It-Theddida tat-Traċċa Fluworidu
L-aċidu nitriku f'konċentrazzjonijiet ta' 30-70% u temperaturi li joqorbu lejn it-togħlija (110-120 grad) huwa l-mezz primarju tal-proċess fl-ipproċessar mill-ġdid tal-fjuwil nukleari, it-tħin kimiku tal-istainless steel, u s-sinteżi kimika ta 'speċjalità. Titanju Grad 7-liga tat-titanju-palladju li fiha 0.12-0.25% palladju-hija speċifikata b'mod wiesa 'għal dan is-servizz. Iż-żieda tal-palladju timmodifika katodikament il-liga, u testendi r-reżistenza għall-korrużjoni tagħha f'ambjenti ta 'tnaqqis li jattakkaw titanju kummerċjalment pur.
Madankollu, l-aċidu nitriku f'dawn l-applikazzjonijiet rarament jibqa 'pur. Il-joni tal-fluworidu jidħlu fl-aċidu minn sorsi multipli: ix-xoljiment ta' fjuwil nukleari li fih fluworidu-, trasferiment minn aċidu idrofluworiku użat fl-inċiżjoni 'l fuq, jew kontaminazzjoni mill-ilma tal-proċess. Konċentrazzjonijiet ta 'fluworidu baxxi daqs 5-10 ppm jistgħu jiddestabilizzaw il-film passiv TiO₂ fuq titanju. F'50-100 ppm, il-film jinqasam lokalment. F'200-500 ppm, tibda korrużjoni attiva.
PTFE m'għandux film passiv. Ir-reżistenza tagħha għall-aċidu nitriku u għall-joni tal-fluworidu hija proprjetà assoluta-tal-rabta molekulari tal-karbonju-fluworin, mhux kundizzjoni tal-wiċċ miżmuma. It-tqabbil bejn it-titanju Grad 7 u PTFE f'dan l-ambjent huwa bejn materjal li jgħix permezz ta 'bilanċ elettrokimiku delikat u wieħed li termodinamikament inkapaċi li jirreaġixxi jew ma' l-aċidu jew il-fluworidu.
Il-Mekkaniżmu ta' Tkissir tal-Films Passiv
Titanju Grad 7 jirreżisti l-aċidu nitriku jagħli permezz ta 'film passiv TiO₂ stabbli miżmum mill-qawwa ossidanti tal-aċidu. Iż-żieda tal-palladju tbiddel il-potenzjal ta 'korrużjoni tal-liga fid-dominju passiv, u tiżgura li l-film jibqa' stabbli anke f'konċentrazzjonijiet aktar baxxi ta 'aċidu fejn titanju kummerċjalment pur jista' jattiva.
Il-joni tal-fluworidu jattakkaw il-film TiO₂ billi jiffurmaw kumplessi ta' titanju-fluworidu solubbli: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Il-kumpless jinħall, li jesponi metall tat-titanju vojt. Il-metall espost jista 'jew repassivate (jekk il-konċentrazzjoni tal-fluworidu hija baxxa u l-aċidu nitriku huwa preżenti) jew ikompli jinħall (jekk il-konċentrazzjoni tal-fluworidu taqbeż il-kapaċità ta' repassivazzjoni).
F'konċentrazzjonijiet ta 'fluworidu taħt l-10 ppm f'50% aċidu nitriku jagħli, ir-rata ta' repassivazzjoni taqbeż ir-rata ta 'dissoluzzjoni tal-film. It-titanju jibqa 'passiv. Bejn 10-50 ppm, jeżisti ekwilibriju dinamiku-il-film jinħall u jirriforma, b'telf nett żgħir tal-metall. Aktar minn 50 ppm, ix-xoljiment tal-film jeċċedi r-repasivazzjoni. Jibda attakk lokalizzat, partikolarment f'difetti fil-wiċċ u żoni ta 'weldjatura. Aktar minn 200 ppm, il-korrużjoni attiva tippropaga mal-wiċċ.
| Parametru tal-Korrużjoni | Titanju Grad 7 | PTFE |
|---|---|---|
| Mekkaniżmu ta 'protezzjoni mill-korrużjoni | Film passiv TiO₂ (miżmum b'ossidazzjoni HNO₃ + modifika katodika Pd) | Stabbiltà tal-bonds C-F inerenti |
| Konċentrazzjoni kritika tal-fluworidu għat-tqassim (ppm) | 10-50 (film destabilization); >200 (korrużjoni attiva) | L-ebda limitu ta' konċentrazzjoni |
| Rata ta' korrużjoni f'50% HNO₃ f'110 grad, 0 ppm F⁻ (mm/sena) | <0.01 | 0 |
| Rata ta' korrużjoni f'50% HNO₃ f'110 grad, 100 ppm F⁻ (mm/sena) | 0.05-0.20 (lokalizzat) | 0 |
| Rata ta' korrużjoni f'50% HNO₃ f'110 grad, 500 ppm F⁻ (mm/sena) | >1.0 (attiv, rapidu) | 0 |
| Sensittività għall-eskursjonijiet tal-fluworidu | Għoli (ħsara irriversibbli possibbli) | Xejn |
Is-Sopravivenza tal-Eskursjoni
L-aktar differenza sinifikanti bejn it-titanju Grad 7 u PTFE f'dan is-servizz hija r-rispons għal eskursjonijiet tal-fluworidu. Eskursjoni tal-fluworidu-minn proċess taqlib, skariku ħażin ta' kimiċi, jew nuqqas ta' tneħħija ta' fluworidu upstream-jistgħu jesponu l-iskambjatur tas-sħana għal konċentrazzjonijiet ta' fluworidu ferm ogħla mill-medda operattiva normali għal perjodu ta' minuti sa sigħat.
Titanju Grad 7 bil-ħsara minn eskursjoni tal-fluworidu jista 'ma jirkuprax. Il-film passiv, ladarba jinqered, jista' ma jerġax jifforma b'mod uniformi meta l-livelli tal-fluworidu jerġgħu lura għan-normal. Il-fosos mibdija matul l-eskursjoni jkomplu jinfirxu fil-konċentrazzjoni residwa tal-fluworidu fl-ambjent tal-fossa. L-iskambjatur jista 'jidher intatt esternament waqt il-mini tal-korrużjoni mill-ħajt.
Il-PTFE mhuwiex affettwat minn eskursjonijiet tal-fluworidu ta 'kwalunkwe kobor jew tul. Il-materjal m'għandu l-ebda memorja tal-eskursjoni. Meta l-livelli tal-fluworidu jerġgħu lura għan-normal, il-wiċċ tal-PTFE huwa identiku għall-kundizzjoni ta' qabel-eskursjoni tiegħu. Din is-sopravivenza hija ta 'valur fi proċessi fejn eskursjonijiet huma rari iżda possibbli, u fejn il-konsegwenza ta' falliment tal-korrużjoni mhux skopert hija inaċċettabbli.
L-Ispejjeż-Rendiment Trade-off
L-iskambjaturi tas-sħana tat-titanju ta 'Grad 7 huma għaljin-l-ispiża fabbrikata hija 8-12-il darba dik ta' PTFE ekwivalenti għall-istess dazju tas-sħana. Il-primjum tal-ispiża jixtri kumpattezza (konduttività termali tat-titanju ta '21 W/m·K kontra PTFE's 0.25 W/m·K) u kapaċità ta' pressjoni ogħla. Fi proċessi fejn il-fluworidu huwa garantit assenti u l-ispazju huwa ristrett, it-titanju Grad 7 huwa l-għażla xierqa.
Fi proċessi fejn il-fluworidu huwa preżenti fi kwalunkwe konċentrazzjoni, jew fejn eskursjonijiet tal-fluworidu huma possibbli, PTFE huwa l-għażla ta'-riskju aktar baxx irrispettivament mill-ispiża. L-ispiża ta 'eskursjoni waħda tal-fluworidu li teqred skambjatur tat-titanju ħafna drabi taqbeż l-ispiża tal-alternattiva PTFE. L-iskambjatur PTFE jelimina wkoll l-infrastruttura ta 'monitoraġġ u kontroll tal-konċentrazzjoni tal-fluworidu li titlob it-titanju.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma reżistenti mingħajr kundizzjonijiet għall-aċidu nitriku jagħli b'kontaminazzjoni ta 'traċċa ta' fluworidu, filwaqt li titanju Grad 7 jiddependi fuq film passiv li jkisser f'konċentrazzjonijiet ta 'fluworidu 'l fuq minn 10-50 ppm. Is-sopravivenza tal-eskursjoni tal-fluworidu tal-PTFE hija assoluta; titanju jista 'jsofri attakk lokalizzat irriversibbli minn avveniment ta' eskursjoni waħda. PTFE huwa l-għażla ta 'riskju aktar baxx fi kwalunkwe servizz ta' aċidu nitriku fejn il-fluworidu huwa preżenti jew possibbli, minkejja l-impronta akbar tiegħu u l-kapaċità ta 'pressjoni aktar baxxa.
L-appoġġ tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal PTFE vs titanju Grad 7 fis-servizz tal-fluworidu tal-aċidu nitriku-huwa disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-konċentrazzjoni tal-aċidu, livelli normali u tal-fluworidu tal-eskursjoni, temperatura operattiva, dazju tas-sħana, u restrizzjonijiet tal-ispazju.
