা যেতে পারে। যাইহোক, নির্দেশিত তিনটি খাতে, ইস্পাত পিকলিং, ফসফরিক অ্যাসিড ঘনত্ব এবং ক্লোরিন শুকানো, উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ ক্ষয়কারীতা এবং কমপ্যাক্ট ডিজাইনের জন্য অর্থনৈতিক প্রয়োজনীয়তার সংমিশ্রণ গ্রাফাইটকে ডিফল্ট পছন্দ করে তোলে।

ঐতিহাসিক ক্ষেত্রের সাফল্যের ভূমিকা
গ্রাফাইটের প্রধান ভূমিকা কয়েক দশকের প্রতিষ্ঠিত ক্ষেত্রের অভিজ্ঞতার কারণে। এই ধরনের কঠিন প্রক্রিয়া পরিস্থিতিতে, গ্রাফাইট যে কোনও বিকল্প উপাদানের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি নির্ভরযোগ্য প্রমাণিত হয়েছে। ল্যাবরেটরি ডেটা প্রায়ই উপাদান নির্বাচন চালায়, কিন্তু অতীত ক্ষেত্রের অভিজ্ঞতাও তাই। একটি নতুন আচার লাইন, ফসফরিক অ্যাসিড ইভাপোরেটর, বা ক্লোরিন কুলিং ট্রেনের জন্য সরঞ্জামগুলি নির্দিষ্ট করা ইঞ্জিনিয়াররা সাধারণত গ্রাফাইটের শিল্পের নিয়মের সাথে লেগে থাকে, যেহেতু সেই স্তর থেকে কোনও বিচ্যুতি অপ্রয়োজনীয় ঝুঁকি।

সারাংশ উপসংহার
গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জারগুলি ইস্পাত পিকলিং (গরম এইচসিএল), ফসফরিক অ্যাসিড ঘনত্ব (গরম, ফ্লোরাইডযুক্ত অ্যাসিড) এবং ক্লোরিন শুকানোর (সালফিউরিক অ্যাসিডের সাথে ভেজা ক্লোরিন) এর সাধারণ উপাদান। গ্রাফাইট রাসায়নিক প্রতিরোধের, উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং তাপমাত্রার ক্ষমতার সমন্বয় অফার করে যা প্রতিটি পরিস্থিতিতে প্রক্রিয়া অবস্থার সম্পূর্ণ পরিসরে অন্যান্য উপকরণ (ধাতু, PTFE, কাচ) দ্বারা মেলে না। নিম্ন তাপমাত্রায় রাসায়নিক নিষ্ক্রিয়তায় PTFE ভাল, কিন্তু এর দুর্বল তাপ পরিবাহিতা এবং তাপমাত্রার সীমা এই চাহিদাপূর্ণ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে গ্রাফাইটের বিকল্প হিসাবে এটিকে অনুপযুক্ত করে তোলে। গ্রাফাইট হিট এক্সচেঞ্জার ডিফল্ট শিল্পের অবস্থা কোনো দুর্ঘটনা নয়-এটি কয়েক দশকের নির্ভরযোগ্য, খরচ-কার্যকর পরিষেবার উপর ভিত্তি করে যেখানে বিকল্পগুলি বারবার প্রদান করতে ব্যর্থ হয়েছে৷