L-Ambjent Kawstiku Konċentrat
L-idrossidu tas-sodju 'l fuq minn 50% konċentrazzjoni f'temperatura elevata hija waħda mill-kimiċi industrijali l-aktar aggressivi. Ħoll il-ħġieġ, jattakka l-biċċa l-kbira tal-metalli permezz ta 'qsim tal-korrużjoni tal-istress kawstiku jew dissoluzzjoni uniformi, u jiddegrada ħafna polimeri permezz ta' idroliżi alkalina. Il-kombinazzjoni ta 'pH għoli (14+), temperatura elevata, u l-jone qawwi ta' idrossidu nukleofiliku tagħmel l-għażla tal-materjal estremament ristretta.
Alumina taċ-ċeramika (ossidu tal-aluminju, Al₂O₃) hija waħda mill-ftit materjali b'reżistenza utli għal kawstika ikkonċentrata sħuna. It-twaħħil joniku-kovalenti tiegħu u l-mikrostruttura densa jipprovdu stabbiltà kimika f'ambjenti alkalini fejn il-metalli u l-ħġieġ ifallu. L-iskambjaturi tas-sħana tal-alumina jservu f'applikazzjonijiet speċjalizzati għall-ipproċessar kawstiku.
PTFE huwa universalment reżistenti għall-idrossidu tas-sodju fil-konċentrazzjonijiet u temperaturi kollha sa 260 grad. It-tqabbil ma 'l-alumina huwa bejn ċeramika li tirreżisti kawstika permezz ta' stabbiltà termodinamika ta 'l-ossidu, u polimeru li huwa intrinsikament immuni għal attakk alkalin.
Il-Mekkaniżmu ta' Dissoluzzjoni tal-Alumina
L-alumina mhix kompletament inerti għall-idrossidu tas-sodju. F'konċentrazzjonijiet għoljin u temperaturi elevati, isseħħ reazzjoni kimika bil-mod:
Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2NaAl(OH)₄
Il-prodott tal-aluminat tas-sodju jinħall u jinħall fis-soluzzjoni kawstika. Il-wiċċ ta ' l-alumina huwa progressivament inċiżi bogħod. Ir-rata ta 'dissoluzzjoni tiddependi ħafna fuq it-temperatura u l-konċentrazzjoni kawstika.
F'50% NaOH u 100 grad , ir-rata ta 'dissoluzzjoni ta' alumina ta 'purità għolja -(99.7%) hija bejn wieħed u ieħor 0.02-0.05 mm/sena. Din ir-rata hija baxxa biżżejjed għas-servizz industrijali, iżda mhix żero. Matul ħajja ta 'servizz ta' 10 snin, jintilef 0.2-0.5mm tal-wiċċ. It-tubi tal-iskambjatur tas-sħana tal-alumina għandhom jinkludu allowance għall-korrużjoni fil-ħxuna tal-ħajt.
Ix-xoljiment rarament ikun perfettament uniformi. Iċ-ċeramika ta 'l-alumina hija polikristallina, u l-konfini tal-qamħ jinċiżi ftit aktar malajr mill-interjuri tal-qamħ. Maż-żmien, il-ħruxija tal-wiċċ tiżdied. Il-wiċċ imħaffef jipprovdi siti ta' nukleazzjoni għal depożitu ta' melħ kawstiku, li jista' jwassal għal attakk lokalizzat taħt-depożitu.
Tabella 1: Tqabbil tar-Reżistenza Kawstika Konċentrata (50% NaOH)
| Parametru tar-reżistenza | Alumina Ċeramika (99.7% Al₂O₃) | PTFE |
|---|---|---|
| Mekkaniżmu ta 'korrużjoni | Dissoluzzjoni kimika (Al₂O₃ → NaAl(OH)₄) | Xejn |
| Rata ta' dissoluzzjoni f'100 grad (mm/sena) | 0.02-0.05 | 0 |
| Rata ta' dissoluzzjoni f'150 grad (mm/sena) | 0.10-0.30 | 0 |
| Limitu tat-temperatura f'50% NaOH (grad) | ~150 (dissoluzzjoni aċċellerata hawn fuq) | 260 |
| Ħruxija tal-wiċċ maż-żmien | Iva (inċiżjoni tal-konfini tal-qamħ) | Nru |
| Suxxettibilità għal xokk termali | Moderat (fraġilità taċ-ċeramika) | Xejn |
| Konduttività termali (W/m·K) | 25-35 | 0.25 |
| Modalità ta 'falliment mekkaniku | Ksur fraġli | Crep duttili |
| Il-kumplessità tal-fabbrikazzjoni | Għoli (ipproċessar speċjalizzat taċ-ċeramika) | Moderat |
Il-Vulnerabilità tax-Xokk Termali
Iċ-ċeramika ta 'l-alumina, bħaċ-ċeramika kollha, hija fraġli. Ir-reżistenza tax-xokk termali tagħha hija limitata mill-kombinazzjoni ta 'koeffiċjent ta' espansjoni termali moderat (8 × 10⁻⁶/ grad ) u modulu elastiku għoli (350 GPa). Bidliet rapidi fit-temperatura joħolqu stress termali li jistgħu jkissru ċ-ċeramika.
Fl-ipproċessar kawstiku, eskursjonijiet fit-temperatura jseħħu waqt l-istartjar, l-għeluq, u t-taqlib tal-proċess. Kawstiku kiesaħ introdott fi skambjatur tal-alumina sħun, jew kawstiku sħun fi skambjatur kiesaħ, joħloq gradjenti termali li jistgħu jkissru t-tubi. Il-probabbiltà tal-ksur tiddependi fuq il-kobor u r-rata tal-bidla fit-temperatura, u fuq il-preżenza ta 'difetti fil-wiċċ mill-fabbrikazzjoni jew is-servizz.
PTFE huwa immuni għal xokk termali. Il-modulu elastiku baxx tiegħu jippermettilu li jakkomoda bidliet rapidi fit-temperatura permezz ta 'deformazzjoni elastika. Ma jeżisti l-ebda mekkaniżmu ta 'ksur f'rati normali ta' tibdil fit-temperatura tal-proċess.
It-Trasferiment tas-Sħana u l-Kummerċ tal-Marka-off
Il-konduttività termali tal-alumina ta '25-35 W/m·K hija bejn wieħed u ieħor 100-140 darba ogħla minn 0.25 W/m·K tal-PTFE. L-iskambjatur tas-sħana tal-alumina huwa drammatikament aktar kompatt għall-istess dazju tas-sħana. F'installazzjonijiet ristretti fl-ispazju, dan huwa vantaġġ sinifikanti.
PTFE jeħtieġ 3-4 darbiet l-erja tas-superfiċje, li tirriżulta f'impronta fiżika akbar. L-għażla bejn alumina u PTFE ħafna drabi tiddependi fuq jekk l-ispazju ta 'installazzjoni jistax jakkomoda l-iskambjatur PTFE akbar. Fejn hemm spazju disponibbli, l-immunità assoluta tal-PTFE għal dissoluzzjoni kawstika u ksur ta 'xokk termali tipprovdi s-soluzzjoni ta' riskju aktar baxx.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma immuni għall-idrossidu tas-sodju fil-konċentrazzjonijiet u temperaturi kollha sa 260 grad. Iċ-ċeramika tal-alumina tirreżisti sew il-kawstika iżda tgħaddi minn dissoluzzjoni bil-mod li tikkonsma l-ħxuna tal-ħajt u tħaffef l-uċuħ maż-żmien. L-alumina hija wkoll vulnerabbli għal ksur ta 'xokk termali minn eskursjonijiet fit-temperatura, riskju li PTFE jelimina kompletament.
Il-vantaġġ tal-konduttività termali tal-alumina jipprovdi skambjatur aktar kompatt, li jista' jkun deċiżiv fl-istallazzjonijiet-kostretti fl-ispazju. Fejn l-ispazju jippermetti, l-immunità kimika assoluta tal-PTFE u l-ħelsien mir-riskju ta 'ksur fraġli jagħmluha l-għażla ta' riskju aktar baxx-għal servizz kawstiku kkonċentrat.
L-analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tas-servizz kawstiku hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-konċentrazzjoni ta 'NaOH, il-firxa tat-temperatura operattiva, il-karatteristiċi taċ-ċikli tat-temperatura, id-dazju tas-sħana, u l-ispazju ta' installazzjoni disponibbli.
