L-Ambjent Estrem
Il-pickling tal-aċidu nitriku-idrofluworiku mħallat f'90 grad jirrappreżenta wieħed mill-aktar ambjenti aggressivi fl-ipproċessar kimiku industrijali. Is-soluzzjoni-tipikament 10-20% HNO₃ u 2-5% HF-tgħaqqad il-qawwa ossidanti qawwija ta 'aċidu nitriku mal-abbiltà unika tal-jone fluworidu li jikkumplessa ma' u ħoll films protettivi ta 'ossidu fuq metalli.
Tantalu-2.5% liga tat-tungstenu (Ta-2.5W) huwa l-aktar materjal metalliku reżistenti għall-korrużjoni disponibbli kummerċjalment għal dan is-servizz. It-tantalu pur diġà juri reżistenza eċċezzjonali; iż-żieda tat-tungstenu ssaħħaħ il-liga u tkompli ttejjeb ir-reżistenza għall-attakk tal-fluworidu permezz ta 'effetti ta' soluzzjoni solida fuq il-film passiv.
PTFE huwa immuni kemm għall-aċidi individwalment kif ukoll għall-kombinazzjoni tagħhom. M'hemm l-ebda film passiv biex tattakka. M'hemm l-ebda atomi tal-metall għall-fluworidu għall-kumpless. Il-paragun bejn l-aktar metall reżistenti u l-polimeru inert f'dan l-ambjent estrem idawwal il-limiti fundamentali tal-protezzjoni tal-korrużjoni metallika.
Il-Film Passiv tat-Tantalu Taħt Attakk tal-Fluworidu
Tantalu jirreżisti HNO₃-HF imħallat permezz ta 'film passiv Ta₂O₅ li huwa wieħed mill-ossidi l-aktar reżistenti kimikament magħrufa. Il-film huwa stabbli fl-aċidu nitriku fil-firxa sħiħa ta 'konċentrazzjoni u temperatura. Fil-preżenza ta 'jonji fluworidu, il-film jgħaddi minn reazzjoni ta' dissoluzzjoni bil-mod:
Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H₂O + 4H⁺
Il-kumpless tat-tantalu-fluworidu jinħall. Il-film jinħall. Il-metall tat-tantalu sottostanti jirreaġixxi ma 'l-aċidu nitriku, li jerġa' jossidizza l-wiċċ u jirriforma l-film passiv. Ir-riżultat nett huwa telf kontinwu u bil-mod ta 'tantalu-rata ta' korrużjoni li tiddependi fuq il-konċentrazzjoni HF, it-temperatura, u l-proporzjon HNO₃/HF.
Iż-żieda tat-tungstenu għal Ta-2.5W timmodifika din l-imġiba. L-atomi tat-tungstenu inkorporati fil-film passiv ibiddlu l-istruttura elettronika tiegħu, u jagħmluha aktar reżistenti għall-attakk tal-fluworidu. Ir-rata ta 'korrużjoni ta' Ta-2.5W f'HNO₃-HF imħallat hija bejn wieħed u ieħor 30-50% inqas mit-tantalu pur taħt l-istess kundizzjonijiet. Dan huwa titjib sinifikanti, iżda huwa tnaqqis fir-rata, mhux eliminazzjoni tal-mekkaniżmu.
| Parametru tal-Korrużjoni | Tantalu (Pura) | Tantalu-2.5W | PTFE |
|---|---|---|---|
| Mekkaniżmu ta 'protezzjoni mill-korrużjoni | Film passiv Ta₂O₅ | W-film passiv Ta₂O₅ modifikat | Stabbiltà tal-bonds C-F inerenti |
| Rata ta' korrużjoni fi 15% HNO₃ + 3% HF f'90 grad (mm/sena) | 0.02-0.08 | 0.01-0.05 | 0 |
| Rata ta' korrużjoni jekk HF tiżdied għal 5% (mm/sena) | 0.05-0.15 | 0.03-0.10 | 0 |
| Sensittività għall-proporzjon HNO₃/HF | Għoli (l-istabbiltà tal-film tiddependi fuq il-bilanċ tal-ossidant/fluworidu) | Moderat | Xejn |
| Sensittività għat-temperatura | Għoli (ir-rata bejn wieħed u ieħor tirdoppja għal kull 15-il grad) | Għoli | Xejn (taħt 260 grad) |
| Korrużjoni taż-żona tal-weldjatura | Attakk preferenzjali possibbli | Mnaqqsa iżda mhux eliminata | N/A (l-ebda weldjatura) |
| Spiża tal-materjal (relattiva) | 40-60× | 50-80× | 1× |
Il-Fattur ta 'Aċċelerazzjoni tat-Temperatura
Ir-rata ta' korrużjoni tat-tantalu f'soluzzjonijiet li fihom il-fluworidu-tiddependi ħafna mit-temperatura-. Ir-rata bejn wieħed u ieħor tirdoppja għal kull żieda ta '15-il grad. F'60 grad, skambjatur tas-sħana Ta-2.5W jista 'jservi għal 5-8 snin. F'90 grad, il-ħajja tas-servizz tista 'tqassar għal 2-3 snin. F'110 grad, is-sostituzzjoni tista' tkun meħtieġa fi żmien 12-18-il xahar.
Ir-rata ta 'korrużjoni tal-PTFE hija żero fit-tliet temperaturi kollha. Il-ħajja tas-servizz tal-iskambjatur tas-sħana hija determinata minn creep mekkaniku mill-pressjoni tal-fwar, mhux minn attakk kimiku. F'90 grad, b'kontroll xieraq tal-pressjoni tal-fwar, PTFE jipprovdi ħajja ta 'servizz ta' 15+ sena-5-7 darbiet itwal minn Ta-2.5W.
Il-Vulnerabilità tal-Eskursjoni
Il-proporzjon HNO₃/HF fil-banjijiet tal-pickling ivarja waqt it-tħaddim. Id-drag tal-biċċa tax-xogħol-fil-ilma tat-tlaħliħ iddilwixxi l-banju. Żidiet ta' aċidu biex tiġi rrestawrata l-konċentrazzjoni jistgħu jsiru bi proporzjonijiet ta' speċifikazzjoni kemmxejn off-. It-telf mill-evaporazzjoni jibdel il-kompożizzjoni. Dawn il-varjazzjonijiet ibiddlu l-bilanċ ossidatur/fluworidu li t-tantalu jiddependi fuqu biex iżomm il-film passiv tiegħu.
Perjodu ta 'proporzjon HNO₃/HF baxx-minn żball ta' żieda ta 'aċidu, pereżempju-jista' jqaxxar il-film passiv mit-tantalu aktar malajr milli l-aċidu nitriku disponibbli jista' jirriformah. Il-korrużjoni attiva li tirriżulta tkompli sakemm il-proporzjon tal-aċidu jiġi kkoreġut. Il-ħsara minn eskursjoni waħda tista' tkun ugwali għal xhur ta' korrużjoni tas-servizz normali.
PTFE m'għandu l-ebda sensittività għall-proporzjon tal-aċidu. Eskursjoni tal-proporzjon ta 'kwalunkwe kobor tħalli l-materjal mhux mibdul. Din is-sopravivenza tal-eskursjoni hija ta' valur daqs ir-rata ta' korrużjoni ta' stat fiss-fid-determinazzjoni tal-ħajja tas-servizz prattika.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma immuni mingħajr kundizzjonijiet għal HNO₃-HF pickling imħallat f'90 grad, filwaqt li tantalu-2.5% liga tat-tungstenu-l-aktar metall kummerċjali reżistenti għal dan is-servizz-jikkorrodi b'0.01-0.05 mm/sena permezz ta' film ta 'fluworidu passiv. Ir-rata ta 'korrużjoni taċċellera bit-temperatura u hija sensittiva għall-proporzjon HNO₃/HF. PTFE jipprovdi ħajja ta 'servizz 5-7× itwal, jelimina s-sensittività għall-eskursjonijiet tal-proċess, u jiswa frazzjoni tal-liga refrattorja. F'servizz imħallat HNO₃-HF fil-limiti tat-temperatura tal-PTFE, PTFE huwa l-għażla superjuri.
L-appoġġ tal-inġinerija għall-ispeċifikazzjoni tal-iskambjatur tas-sħana PTFE fil-pickling tal-aċidu mħallat huwa disponibbli fuq is-sottomissjoni ta 'konċentrazzjonijiet tal-aċidu, meded ta' temperatura normali u ta 'eskursjoni, u data kurrenti tal-ħajja tas-servizz tat-tagħmir.
