L-Ambjent tad-Diossidu tal-Kloru
Id-dijossidu tal-kloru huwa l-aġent dominanti tal-ibbliċjar fl-imtieħen moderni tal-polpa u tal-karta. Huwa ossidatur qawwi b'potenzjal ta 'tnaqqis ta' 0.95 V, kapaċi jossidizza l-lignin filwaqt li jippreserva ċ-ċelluloża. Huwa wkoll korrużiv aggressiv għall-biċċa l-kbira tal-polimeri u l-metalli.
Il-proċess tal-ibbliċjar jesponi l-iskambjaturi tas-sħana għal ClO₂ f'konċentrazzjonijiet ta '5-15 g/L, temperaturi ta' 50-75 grad, u pH li jvarjaw minn 2 sa 4. Il-kombinazzjoni ta 'qawwa ossidanti qawwija, temperatura elevata, u pH aċiduż toħloq ambjent impenjattiv għall-materjali tal-kostruzzjoni.
Żewġ fluworopolimeri huma kandidati għal dan is-servizz: PTFE u ECTFE. It-tnejn huma kkummerċjalizzati bħala reżistenti kimikament. L-istrutturi molekulari tagħhom ivarjaw b'modi li jaffettwaw b'mod kritiku r-reżistenza tagħhom għad-dijossidu tal-kloru fuq servizz estiż.
Id-Differenza fl-Istruttura Molekulari
PTFE huwa poly(tetrafluoroethylene): sinsla tal-karbonju kompletament saturata bl-atomi tal-fluworin. Kull bond tal-karbonju-idroġenu li jista' jiġi ossidizzat ġie sostitwit b'bond tal-karbonju-fluworin. L-enerġija ta' dissoċjazzjoni tal-bond C-F hija bejn wieħed u ieħor 485 kJ/mol. Id-dijossidu tal-kloru, minkejja l-qawwa ossidanti qawwija tiegħu, ma jistax jikser din ir-rabta.
ECTFE huwa poly(ethylene-co-chlorotrifluoroethylene): kopolimeru alternanti 1:1 ta 'etilene u chlorotrifluoroethylene. Nofs l-atomi tal-karbonju fis-sinsla jġorru atomi tal-idroġenu aktar milli fluworin jew klorin. L-enerġija tad-dissoċjazzjoni tal-bond C-H hija bejn wieħed u ieħor 410 kJ/mol-sinifikament inqas mill-bond C{-F.
Fis-servizz tad-dijossidu tal-kloru, il-bonds C-H fl-ECTFE huma l-punti ta 'attakk ossidattiv. Id-dijossidu tal-kloru jastratta l-atomi tal-idroġenu mis-sinsla tal-polimeru, u joħloq radikali tal-karbonju. Ir-radikali jirreaġixxu ma 'l-ossiġnu jew l-ilma biex jiffurmaw gruppi karbonil u karbossili. Qiss tal-katina ġej. Il-piż molekulari tal-polimeru tal-wiċċ jonqos. Il-materjal jitfarrak, tifforma mikro-xquq, u eventwalment il-wiċċ jitnaqqar.
Tabella 1: Tqabbil tar-Reżistenza għad-Diossidu tal-Kloru (10 g/L ClO₂, pH 3, 70 grad)
| Parametru tar-reżistenza | ECTFE | PTFE |
|---|---|---|
| C-H bonds fis-sinsla tal-polimeru | Iva (50% tal-karbonju) | Xejn |
| Mekkaniżmu ta 'attakk ossidattiv | Estrazzjoni ta 'l-idroġenu → qass tal-katina | L-ebda mogħdija ta 'reazzjoni |
| Rata ta' ossidazzjoni tal-wiċċ f'70 grad (μm/sena) | 5-20 | 0 |
| Żamma tas-saħħa tat-tensjoni wara sentejn (%) | 60-80 | > 95 |
| Żamma ta' elongazzjoni wara sentejn (%) | 40-70 | > 90 |
| Mikro-qsim | 12-18-il xahar | Ma sseħħx |
| Temperatura tas-servizz massima rakkomandata f'ClO₂ | 60 grad (limitat mill-ossidazzjoni) | 260 grad (kimika-indipendenti) |
| Ħajja tas-servizz mistennija fl-ibbliċjar | 2-5 snin | 10+ snin |
L-Aċċelerazzjoni tat-Temperatura
Id-degradazzjoni ossidattiva ta 'ECTFE fid-dijossidu tal-kloru ssegwi l-kinetika ta' Arrhenius: ir-rata bejn wieħed u ieħor tirdoppja għal kull żieda fit-temperatura ta '10 gradi. F'50 grad, ECTFE jista 'jipprovdi 5-8 snin ta' servizz. F'70 grad, il-ħajja tas-servizz tqassar għal 2-4 snin. Fi 80 grad, falliment jista 'jseħħ fi żmien 12-18-il xahar.
Ir-rata ta 'ossidazzjoni tal-PTFE hija żero fit-temperaturi kollha taħt il-260 grad. Il-ħajja tas-servizz hija indipendenti mill-konċentrazzjoni u t-temperatura tad-dijossidu tal-kloru. Il-fattur li jillimita l-ħajja-huwa t-tkaxkir mekkaniku mill-pressjoni tal-fwar, mhux degradazzjoni kimika.
Għall-imtieħen tal-polpa u tal-karta li joperaw linji tal-ibbliċjar fit-tarf ta 'fuq tal-firxa tat-temperatura biex jimmassimizzaw il-kinetika tar-reazzjoni, PTFE jipprovdi servizz affidabbli fuq żmien twil- fejn l-ECTFE jiġi kkunsmat progressivament.
Il-Kalkolu Ekonomiku
L-ECTFE jiswa inqas minn PTFE għal kull kilogramma u għandu konduttività termali kemmxejn ogħla, li tippermetti erja tal-wiċċ iżgħar tal-iskambjatur tas-sħana għal dmir partikolari. L-ispiża tat-tagħmir inizjali għall-ECTFE hija tipikament 60-80% tal-ekwivalenti tal-PTFE.
Madankollu, il-ħajja ta 'servizz finita ta' ECTFE fid-dijossidu tal-kloru tfisser sostituzzjoni kull 2-5 snin. L-ispiża tas-sostituzzjoni tinkludi mhux biss l-iskambjatur il-ġdid iżda wkoll ix-xogħol tal-installazzjoni u l-waqfien tal-produzzjoni. Matul ċiklu operattiv tal-mitħna ta '10 snin, l-iskambjaturi ECTFE jiġu sostitwiti 2-4 darbiet. L-iskambjaturi tal-PTFE jiġu sostitwiti żero darbiet.
L-ispiża totali taċ-ċiklu tal-ħajja-tagħmir inizjali flimkien ma' avvenimenti ta' sostituzzjoni-jipfavorixxi l-PTFE b'fattur ta' 2-3 f'servizz ta' ibbliċjar kontinwu f'temperaturi 'l fuq minn 60 grad .
Sommarju
Il-PTFE jissupera lill-ECTFE fis-servizz tal-ibbliċjar tad-dijossidu tal-kloru minħabba li l-PTFE m'għandux bonds tal-karbonju-idroġenu biex l-ossidant jattakka. Il-komonomeru tal-etilene tal-ECTFE jipprovdi bonds C-H li jiġu ossidizzati progressivament, li jwasslu għal fraġilità tal-wiċċ, mikro-qsim, u falliment eventwali fi żmien 2-5 snin f'temperaturi normali ta' ibbliċjar.
L-ispiża inizjali ogħla tal-PTFE tiġi rkuprata permezz tal-eliminazzjoni ta 'avvenimenti ta' sostituzzjoni matul il-ħajja operattiva tal-linja tal-ibbliċjar. Għall-imtieħen li joperaw 'il fuq minn 60 grad, PTFE huwa l-fluworopolimeru preferut għas-servizz tad-dijossidu tal-kloru.
L-analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tal-iskambjatur tas-sħana tal-ibbliċjar hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-konċentrazzjoni ClO₂, it-temperatura operattiva, il-pH, id-dejta tal-ħajja tas-servizz tal-iskambjatur kurrenti, u r-restrizzjonijiet tal-iskedar tal-produzzjoni tal-mitħna.
