Die Trägheit von PTFE (Teflon) hat es naturgemäß für Anwendungen mit korrosiven Chemikalien prädestiniert. PTFE reagiert nicht nur mit fast allen Chemikalien (bemerkenswerte Ausnahmen sind Natrium und Laugen bei erhöhten Temperaturen), sondern zeigt seine Eigenschaften auch bis zu Temperaturen von 250 °C. Diese scheinbar unüberwindliche Natur ermöglicht es Herstellern und Systemdesignern, PTFE zu verwenden, ohne sich Sorgen machen zu müssen, welche Chemikalien in einem System vorhanden sein könnten.
Viele chemische Bäder sind so konzipiert, dass sie eine Vielzahl verschiedener Chemikalien aufnehmen können. Der Bedarf an gleichmäßigem Erhitzen oder Kühlen dieser Chemikalien wird durch den Einsatz von Universalwärmetauschern gedeckt. In seiner einfachsten Ausführung besteht der Wärmetauscher aus zwei Adaptern, die durch viele Rohrlängen miteinander verbunden sind. Die Adapter sind runde Blöcke mit mehreren Löchern, von denen jedes dazu bestimmt ist, ein Ende des Rohrs aufzunehmen. Der Adapter ist wiederum mit einem Gerät verbunden, das Flüssigkeiten abpumpt, die dann durch das Rohr und aus dem anderen Adapter gelangen. Die Flüssigkeit kann entsprechend erhitzt oder gekühlt werden, um das chemische Bad zu erhitzen bzw. zu kühlen. Die Rohre – die viele Meter lang sein können – sind in das chemische Bad eingetaucht, wodurch der Wärmeübergang zwischen der Chemikalie und der Flüssigkeit in den Rohren stattfinden kann. Die Größe, Länge und Anzahl dieser Rohre bestimmen das Volumen der Flüssigkeiten, die durch den Wärmetauscher geleitet werden können. Darüber hinaus trägt die Wandstärke der verwendeten Rohre zur Effizienz der Wärmeübertragung bei.
PTFE (Teflon)-Wärmetauscher folgen diesem Design, wobei sowohl die Adapter als auch die Rohre aus reinem, jungfräulichem PTFE hergestellt werden. Der Herstellungsprozess kann jedoch knifflig sein. Zum einen, da sich PTFE selbst nicht leicht verbindet, muss das Verschmelzen der Rohre mit dem Adapter auf eine von zwei Arten erfolgen:
1. Kleben – der Außendurchmesser des Rohrs wird chemisch behandelt, ebenso wie die inneren Löcher des Adapters. Das Kleben kann mit einem Industriekleber erfolgen, der auch Beständigkeit gegen die Chemikalien im Bad aufweisen muss. Der Vorteil des Klebens ist, dass die Herstellung einer solchen Baugruppe viel einfacher ist. Der Nachteil ist, dass die Verbindung angesichts hoher Temperaturen und im Falle des Eindringens einer unerwarteten Chemikalie in die Mischung möglicherweise nicht hält.
2. Schweißen – das Schweißen von PTFE ist sehr knifflig und ist ebenso eine Kunst wie eine Wissenschaft. PTFE-Schweißen kann nur erfolgen, wenn speziell modifizierte PTFE-Sorten verwendet werden, die sich selbst verschweißen lassen. Sorten wie Chemour’s NXT und Inoflon’s M490 sind Beispiele für modifizierte Sorten, die zur Herstellung der Adapter verwendet werden können. Auch die Rohre müssen entsprechend hergestellt werden. Modifizierte Rohrsorten sind erforderlich, um sicherzustellen, dass sowohl das Rohr als auch die Adapter unter Hochtemperaturbedingungen miteinander verschmelzen können.
Abgesehen von der Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit ist es auch wichtig, dass die Wärmetauscherbaugruppe dem Druckaufbau durch den Flüssigkeitsdurchgang standhalten kann. Bei höheren Drücken müssen sowohl die verschmolzene/geklebte Baugruppe als auch das Rohr selbst in der Lage sein, diesen standzuhalten. Aus diesem Grund spielt die Wandstärke des PTFE eine doppelte Rolle. Einerseits sorgt eine geringere Wandstärke, da PTFE ein schlechter Leiter ist, dafür, dass die Wärmeübertragung effizienter ist. Andererseits bedeutet ein dünneres Rohr mehr Komplikationen beim Kleben und/oder Schweißen sowie eine geringere Fähigkeit, höheren Drücken standzuhalten.
Abgesehen von der Verwendung von PTFE in der Wärmetauscherbaugruppe findet auch expandiertes PTFE (ePTFE) in dieser Anwendung erhebliche Verwendung. Wie jungfräuliches PTFE weist auch ePTFE hervorragende chemische und hitzebeständige Eigenschaften auf. Gleichzeitig stellen die Dichtungseigenschaften von ePTFE sicher, dass es ein effektives Dichtungsmaterial in jedem Teil der Baugruppe bildet, der Klemmen und effektives Abdichten für die Flüssigkeiten erfordern kann.
Insgesamt scheint es unvermeidlich, dass PTFE für bestimmte chemische Bäder die einzig praktikable Option für eine Wärmetauscherbaugruppe ist. Mit der richtigen Herstellung und den richtigen Materialien bietet es eine sehr effektive, langlebige und vielseitige Lösung für alle Branchen, in denen Wärmetauscher benötigt werden.
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