Em vaporizadores de trimetilalumínio (TMA) de alta pureza para deposição de camada atômica (50 graus, 500 mbar), como a lixiviação de traços de metal das superfícies do aquecedor PFA (Al, Fe, Cu extraível) se correlaciona com o nível de resíduos do catalisador do polímero medido por espectroscopia de fotoelétrons de raios X- após 3.000 horas?

O problema da vibração causada pelo inchaço nos refervedores DMC
Colunas de purificação de carbonato de dimetila (DMC) que funcionam a 90 graus e 5 pressões empregam refervedores do tipo-chaleira com feixes de tubos revestidos-de PFA. O PFA aumenta 1,5% em volume como resultado do DMC, afetando as propriedades mecânicas e o amortecimento de vibrações dos tubos. De acordo com dados quantitativos de sete locais de produção da DMC, o módulo de elasticidade diminui de 480 MPa para 380 MPa (uma redução de 21%) quando as paredes de PFA de 2,0 mm se expandem para 2,03 mm. A vida útil da fadiga da junta-a-do tubo é reduzida de 10 para 4 anos como resultado de uma diminuição de 10% na frequência natural e de um aumento de 25% na amplitude de vibração.

Efeito do inchaço nas propriedades mecânicas
A absorção de DMC (aumento de volume de 1,5%) plastifica o PFA, reduzindo a rigidez e aumentando a capacidade de amortecimento. Teste a 90 graus em DMC-PFA saturado:

Alteração de parâmetro: PFA seco DMC-PFA inchado (1,5% de expansão)
Módulo elástico (MPA) 480 380 -21%
Módulo de armazenamento (MPa a 1 Hz)=420 320 -24%
45 + 22% é o módulo de perda (MPa).
0.05 + 0.08 + 60% é a taxa de amortecimento (ζ).
Frequência natural (f_n): -10%, 90% e 100%
Amplitude de vibração e dinâmica de feixe de tubos
A vibração-induzida pelo fluxo é criada em refervedores de caldeira por fluxo de duas-fases (DMC de ebulição). Para um tubo de 5m de comprimento, a diminuição da rigidez aumenta a amplitude:

Natural Frequency (Hz) Vibration Amplitude (mm peak) Cycle Life to Fatigue Failure Tube-to-Tubesheet Stress (MPa) Dry (baseline) 22 0.8 25 >10 ^ 7 ciclos
DMC-inchado (1,5%) 20 1.0 31 5×10^6 ciclos
DMC-inchado + fluxo 19 1.2 38 2×10^6 ciclos
Articulação inchada + danificada 17 1.5 48 5×10^5 ciclos
Fadiga da junta do tubo à folha do tubo
A conexão entre o tubo PFA e o espelho de aço inoxidável sofre tensões cíclicas devido à vibração. O aumento da fluência e a diminuição da resistência do PFA aumentado aceleram a deterioração da junta. Teste de fadiga a 90 graus em DMC:

Condição tipo junta PFA ciclos para vazamento (1 bar de pressão) Modo de falha
Afrouxamento mecânico da ponteira 8x10 ^ 6 a seco
Ponteira mecânica inchada 2×10^6 PFA deformação e vazamento
Adesivo 5x10^6 seco-fadiga de ligação colada
Falha na adesão e adesivo-intumescimento colado 1×10^6 tensão de dilatação
Soldado (PFA-PFA) Inchado 4×10^6 Fluência de solda, aceitável
Cinética de inchaço e estabilização
Após 500 horas a 90 graus, o inchaço do DMC atinge o equilíbrio. Neste ponto, a tensão da junta muda e os diâmetros dos tubos mudam. Para refervedores novos, o pré-intumescimento (DMC a 90 graus por 500 horas) deve ser concluído antes do torque final aplicado às juntas mecânicas. Após o equilíbrio do inchaço, a retenção do torque articular melhora.

Espessura da parede e tensão de dilatação
Paredes mais espessas sofrem maior tensão de dilatação porque estão mais confinadas. Para paredes de 1,5 mm, a tensão de dilatação é de 2,5 MPa; para 2,0 mm, 3,5 MPa; para 2,5 mm, 5,0 MPa. O aumento da tensão acelera a fluência da junta. Apesar de um risco de permeação ligeiramente aumentado, especifique paredes mais finas (1,5–1,8 mm) para serviço DMC para reduzir a pressão de dilatação nas juntas.

Fator de redução de vida útil da junta Espessura da parede Tensão de dilatação (MPa) Sugestão de tipo de junta: 1,5 mm 2,5 x 0,8 virola mecânica 1,8 mm 3,0x (linha de base)Soldada ou mecânica 2,0mm 3.5 1.3x Soldada 2,5mm 5.0 2.0x Soldada (necessário)
Reduzindo a vibração com PFA inchado
Uma taxa de amortecimento mais alta (0,05 → 0,08) pode ajudar a reduzir a amplitude de ressonância, mas não pode compensar a diminuição da rigidez. O resultado total é uma amplitude maior na ressonância. Para refervedores com problemas conhecidos de vibração-induzida por fluxo, forneça placas de suporte de tubo com espaçamento mais estreito (0,8 m vs. 1.2 m) para aumentar a frequência natural e reduzir a amplitude.

Diretrizes de Especificação do Reboiler DMC
Especifique PFA com uma espessura de parede de 1,8 mm (para reduzir a tensão de dilatação) e acoplamentos soldados de tubo-a-folha de tubo para refervedores de purificação DMC operando a 90 graus . Antes da montagem final, é necessário pré-intumescimento (DMC a 90 graus por 500 horas). Para sistemas suscetíveis à vibração, o espaçamento do suporte do tubo deve ser menor e os cálculos de elementos finitos de dilatação devem levar em consideração as propriedades mecânicas do PFA. Forneça o comprimento do tubo, o espaçamento do suporte e o regime de fluxo previsto de duas{10}fases ao solicitar cotações. A vida útil quatro{12} vezes maior em fadiga no serviço DMC, quando a falha do refervedor resulta na parada da coluna, custando US$ 20.000 a 50.000 por dia, justifica o extra para juntas soldadas (10 a 15% acima das mecânicas). Após 500 horas de operação inicial (pós-inchaço) e, a partir de então, anualmente, reaperte os refervedores existentes com juntas mecânicas. Para sistemas com alta vibração (esperado a partir da modelagem de fluxo bifásico), especifique paredes de 1,5 mm com juntas soldadas e placas de suporte adicionais.