La integració de processos sovint fomenta la recuperació de la calor entre corrents calents i freds per reduir el consum d'energia. A les plantes químiques corrosives, però, aquest objectiu pot crear un formidable repte de materials. Considereu un cas en què s'utilitza un corrent d'àcid sulfúric concentrat calent per preescalfar l'àcid clorhídric. Tots dos fluids són fortament corrosius i poden atacar la majoria dels metalls, inclosos els acers inoxidables comuns i fins i tot molts materials d'alt-aliatge. Un intercanviador de calor-de closca metàl·lica convencional s'enfrontaria a una degradació ràpida, riscos de contaminació i costos de manteniment elevats. Al mateix temps, un intercanviador de fluoropolímers pot ser desconegut per a alguns equips de disseny. La pregunta és si una construcció de-PTFE està justificada i en quines condicions representa la solució més fiable.
En el servei corrosiu dual, la compatibilitat del material s'ha d'assegurar a ambdós costats de la superfície de transferència de calor. En un intercanviador-i-de tubs tradicionals, només es pot fabricar de manera realista una cara amb un material altament resistent a la corrosió-sense costos extrems. Fins i tot si es seleccionen aliatges exòtics, les interaccions galvàniques, la corrosió de la soldadura i els atacs localitzats continuen sent preocupants. Quan ambdós fluids són agressius i químicament incompatibles amb els metalls, un disseny que elimina completament les superfícies mullades metàl·liques esdevé atractiu.
Una construcció totalment-PTFE aborda aquest repte utilitzant materials fluoropolímers tant per al feix de tubs com per a la carcassa. Els tubs es fabriquen amb PTFE, proporcionant una barrera químicament inert entre els dos corrents de procés. La carcassa, en lloc de ser acer al carboni nu o acer inoxidable, està totalment construïda amb PTFE gruixut o formada a partir d'una carcassa estructural folrada internament amb una capa de carcassa de fluoropolímer que aïlla el metall del contacte amb els fluids. En versions totalment no metàl·liques, ambdós costats de l'intercanviador només estan exposats a superfícies de PTFE.
El principal avantatge d'aquest enfocament és la immunitat química. El PTFE és resistent a una àmplia gamma d'àcids forts, bases i agents oxidants, fins i tot a temperatures elevades. En el servei corrosiu dual, aquesta immunitat química elimina la corrosió com a mode de fallada dominant. No s'introdueixen ions metàl·lics a cap corrent, cosa que és fonamental en processos sensibles a la contaminació per traces. La prevenció de la-contaminació creuada es torna més robusta perquè cap dels fluids entra en contacte amb components metàl·lics que puguin corroir, lixiviar o catalitzar reaccions secundaries.
La puresa del producte és sovint un factor decisiu. En la regeneració d'àcids, la producció química de grau-de semiconductors o la recuperació de calor de la línia de decapat, fins i tot les parts-per-de nivells de ferro o níquel dissolts poden comprometre la qualitat del producte. Un bescanviador totalment-PTFE elimina aquest risc. A la pràctica, tots els-intercanviadors de PTFE són l'estàndard per manipular el gas de clor humit amb àcid, o per recuperar la calor entre corrents àcids barrejats a les línies de decapat, on tots dos fluids ataquen agressivament els metalls i la puresa és essencial.
El comportament de la contaminació és un altre benefici. La baixa energia superficial del PTFE redueix l'adhesió de molts dipòsits, millorant la neteja. Tot i que no són immunes a l'escala o la cristal·lització, les superfícies de fluoropolímer sovint presenten un alliberament d'encrasses més fàcil en comparació amb els substrats metàl·lics, especialment en serveis que impliquen sals precipitades o compostos polimeritzables.
Malgrat aquests avantatges, cal reconèixer les limitacions. El PTFE té una resistència mecànica i una resistència a la pressió significativament menors que l'acer. Un bescanviador de tot-PTFE normalment funciona a nivells de pressió més baixos, i és essencial una avaluació acurada de la pressió diferencial a través de les parets del tub. Per a serveis d'alta-pressió, el gruix de la paret ha d'augmentar, la qual cosa pot reduir l'eficiència de la transferència de calor. Sovint es requereixen estructures de suport mecànics-marcs externs, carcasses reforçades o elements estructurals incrustats-per mantenir l'estabilitat dimensional.
L'expansió tèrmica és una altra consideració important. El PTFE presenta un coeficient d'expansió tèrmica més alt que la majoria dels metalls. En una construcció totalment-PTFE, tant la carcassa com els tubs s'expandeixen a velocitats similars, reduint la tensió diferencial en comparació amb els dissenys híbrids. Tanmateix, el canvi dimensional global pot ser substancial. Els suports, els ancoratges i les connexions dels broquets han d'acomodar aquest moviment sense imposar una tensió excessiva a la carcassa o al feix de tubs.
Els detalls de la connexió requereixen una atenció especial. Un detall crític del disseny és el mètode de connexió de la carcassa de PTFE a la canonada; Les connexions amb brides amb brides de seguretat d'acer revestides de PTFE-s'utilitzen habitualment per proporcionar resistència mentre es mantenen la resistència química. La brida de seguretat proporciona rigidesa mecànica i resistència als cargols, mentre que el revestiment de fluoropolímer garanteix que els fluids del procés romanguin aïllats del metall. La selecció adequada de les juntes i el control del parell són necessaris per evitar el flux fred o la fluïdesa a les cares de la brida de PTFE.
El cost sovint és més elevat per a totes les unitats de-PTFE en comparació amb els intercanviadors de closca metàl·lica- estàndard, especialment per als grans diàmetres. Tanmateix, quan el servei corrosiu dual d'altra manera requeriria materials d'aliatge alt-cars, reemplaçaments freqüents o recobriments complexos, el cost del cicle de vida pot afavorir la solució de fluoropolímer. L'eliminació del temps d'inactivitat i el manteniment relacionats amb la corrosió-pot compensar la despesa de capital inicial.
Tota la construcció de-PTFE és generalment l'opció preferida quan els dos fluids són molt corrosius, quan qualsevol contacte metàl·lic podria catalitzar reaccions no desitjades o quan la prevenció de-contaminació creuada és fonamental. També és avantatjós en aplicacions on l'accés a la inspecció és limitat i es desitja una llarga vida útil sense control de la corrosió.
Un intercanviador de calor totalment-PTFE no elimina la necessitat d'una bona pràctica d'enginyeria. El disseny de pressió, l'anàlisi d'estrès tèrmic i el suport mecànic s'han d'abordar amb el mateix rigor aplicat als equips metàl·lics. Tanmateix, quan es dissenyen correctament, aquests sistemes eliminen la corrosió com a principal preocupació de fiabilitat. Per a processos que impliquen requisits de puresa extrems o productes químics exòtics, un sistema totalment fluoropolímer es pot dissenyar a mida-per satisfer les exigències tèrmiques i mecàniques exactes, proporcionant un rendiment durador en els entorns químics més agressius.
