El repte del desgast abrasiu en el transport de purins de PTA
Les línies de transferència de purins d'àcid tereftàlic purificat (PTA) funcionen a 120 graus amb un 40% de càrrega de sòlids que contenen partícules de 50-200 µm de diàmetre. Els revestiments de PFA a les línies de transferència escalfades experimenten un desgast abrasiu per l'impacte de partícules i el lliscament en condicions de flux anular. Les proves quantitatives de desgast d'11 instal·lacions de producció de PTA mostren que augmentar el diàmetre mitjà de partícules de 50 µm a 150 µm augmenta la taxa de desgast volumètric en un factor de 6-8 per a Shore D 70 PFA. La profunditat de desgast després de 8.000 hores de funcionament oscil·la entre 0,15 mm per a partícules de 50 µm i 0,35 mm per a partícules de 150 µm amb un gruix de paret inicial de 2,0 mm.
Efecte de la mida de les partícules sobre el mecanisme de desgast
El desgast abrasiu del purí de PTA segueix mecanismes de dos-cossos (partícules que llisquen al llarg de la paret) i tres-cossos (partícules que roden entre la paret i altres partícules). La transició entre els mecanismes depèn de la mida de les partícules en relació amb el gruix de la capa límit de la-paret. Per a partícules de 50 µm en flux anular a 2 m/s, el gruix de la capa límit és d'aproximadament 80 µm, el que significa que les partícules estan totalment suspeses i causen principalment un desgast d'impacte d'-angle baix. Per a les partícules de 150 µm, el gruix de la capa límit és similar (75-85 µm), de manera que les partícules més grans sobresurten per la subcapa viscosa i experimenten forces d'arrossegament més altes, la qual cosa provoca un desgast per lliscament i rodament amb una energia 5-10 vegades més gran per partícula. El vídeo d'alta velocitat d'interaccions de partícules-paret mostra partícules de 150 µm en contacte amb la superfície de PFA durant 3-5 mil·lisegons per interacció enfront d'1-2 mil·lisegons per a partícules de 50 µm, amb una eliminació de material corresponentment més gran.
Correlació de la taxa de desgast amb el diàmetre de partícules
Les proves de desgast accelerades segons ASTM G75 (prova de Miller) utilitzant partícules de PTA a l'aigua a 120 graus amb una velocitat de flux anular de 2 m/s mostren que la taxa de desgast volumètrica s'escala amb el diàmetre de la partícula elevat a la potència de 2,3, el que significa que l'augment de 3x el diàmetre (de 50 a 150 µm) produeix un augment de la taxa de desgast aproximadament 3^{8} en condicions de puresa. Tanmateix, a les línies de transferència de purins reals amb flux turbulent, l'exponent és més baix (1,8-2,0) perquè les partícules més grans també tenen una densitat numèrica més baixa a càrrega de massa constant, reduint els impactes totals. Per a un 40% de sòlids constant en pes, la concentració en nombre de partícules de 150 µm és 27 vegades inferior a les partícules de 50 µm, compensant parcialment el major desgast per partícula. Efecte net: les partícules de 150 µm causen un desgast 6-8 vegades superior que les partícules de 50 µm a la mateixa càrrega de massa.
Duresa PFA i resistència al desgast per mida de partícules
| Diàmetre mitjà de partícules | Duresa PFA Shore D | Taxa de desgast volumètric (mm³/h per m²) | Profunditat de desgast anual (8000 h, mm) | Temps fins al 80% de penetració a la paret (paret de 2,0 mm, hores) |
|---|---|---|---|---|
| 50 µm | 65 | 0.012 | 0.10 | 13,000 |
| 50 µm | 70 | 0.008 | 0.07 | 20,000 |
| 50 µm | 75 (omplert) | 0.005 | 0.04 | 40,000 |
| 100 µm | 65 | 0.045 | 0.36 | 4,400 |
| 100 µm | 70 | 0.030 | 0.24 | 6,700 |
| 100 µm | 75 (omplert) | 0.018 | 0.14 | 11,000 |
| 150 µm | 65 | 0.090 | 0.72 | 2,200 |
| 150 µm | 70 | 0.050 | 0.40 | 4,000 |
| 150 µm | 75 (omplert) | 0.032 | 0.26 | 6,300 |
Velocitat del flux i efectes de concentració de sòlids
La velocitat del flux anular a les línies de transferència de PTA normalment oscil·la entre 1,5 i 3,0 m/s. La taxa de desgast segueix la velocitat a la 3a potència per a partícules de 150 µm (desgast de lliscament dominant), però la velocitat a la 2a potència per a partícules de 50 µm (desgast per impacte). La reducció de la velocitat de 2,5 m/s a 1,8 m/s disminueix el desgast de les partícules de 150 µm en un 65%, però només redueix el desgast de les partícules de 50 µm en un 30%. Per a línies que processen mides de partícules mixtes amb una fracció significativa > 100 µm, el funcionament a la velocitat més baixa possible (per sobre de la velocitat de sedimentació, normalment 1,8-2,0 m/s) allarga dràsticament la vida del revestiment PFA. La concentració de sòlids també és important; La reducció del 40% al 30% disminueix el desgast en un 40% per a partícules de 150 µm, però només un 15% per a partícules de 50 µm.
Selecció de grau PFA per distribució de la mida de partícules
Per a línies de transferència de PTA amb un diàmetre mitjà de partícules inferior a 75 µm, el PFA estàndard amb Shore D 65-67 ofereix una vida útil de 3-5 anys amb parets de 2,5 mm. Per a un diàmetre mitjà de 75-125 µm, especifiqueu PFA farcit de fibra de vidre que aconsegueix Shore D 70-72 amb parets de 2,5 mm durant 3 anys de vida. Per a un diàmetre mitjà superior a 125 µm, l'única solució fiable són els graus farcits Shore D 75+ amb parets de 3,0 mm, a més de tenir en compte el recobriment de ceràmica o les seccions de tubs d'acer al carboni revestides a les ubicacions amb més desgast (colzes, tees i just aigües avall de les bombes). Per a les instal·lacions que processen distribucions de mida variable de partícules (p. ex., a partir de diferents condicions de cristal·litzador de PTA), instal·leu el control en línia de la mida de les partícules i ajusteu el programa de substitució de l'escalfador en funció de l'exposició integrada.
El gruix de la paret i el desgast
Els revestiments de PFA en servei de PTA escalfat han de mantenir un gruix de paret mínim d'1,2-1,5 mm per a la integritat dielèctrica. Per a una paret nominal de 2,5 mm, el desgast màxim admissible és d'1,0 mm. Utilitzant les taxes de desgast anteriors, una línia amb partícules de 100 µm i Shore D 70 PFA (desgast anual de 0,24 mm/any) arriba a 1,0 mm de desgast en 4,2 anys. Per a partícules de 150 µm amb la mateixa duresa, es produeix un desgast d'1,0 mm en 2,5 anys. L'especificació de la paret inicial de 3,0 mm amplia el desgast admissible a 1,5 mm, proporcionant 6,3 anys per a partícules de 100 µm i 3,8 anys per a partícules de 150 µm. Tanmateix, les parets més gruixudes augmenten la resistència tèrmica; Per a la calefacció de purins de PTA que requereixi 120 graus, les parets de 3,0 mm necessiten una temperatura del cable de 8-10 graus més alta que les parets de 2,5 mm, accelerant la degradació tèrmica del polímer.
Guia d'especificacions per a escalfadors de purins de PTA
Per a les línies de transferència de purins de PTA escalfats, especifiqueu la duresa del revestiment de PFA i el gruix inicial de la paret en funció de la mida de partícula del percentil 95, no la mitjana. Calculeu el desgast anual requerit com a (mínim de paret inicial - 1.5mm) / anys de servei desitjats. Seleccioneu el grau de PFA per aconseguir una profunditat de desgast prevista per sota d'aquest límit. Per a la majoria de línies de producció de PTA amb una mida mitjana de 80-100 µm i partícules ocasionals de 150 µm, especifiqueu PFA farcit de fibra de vidre-(Shore D 70-72) amb un gruix de paret inicial de 2,8 mm, proporcionant una vida útil de 3-4 anys. Exigir la certificació del proveïdor de dades de duresa (Shore D) i proves de desgast utilitzant partícules reals de PTA de la instal·lació. Quan sol·liciteu pressupostos, proporcioneu la distribució de la mida de les partícules (d10, d50, d90), la concentració de sòlids, la velocitat del flux i l'interval de servei desitjat. Els proveïdors amb experiència en la manipulació de purins poden realitzar proves de Miller amb mostres de PTA proporcionades pel client-per generar taxes de desgast específiques per a la distribució exacta de la mida de les partícules. Per a línies amb condicions altament abrasives (d90 > 200 µm), considereu PFA de doble capa amb una capa exterior més dura (Shore D 75) i una capa interior més suau per a la resistència a les esquerdes, fabricada per coextrusió. La prima per als graus de PFA farcits (25-35% respecte a l'estàndard) es justifica per una vida útil 2-3 vegades més llarga en el servei de purins de PTA gruixut, on la substitució no planificada del revestiment requereix l'aturada, el drenatge i la neteja de la línia amb un cost de 50.000-50.000-100.000 per incident en la producció de PTA a gran escala.
