Il-Problema tal-Aċidu Idrofluworiku
Operazzjonijiet ta' tħin kimiku jużaw etchants ibbażati fuq HF- biex ineħħu b'mod selettiv il-metall mill-komponenti aerospazjali u mediċi. Il-banjijiet joperaw fi 30-60 grad b'konċentrazzjonijiet HF minn 5% sa 20%, ħafna drabi mħallta ma 'aċidu nitriku. Din il-kimika tattakka kważi kull materjal tal-iskambjatur tas-sħana konvenzjonali.
It-titanju, l-għażla standard għal ħafna servizzi ta 'aċidu, jinħall malajr f'HF. Il-jone tal-fluworidu jifforma kumplessi stabbli tat-titanju-fluworidu, li jeqred il-film tal-ossidu passiv u jinħall il-metall sottostanti. Ħiter ta 'immersjoni tat-titanju f'10% HF f'50 grad jista' jipperfora fi żmien ġimgħat.
L-istainless steel imur agħar. L-HF jattakka b'mod aggressiv kemm is-saff passiv tal-ossidu tal-kromju kif ukoll il-matriċi tal-ħadid. Ħiters tal-kwarz jirreżistu l-HF kimikament iżda jintroduċu riskji ta 'ksur inaċċettabbli f'ambjenti ta' produzzjoni fejn l-għodda u l-biċċiet tax-xogħol ta 'spiss jolqtu l-intern tat-tank.
Limitazzjonijiet tal-Għażla tal-Materjal
L-iskambjatur tas-sħana ideali għat-tħin kimiku HF għandu jissodisfa tliet kriterji. L-inertezza kimika għall-HF fil-konċentrazzjonijiet u t-temperaturi kollha tal-proċess mhix-negozjabbli. Hija meħtieġa ebusija mekkanika suffiċjenti għall-immaniġġjar tal-art tal-produzzjoni. Il-prestazzjoni termali adegwata għaż-żamma tal-uniformità tat-temperatura tal-banju tal-inċiżjoni hija essenzjali.
Fluworopolimeri biss jissodisfaw it-tlieta. Fost il-fluworopolimeri, PTFE joffri l-iktar firxa wiesgħa ta 'temperatura u l-aħjar reżistenza kimika. Il-PVDF jirreżisti l-HF f'temperatura tal-kamra iżda jirtab aktar minn 80 grad, u jillimita l-użu tiegħu f'banjijiet imsaħħna.
Tabella 1: Prestazzjoni tal-Materjal tal-Iskambjatur tas-Sħana f'15% HF f'55 grad
| Materjal | Rata ta' Korrużjoni | Durabilità Mekkanika | Ħajja tas-Servizz Mistennija |
|---|---|---|---|
| SS 316L | >5 mm/sena | Tajjeb | Ġranet għal ġimgħat |
| Titanju Gr.2 | >2 mm/sena | Tajjeb | 2-6 ġimgħat |
| Hastelloy C-276 | 0.5-1.5 mm/sena | Tajjeb | 3-8 xhur |
| Kwarz | <0.01 mm/year | Fqir (fraġli) | Frattura-limitata |
| PTFE | <0.001 mm/year | Tajjeb (flessibbli) | Indefinit |
Il-Vantaġġ PTFE fis-Servizz HF
PTFE jikkonsisti f'bonds tal-karbonju-fluworin li huma saturati kimikament. L-atomi tal-fluworin jipproteġu kompletament is-sinsla tal-karbonju. HF ma jistax jattakka PTFE minħabba li l-polimeru huwa diġà fluworinat għal kollox. M'hemm l-ebda mogħdija kimika għar-reazzjoni.
Din l-inertezza testendi għal taħlitiet HF-HNO₃ komuni fit-tħin kimiku tat-titanju. L-aċidu nitriku jossidizza l-metalli iżda jħalli PTFE mhux mibdul. Il-kombinazzjoni ta 'żewġ aċidi aggressivi, kull wieħed distruttiv għal metalli differenti, m'għandha l-ebda effett fuq il-fluworopolimeru.
Il-flessibilità mekkanika tal-PTFE tipprovdi vantaġġ operattiv fuq il-kwarz. Il-kuntatt tal-biċċa tax-xogħol ma 'coil PTFE jista' jikkawża deflessjoni temporanja iżda mhux ksur. It-tubi jassorbi l-enerġija tal-impatt permezz ta 'deformazzjoni elastika, u jerġa' lura għall-forma oriġinali tiegħu. Il-kwarz, għall-kuntrarju, jitfarfar taħt impatt simili.
Konsiderazzjonijiet tad-Disinn Termali
Il-konduttività termali tal-PTFE hija inqas mill-metalli. Tubi tal--ħajt irqiq minn 0.8mm sa 1.2mm jimminimizzaw din ir-reżistenza. Żieda fl-erja tas-superfiċje permezz ta' konfigurazzjonijiet ta' grid b'ħafna-passaġġ tikkumpensa bis-sħiħ.
Għal tank tat-tħin kimiku tipiku li jeħtieġ tisħin ta '60 kW, skambjatur tas-sħana PTFE li juża tubi OD ta' 10mm f'konfigurazzjoni ta 'grilja 15x20 jagħti l-output meħtieġ b'4 barg fwar. Il-coil jokkupa madwar 30% aktar volum minn ekwivalenti metalliku. Dan il-kompromess huwa aċċettat bi skambju għal immunità HF permanenti.
Riżultati tal-Qasam mit-Tħin tal-Komponent Aerospazjali
Faċilità ta 'tħin kimiku aerospazjali li tipproċessa l-komponenti strutturali tat-titanju ssostitwixxa l-iskambjaturi tas-sħana Hastelloy b'unitajiet PTFE wara li rreġistra spejjeż annwali ta' sostituzzjoni li jaqbżu $ 85,000 f'sitt tankijiet tal-inċiżjoni.
Il-koljaturi Hastelloy fallew permezz ta 'korrużjoni uniformi gradwali, bil-ħxuna tal-ħajt tonqos taħt il-limiti sikuri wara 6-8 xhur. Kull sostituzzjoni kienet teħtieġ 16-il siegħa ta 'waqfien għat-tnixxija tat-tank, it-tneħħija tal-coil, l-installazzjoni ġdida tal-coil, u t-tisħin mill-ġdid tal-banju.
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE installati fl-istess tankijiet ilhom joperaw għal aktar minn tliet snin mingħajr degradazzjoni li tista' titkejjel. L-ispezzjonijiet annwali jikkonfermaw il-ħxuna tal-ħajt u l-prestazzjoni tat-trasferiment tas-sħana mhux mibdula. Il-faċilità eliminat is-sostituzzjoni tal-iskambjatur tas-sħana relatata mal-HF-mill-baġit tal-manutenzjoni tagħha.
Sommarju
It-tħin kimiku ta 'l-aċidu idrofluworiku jeqred l-iskambjaturi tas-sħana metalliċi permezz ta' korrużjoni rapida u prevedibbli. It-titanju jinħall f'ġimgħat. L-istainless steel jonqos fi jiem. Anke ligi għolja-nikil jeħtieġu sostituzzjoni frekwenti.
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma kimikament immuni għal taħlitiet HF u HF-HNO₃ fil-konċentrazzjonijiet u temperaturi kollha tal-proċess. L-istruttura tal-polimeru fluworinat kompletament ma tistax tirreaġixxi ma 'jonji tal-fluworidu. It-toughness mekkaniku telimina r-riskju tal-ksur tal-kwarz.
Għal operazzjonijiet ta 'tħin kimiku li jfittxu soluzzjonijiet ta' tisħin HF permanenti, analiżi ta 'inġinerija hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-kimika tal-banju, temperatura operattiva, dimensjonijiet tat-tank, u pressjoni tal-fwar disponibbli.
