ভেজা ক্লোরিন গ্যাস বা তরল ব্রোমিন পরিচালনা করা কুখ্যাতভাবে কঠিন-এই হ্যালোজেনগুলি অনেক ধাতুকে আক্রমণ করে এবং এমনকি কিছু ফ্লুরোপলিমারগুলিকে ভেদ করে বা চাপ দিতে পারে-। PVDF (পলিভিনিলাইডিন ফ্লোরাইড) প্রতিরোধ এবং শক্তির অনন্য সমন্বয়ের কারণে এই আক্রমণাত্মক পরিষেবাগুলিতে তাপ এক্সচেঞ্জারদের জন্য একটি পছন্দের উপাদান হিসাবে আবির্ভূত হয়েছে। ব্রোমিন পুনরুদ্ধার ইউনিট, ক্লোরিন শুকানোর সিস্টেম, বা জীবাণুনাশক যোগাযোগ ট্যাঙ্ক ডিজাইন করার প্রসেস ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য, PVDF হিট এক্সচেঞ্জার রাসায়নিক সামঞ্জস্য এবং যান্ত্রিক দৃঢ়তার একটি বাধ্যতামূলক ভারসাম্য অফার করে যা প্রায়শই ঐতিহ্যগত PTFE-ভিত্তিক সমাধানকে ছাড়িয়ে যায়।
হ্যালোজেন পরিবেশে PVDF এর রাসায়নিক প্রতিরোধ
PVDF হল একটি আধা-ক্রিস্টালাইন ফ্লুরোপলিমার যাতে বিকল্প CH₂ এবং CF₂ গ্রুপ থাকে। এই গঠনটি ওয়েট ক্লোরিন, ক্লোরিন ডাই অক্সাইড, হাইপোক্লোরাইটস এবং তরল ব্রোমিন সহ অক্সিডাইজিং এজেন্টগুলির জন্য চমৎকার প্রতিরোধ প্রদান করে। কিছু অন্যান্য ফ্লুরোপলিমারের বিপরীতে, সাধারণ অপারেটিং অবস্থার অধীনে এই হ্যালোজেনগুলির সংস্পর্শে আসার সময় PVDF উল্লেখযোগ্য পারমিয়েশন বা স্ট্রেস ক্র্যাকিং প্রদর্শন করে না।
ক্ষেত্রের অভিজ্ঞতা দেখায় যে PTFE দীর্ঘ-মেয়াদী ওয়েট ক্লোরিন পরিষেবায় প্রবেশের কারণে ভুগতে পারে৷ ক্লোরিন অণুগুলি ধীরে ধীরে PTFE ম্যাট্রিক্সের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে, সম্ভাব্যভাবে তাপ এক্সচেঞ্জার টিউবগুলিতে ফোস্কা বা ডিলামিনেশন সৃষ্টি করে। PVDF এর ঘন স্ফটিক কাঠামো এবং নিম্ন মুক্ত ভলিউম হ্যালোজেন পারমিয়েশন হারকে একটি ক্রম বা তার বেশি মাত্রায় হ্রাস করে। ফলস্বরূপ,PVDF হিট এক্সচেঞ্জার ক্লোরিন ব্রোমিন পরিষেবাঅ্যাপ্লিকেশানগুলি ক্লোর-ক্ষার উদ্ভিদ, ব্রোমিন নিষ্কাশন সুবিধা, এবং জল শোধন ব্যবস্থায় ক্রমাগত বৃদ্ধি পেয়েছে৷
সর্বোচ্চ পরিষেবা তাপমাত্রা এবং ঘনত্ব সীমা
PVDF প্রায় 135 ডিগ্রি (275 ডিগ্রি ফারেনহাইট) সর্বোচ্চ একটানা পরিষেবা তাপমাত্রা পর্যন্ত তার হ্যালোজেন প্রতিরোধ ক্ষমতা বজায় রাখে। এই সীমার মধ্যে, PVDF ভেজা ক্লোরিন গ্যাস (জলীয় বাষ্পে পরিপূর্ণ) এবং তরল ব্রোমিন অবক্ষয় ছাড়াই প্রতিরোধ করে। 135 ডিগ্রির উপরে তাপমাত্রায়, PTFE স্থিতিশীল থাকে (260 ডিগ্রি পর্যন্ত), কিন্তু বেশিরভাগ ক্লোরিন এবং ব্রোমিন প্রক্রিয়ার জন্য-যা 120 ডিগ্রির নিচে কাজ করে -PVDF সম্পূর্ণরূপে পর্যাপ্ত।
ঘনত্বের সীমা বিস্তৃত। PVDF 100% গ্যাস ফেজ পর্যন্ত ট্রেস লেভেল থেকে ভেজা ক্লোরিন প্রতিরোধ করে, যদি আর্দ্রতা থাকে (শুকনো ক্লোরিন গ্যাস উচ্চ তাপমাত্রায় PVDF এর সাথে প্রতিক্রিয়া করতে পারে)। ব্রোমিনের জন্য, PVDF তাপমাত্রা সীমার মধ্যে তরল ব্রোমিন, ব্রোমিন জল এবং ব্রোমিন বাষ্প পরিচালনা করে।
PTFE উপর যান্ত্রিক শক্তি সুবিধা
একটি মূল সুবিধা হল PTFE এর তুলনায় PVDF এর উচ্চতর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য। নিম্নলিখিত টেবিল তুলনা সংক্ষিপ্ত করে:
| সম্পত্তি | পিটিএফই | পিভিডিএফ |
|---|---|---|
| প্রসার্য শক্তি (MPa) | 20–30 | 40–55 |
| ফ্লেক্সারাল মডুলাস (MPa) | 500–700 | 2000–2500 |
| বিরতিতে দীর্ঘতা (%) | 250–400 | 20–50 |
| কঠোরতা (শোর ডি) | 50–60 | 70–80 |
| ঘর্ষণ প্রতিরোধের | কম | মাঝারি থেকে উচ্চ |
PVDF উল্লেখযোগ্যভাবে শক্তিশালী এবং কঠোর। এটি পাতলা টিউব দেয়াল-সাধারণত PVDF এর জন্য 0.5–1.0 মিমি বনাম PTFE এর জন্য 1.0–2.0 মিমি সহ হিট এক্সচেঞ্জার ডিজাইনের অনুমতি দেয়। পাতলা দেয়াল নিম্ন তাপ প্রতিরোধের এবং উন্নত তাপ স্থানান্তর সহগকে অনুবাদ করে। একটি PVDF শেল-এবং-টিউব হিট এক্সচেঞ্জার একই জ্যামিতি ধরে নিয়ে সমতুল্য PTFE ইউনিটের তুলনায় সামগ্রিক তাপ স্থানান্তর সহগ 15-25% বেশি অর্জন করতে পারে।
উচ্চতর যান্ত্রিক শক্তি উচ্চ চাপ রেটিং সক্ষম করে। হামাগুড়ি এবং ঠান্ডা প্রবাহের কারণে PTFE হিট এক্সচেঞ্জারগুলি সাধারণত 3-5 বার (45-75 psi) এ সীমাবদ্ধ থাকে। PVDF হিট এক্সচেঞ্জারগুলি নিয়মিতভাবে 8-10 বার (115-145 psi) এবং 15 বার পর্যন্ত চাঙ্গা শেলগুলি পরিচালনা করে। এটি PVDF কে এমন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত করে তোলে যেখানে লাইনের চাপ মাঝারি কিন্তু PTFE এর ক্ষমতা অতিক্রম করে।
ঘর্ষণ প্রতিরোধের আরেকটি পার্থক্যকারী। পরিষেবাগুলিতে যেখানে হিট এক্সচেঞ্জার স্থগিত কঠিন পদার্থ, স্ফটিক (যেমন, ক্লোর-ক্ষারযুক্ত ব্রিনে লবণ), বা প্রবেশ করা কণার সাথে উত্তাল প্রবাহ দেখে, PTFE টিউবগুলি তুলনামূলকভাবে দ্রুত ক্ষয় হয়। PVDF এর উচ্চতর কঠোরতা এবং ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা টিউবের জীবনকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রসারিত করে।
হ্যালোজেন প্রক্রিয়াকরণে ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশন
ক্লোরিন শুকানোর সিস্টেম
ক্লোরিন উৎপাদনে, ইলেক্ট্রোলাইসিস কোষ থেকে ভেজা ক্লোরিন শুকানোর টাওয়ারের মধ্য দিয়ে যায় (সাধারণত ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড)। শুকানোর প্রক্রিয়াটি এক্সোথার্মিক, শীতল করার প্রয়োজন হয়। PVDF হিট এক্সচেঞ্জারগুলি শুকানোর আগে বা পরে ক্লোরিন কুলার হিসাবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। তারা ভেজা ক্লোরিন (শুকানোর উজানে) এবং শুষ্ক ক্লোরিনকে ট্রেস আর্দ্রতা সহ (ডাউনস্ট্রিম) উভয়কেই প্রতিরোধ করে, যেখানে ধাতুগুলি দ্রুত ক্ষয় হয়ে যায়।
ব্রাইন থেকে ব্রোমিন পুনরুদ্ধার
সামুদ্রিক জল বা লবণ হ্রদের ব্রিন থেকে ব্রোমাইন নিষ্কাশনে ক্লোরিন গ্যাস ব্যবহার করে ব্রোমাইড থেকে ব্রোমিনে জারণ করা হয়, তারপরে বাষ্প স্ট্রিপিং করা হয়। ফলস্বরূপ ব্রোমিন বাষ্প ঘনীভূত এবং বিশুদ্ধ হয়। PVDF হিট এক্সচেঞ্জার এই পরিষেবাতে কনডেন্সার এবং পণ্য কুলার হিসাবে কাজ করে। ফিল্ড রিপোর্টগুলি নির্দেশ করে যে ব্রোমাইন পুনরুদ্ধার ইউনিটগুলিতে পরিষেবার জীবনকাল 10 বছরের বেশি, যেখানে একই স্থানে PTFE হিট এক্সচেঞ্জারগুলি 3-5 বছর পরে পারমিয়েশন-সংক্রান্ত ব্যর্থতা দেখায়৷
ব্লিচ এবং হাইপোক্লোরাইট কুলিং
সোডিয়াম হাইপোক্লোরাইট (ব্লিচ) উচ্চ তাপমাত্রায় পচে যায়, অক্সিজেন এবং তাপ ছেড়ে দেয়। PVDF হিট এক্সচেঞ্জার স্থিতিশীলতা বজায় রাখার জন্য উত্পাদনের সময় হাইপোক্লোরাইট দ্রবণকে ঠান্ডা করে। PTFEও উপযুক্ত, কিন্তু PVDF এর উচ্চ শক্তি আরও কমপ্যাক্ট, খরচ-কার্যকর ডিজাইনের অনুমতি দেয়।
সীমাবদ্ধতা এবং সামঞ্জস্যের সীমানা
PVDF PTFE-এর সর্বজনীন বিকল্প নয়। এটি শক্তিশালী পোলার দ্রাবক দ্বারা আক্রান্ত হয়, যার মধ্যে রয়েছে:
কেটোনস (এসিটোন, মিথাইল ইথাইল কিটোন)
এস্টার (ইথাইল অ্যাসিটেট, বিউটাইল অ্যাসিটেট)
কিছু ইথার (টেট্রাহাইড্রোফুরান)
ফিউমিং সালফিউরিক অ্যাসিড (100% H₂SO₄ এর উপরে)
Concentrated hot caustic (above 80 °C and >20% NaOH)
এই পরিবেশে, PTFE পছন্দের উপাদান থেকে যায়। অতিরিক্তভাবে, উচ্চ তাপমাত্রায় (১৩৫ ডিগ্রির উপরে) বা ক্লোরিন ট্রাইফ্লুরাইডের সাথে শুকনো ক্লোরিন গ্যাসের সাথে PVDF ব্যবহার করা যাবে না। 135 ডিগ্রির বেশি বা সার্বজনীন রাসায়নিক প্রতিরোধের প্রয়োজন এমন পরিষেবাগুলির জন্য, PTFE হিট এক্সচেঞ্জারগুলি স্ট্যান্ডার্ড থাকে৷
সামঞ্জস্যের সারণী: হ্যালোজেন এবং সম্পর্কিত রাসায়নিকগুলিতে PTFE বনাম PVDF
নিম্নলিখিত সারণী তাপ এক্সচেঞ্জার উপকরণগুলির জন্য একটি সাধারণ সামঞ্জস্যপূর্ণ নির্দেশিকা প্রদান করে। রেটিং: E=চমৎকার, G=ভাল (ছোট আক্রমণ), F=ন্যায্য (সীমিত পরিষেবা), X=প্রস্তাবিত নয়।
| রাসায়নিক | একাগ্রতা | তাপমাত্রা | পিটিএফই | পিভিডিএফ |
|---|---|---|---|---|
| ক্লোরিন, ভেজা (গ্যাস) | স্যাচুরেটেড | 100 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | E |
| ক্লোরিন, ভেজা (গ্যাস) | স্যাচুরেটেড | 100-135 ডিগ্রী | E | G |
| ক্লোরিন, শুকনো | 100% গ্যাস | 100 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | F¹ |
| ব্রোমিন, তরল | 100% | 100 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | E |
| ব্রোমিন, তরল | 100% | 100-135 ডিগ্রী | E | G |
| ব্রোমিন জল | স্যাচুরেটেড | 100 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | E |
| ক্লোরিন ডাই অক্সাইড | জলীয় | 80 ডিগ্রী পর্যন্ত | E | E |
| সোডিয়াম হাইপোক্লোরাইট | 15% | 50 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | E |
| হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড | 37% | 100 ডিগ্রি পর্যন্ত | E | E |
| সালফিউরিক অ্যাসিড, ধোঁয়াশা | >100% | 25 ডিগ্রী | E | X |
| অ্যাসিটোন | 100% | 25 ডিগ্রী | E | X |
| ইথাইল অ্যাসিটেট | 100% | 25 ডিগ্রী | E | X |
| সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড | 50% | 80 ডিগ্রী | E | F² |
¹ 100 ডিগ্রির বেশি তাপমাত্রায় শুকনো ক্লোরিন PVDF এর অবক্ষয় ঘটাতে পারে। পরিবর্তে PTFE ব্যবহার করুন.
² PVDF বিরতিহীন বা কম-ঘনত্বের কস্টিকের জন্য গ্রহণযোগ্য কিন্তু ক্রমাগত উচ্চ-তাপমাত্রা, উচ্চ-ঘনত্ব পরিষেবার জন্য নয়।
PVDF হিট এক্সচেঞ্জার জন্য ডিজাইন বিবেচনা
উল্লেখ করার সময় কPVDF হিট এক্সচেঞ্জার ক্লোরিন ব্রোমিন পরিষেবাঅ্যাপ্লিকেশন, বিভিন্ন কারণের মনোযোগ প্রয়োজন:
টিউব প্রাচীর বেধ:PVDF এর শক্তি থাকা সত্ত্বেও, হ্যালোজেন পরিষেবার জন্য ন্যূনতম 0.8 মিমি পুরুত্বের সুপারিশ করা হয় যাতে প্রবেশ এবং যান্ত্রিক ক্ষতির বিরুদ্ধে সুরক্ষা মার্জিন প্রদান করা হয়।
গ্যাসকেট এবং সীল:PTFE বা perfluoroelastomer (FFKM) গ্যাসকেট ব্যবহার করুন। PVDF gaskets হামাগুড়ি ঝোঁক. EPDM এবং FKM হ্যালোজেনের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ নয়।
চাপ হ্রাস:পাতলা টিউবগুলি উচ্চতর প্রবাহ বেগের অনুমতি দেয়, কিন্তু ক্ষয়-জারা PVDF এর সাথে উদ্বেগের বিষয় নয়। 3 m/s পর্যন্ত বেগ টিউবের পাশে গ্রহণযোগ্য।
তাপ সম্প্রসারণ:PVDF এর তাপ সম্প্রসারণের একটি সহগ রয়েছে কার্বন ইস্পাতের প্রায় 8 গুণ। হিট এক্সচেঞ্জার ডিজাইনে অবশ্যই এক্সপানশন লুপ, বেলো বা ভাসমান টিউব শিটের মাধ্যমে ডিফারেনশিয়াল এক্সপেনশনকে মিটমাট করতে হবে।
অন্যান্য ফ্লুরোপলিমার বিকল্পের সাথে তুলনা
ইটিএফই (ইথিলিন টেট্রাফ্লুরোইথিলিন) এবং ইসিটিএফই (ইথিলিন ক্লোরোট্রিফ্লুরোইথিলিন) হ্যালোজেন পরিষেবাতেও ব্যবহৃত হয়। উভয়ই PTFE এবং PVDF এর মধ্যে যান্ত্রিক শক্তি প্রদান করে, কিছু দ্রাবকের জন্য রাসায়নিক প্রতিরোধের সাথে PTFE-এর সামান্য নিচে কিন্তু PVDF-এর উপরে। যাইহোক, PVDF সাধারণত বেশি খরচ-কার্যকর এবং হিট এক্সচেঞ্জার আকারে আরও সহজে পাওয়া যায় (শেল-এবং-টিউব, কয়েল, নিমজ্জন)। ব্রোমাইন এবং ওয়েট ক্লোরিনের জন্য বিশেষভাবে, PVDF এর দীর্ঘ ট্র্যাক রেকর্ড এটিকে একটি প্রান্ত দেয়।
উপসংহার
PVDF হিট এক্সচেঞ্জারগুলি হ্যালোজেন পরিষেবাতে একটি গুরুত্বপূর্ণ স্থান পূরণ করে যেখানে তাদের নির্দিষ্ট প্রতিরোধের ভিজা ক্লোরিন এবং তরল ব্রোমিন, উচ্চতর যান্ত্রিক শক্তির সাথে মিলিত হয়ে PTFE-কে ছাড়িয়ে যায়। পাতলা টিউব দেয়াল, উচ্চ চাপের রেটিং, ভালো ঘর্ষণ প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং নিম্ন প্রবেশের হার PVDF কে একটি ব্যয়বহুল-ক্লোর-ক্ষার, ব্রোমিন পুনরুদ্ধার এবং জীবাণুমুক্তকরণ প্রক্রিয়াগুলির জন্য একটি সাশ্রয়ী এবং নির্ভরযোগ্য পছন্দ করে তোলে যা 135 ডিগ্রির নিচে কাজ করে। যাইহোক, উপাদান নির্বাচনের জন্য প্রক্রিয়ার রসায়নের বিস্তারিত বোঝার প্রয়োজন হয়-যেমন মেরু দ্রাবক, ফিউমিং অ্যাসিড বা উচ্চ-তাপমাত্রা শুকনো ক্লোরিন-যেখানে PTFE প্রয়োজনীয় থাকে তার উপস্থিতি সহ। বেশিরভাগ ক্লোরিন এবং ব্রোমাইন তাপ স্থানান্তর শুল্কের জন্য, PVDF কর্মক্ষমতা এবং স্থায়িত্বের একটি বাধ্যতামূলক ভারসাম্য সরবরাহ করে।
