Il-proċess tal-klor-alkali, li jipproduċi klorin u soda kawstika, jinvolvi wħud mill-aktar fluwidi korrużivi fil-kimika industrijali-salmura sħuna kkonċentrata, gass tal-kloru mxarrba, u kawstika qawwija. L-iskambjaturi tas-sħana f'dawn l-impjanti għandhom jifilħu gauntlet ta 'kundizzjonijiet aggressivi.PTFE heat exchanger chlor alkali industrijal-applikazzjonijiet saru essenzjali għall-immaniġġjar ta 'dawn il-flussi b'mod affidabbli, peress li r-reżistenza kimika eċċezzjonali tal-fluworopolimeru tegħleb il-biċċa l-kbira tal-metalli f'dawn is-servizzi.
L-Ambjent Korrużiv tal-Pjanti tal-Klor-Alkali
Tliet flussi ta' proċessi primarji jiddominaw il-produzzjoni tal-klor-alkali (permezz ta' teknoloġiji tad-dijaframma, tal-merkurju, jew taċ-ċelluli tal-membrana):
Salmura (soluzzjoni tal-klorur tas-sodju): Saturat jew kważi saturat, tipikament f'60-90 grad, ħafna drabi jkun fih impuritajiet ta' kalċju, manjesju u sulfat. Is-salmura sħuna hija korrużiva ħafna għall-azzar tal-karbonju u ħafna azzar li ma jissaddadx minħabba l-klorur-ikkaġunat il-pitting u l-korrużjoni tal-xquq.
Soda kawstika (idrossidu tas-sodju): Konċentrat (32-50% NaOH) f'temperaturi li jvarjaw minn 80 grad fl-effluwent taċ-ċelluli sa 150 grad waqt l-evaporazzjoni. Il-kawstiku sħun jikkawża qsim tal-korrużjoni tal-istress fl-istainless steel awstenitiku u jattakka malajr l-aluminju u ż-żingu.
Gass tal-kloru imxarrab: Il-kloru saturat bil-fwar tal-ilma huwa estremament ossidanti. Jifforma aċidi idrokloriku u ipokloruż li jeqirdu l-biċċa l-kbira tal-metalli, inkluż l-istainless steel u t-titanju, fi żmien qasir.
L-iskambjaturi tas-sħana għandhom jimmaniġġjaw ukoll likur anodiku (salmura eżawrita), kondensat tal-kloru, u diversi flussi ta 'riċiklaġġ. L-iskambjaturi tas-sħana tal-metall konvenzjonali jfallu malajr f'wieħed jew aktar minn dawn l-ambjenti, u jagħmlu l-fluworopolimeri alternattiva attraenti.
Applikazzjonijiet Ewlenin ta' Skambjaturi tas-Sħana PTFE f'Impjanti tal-Klor-Alkali
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE (polytetrafluoroethylene) jintużaw f'diversi servizzi kritiċi fejn ir-reżistenza għall-korrużjoni tieħu prijorità fuq l-effiċjenza termali. Il-konduttività termali baxxa ta 'PTFE (≈0.25 W/m·K) hija kkumpensata minn żoni tal-wiċċ kbar (eż., qatet ta' tubi multi- jew disinji ta 'coil) u l-eliminazzjoni ta' ħin ta 'waqfien ikkawżat minn fallimenti ta' l-iskambjatur tal-metall.
Preheaters tas-salmura
Is-salmura mhux ipproċessata għandha tissaħħan sat-temperatura operattiva taċ-ċellula (tipikament 70-85 grad għal ċelloli tal-membrana) qabel l-elettroliżi. Koljaturi ta' immersjoni PTFE jew skambjaturi tal-qoxra-u-tubi jitqiegħdu direttament f'tankijiet tas-salmura jew f'ċirkoli ta' riċirkolazzjoni. Is-salmura ħafna drabi tkun saturata bil-kloru u jista' jkun fiha ipoklorit mill-flussi tar-ritorn taċ-ċelluli. PTFE jirreżisti dawn l-ispeċi kollha mingħajr pitting jew korrużjoni crevice.
F'impjanti taċ-ċelluli tal-membrana, il-purità tas-salmura hija kritika biex tevita l-avvelenament tal-membrani ta' skambju-jone. L-iskambjaturi tal-PTFE ma jintroduċu l-ebda joni tal-metall fis-salmura, u jippreservaw il-ħajja tal-membrana. L-iskambjaturi tal-metall (eż., titanju) xorta jistgħu jissaddad fil-preżenza ta 'kloru ħieles jew taħt depożiti, filwaqt li PTFE jibqa' inerti.
Coolers kawstiċi
L-effluwent tal-catholyte miċ-ċelloli tal-klor-alkali fih 32–35% NaOH f'madwar 80–90 grad. Dan għandu jitkessaħ qabel il-ħażna jew aktar konċentrazzjoni. L-iskambjaturi tas-sħana tal-qoxra-u-tubi tal-PTFE jintużaw b'ilma li jkessaħ fuq in-naħa tal-qoxra u kawstika li tgħaddi minn tubi PTFE. Il-fluworopolimeru jirreżisti l-kawstiku f'dawn it-temperaturi mingħajr riskju ta 'fraġilità kawstika jew qsim tal-korrużjoni tal-istress.
Għal temperatura ogħla kawstika ('il fuq minn 110 grad, bħal f'ċirkwiti evaporaturi), skambjaturi PFA (perfluoroalkoxy) jew metalli eżotiċi bħal Nikil 200 huma preferuti minħabba li PTFE jibda jirtab ftit 'il fuq minn 120 grad, għalkemm ir-reżistenza kimika tiegħu tibqa' intatta. Madankollu, għall-medda tipika ta '80-90 grad, PTFE huwa adattat għal kollox.
Wet Chlorine Gas Coolers
Il-kloru li jħalli ċ-ċellula huwa sħun (80-95 grad) u saturat bil-fwar tal-ilma. It-tkessiħ jikkondensa ħafna mill-ilma u jnaqqas il-korrużjoni 'l isfel. Jintuża tubu PTFE-u-skambjatur tal-qoxra, bil-gass tal-kloru imxarrab jgħaddi minn tubi PTFE u ilma li jkessaħ madwarhom. Il-wiċċ tal-PTFE ma jirreaġixxix mal-klorin imxarrab jew mal-aċidi idrokloriku u ipokloruż li jiffurmaw mal-kondensazzjoni.
Tagħmir li jkessaħ il-metall għas-servizz tal-klorin imxarrab jeħtieġu ligi għaljin (eż. tantalu, Hastelloy C-22) u xorta għandhom ħajja limitata. L-iskambjaturi tal-PTFE, filwaqt li huma akbar għall-istess dmir, joperaw għal snin mingħajr korrużjoni. Jintużaw ukoll bħala kondensaturi tal-kloru wara t-torri tat-tnixxif, fejn il-gass huwa ħafna aktar niexef iżda għadu aggressiv.
Heater/Cooler tad-Dechlorination tas-Salmura
Salmura eżawrita (anolite) li tħalli ċ-ċellula fiha kloru maħlul. Qabel ma s-salmura tiġi riċiklata u ri-saturata, il-kloru għandu jitneħħa (dechlorination) bil-vakwu jew bl-arja. Is-salmura spiss tissaħħan għal 85–95 C biex tgħin id-dechlorination. L-iskambjaturi tal-PTFE jintużaw biex jirkupraw is-sħana mis-salmura dechlorinated ħerġin, isaħħnu minn qabel is-salmura friska li tkun deħlin. Dan il-linja ta 'skambju tas-sħana jimmaniġġa fluwidi li huma korrużivi u jista' jkun fihom klorin residwu, u jagħmel PTFE l-għażla prattika.
In-newtralizzazzjoni tal-fluss tal-iskart
Skart ta' flussi aċidużi jew alkalini minn impjanti tal-klor-alkali huma newtralizzati qabel ma jintrema. L-iskambjaturi tas-sħana PTFE kultant jintużaw biex jirkupraw is-sħana minn dawn ir-reazzjonijiet ta 'newtralizzazzjoni jew biex ikessħu l-effluwent newtralizzat. Il-firxa wiesgħa tal-pH (minn aċiduż ħafna għal bażiku ħafna) ma taffettwax il-PTFE.
Għaliex PTFE Huwa Ippreferit Fuq Metalli għal Dawn is-Servizzi
| Fluwidu tal-Proċess | Kwistjonijiet tal-Iskambjatur tal-Metall | Vantaġġ PTFE |
|---|---|---|
| Salmura sħuna saturata (b'Cl₂, OCl⁻) | It-titanju jista' jissaddad fil-preżenza ta' kloru ħieles; Pitting tal-istainless steel; ligi tan-nikil għaljin | PTFE inerti għall-komponenti kollha tas-salmura; ebda lissija tal-jone tal-metall |
| Soda kawstika sħuna (32-50%, 80-90 grad) | Cracking tal-korrużjoni tal-istress tal-istainless steel; ligi tan-nikil għaljin | PTFE jirreżisti kawstiku; l-ebda mekkaniżmu ta 'qsim |
| Gass tal-kloru imxarrab | Tantalu jew ligi speċjali biss jibqgħu ħajjin; spiża għolja u ħin taċ-ċomb | PTFE kompletament reżistenti; spiża kapitali aktar baxxa (għalkemm daqs akbar) |
| Aċidi/alkali mħallta fi flussi ta' skart | Korrużjoni rapida minħabba tibdil fil-pH | PTFE mhux affettwat minn xi pH |
Il-materjal magħżul għal ħafna servizzi f'impjanti tal-klor-alkali huwa PTFE meta t-temperatura operattiva ma taqbiżx madwar 110 grad. Fuq dan, huma kkunsidrati alternattivi tal-PFA jew tal-metall, iżda l-maġġoranza tad-dmirijiet tal-iskambju tas-sħana fit-trattament tas-salmura, id-dar taċ-ċelluli u l-immaniġġjar tal-kloru jaqgħu fil-medda tat-temperatura tal-PTFE.
Konsiderazzjonijiet tad-Disinn għall-Iskambjaturi tal-PTFE fis-Servizz tal-Klor-Alkali
Limitazzjonijiet tat-Temperatura
Il-PTFE għandu limitu ta' użu kontinwu ta' madwar 260 grad f'applikazzjonijiet li ma jifilħux-tagħbija-, iżda għall-iskambjaturi tas-sħana fejn il-polimeru jkun taħt pressjoni interna minn medja ta' tisħin/tkessiħ, limiti prattiċi huma aktar baxxi. Għall-applikazzjonijiet tal-klor-alkali, l-iskambjaturi tal-PTFE huma tipikament speċifikati għal fluwidi taħt il-110 grad. Għal evaporaturi kawstiċi li joperaw 'il fuq minn 120 grad , PFA (punt tat-tidwib 305 grad ) jew skambjaturi miksija b'elastomer-perfluworinat huma użati.
Klassifikazzjonijiet tal-Pressjoni
Tubi PTFE mhumiex strutturali. Huma sostnuti minn folji ta 'tubi jew imgeżwer madwar qafas. Pressjonijiet tal-ġnub tal-qoxra- huma limitati għal 3–5 bar (gauge) skont id-disinn. Pressjonijiet tal-ġenb tat-tubu-għall-midja interna (fwar, ilma, glikol) huma wkoll moderati. Għal applikazzjonijiet ta'-pressjoni għolja, jintużaw skambjaturi tal-metall b'kisi PTFE minflok unitajiet ta 'PTFE solidu.
Tisħin bil-fwar
Meta l-fwar jintuża bħala l-mezz li jsaħħan għas-salmura jew kawstiku, fwar bi pressjoni baxxa (tipikament 1-2 bar, li jikkorrispondi għal 120-130 grad) huwa rrakkomandat biex jiġi evitat is-sħana żejda tal-wiċċ tal-PTFE fl-interface tat-tubu tal-fwar-. Jekk ikunu meħtieġa pressjonijiet ogħla tal-fwar, jiġi użat skambjatur PFA jew skambjatur tas-sħana tal-fwar-għall--ilma bi skambjatur sekondarju PTFE.
Fouling u Tindif
Il-wiċċ li ma jwaħħalx-PTFE jimminimizza l-adeżjoni tal-iskala mill-melħ tas-salmura jew kawstiku. Jekk isseħħ skalar, l-iskambjatur jista 'jitnaddaf b'aċidu idrokloriku dilwit (għal skali karbonat) jew b'aġitazzjoni mekkanika mingħajr ma ssir ħsara lit-tubi. Il-fwar tal-fwar jew tal-misħun huwa wkoll effettiv. B'differenza mill-iskambjaturi tal-metall, it-tindif kimiku ma jissaddadx il-wiċċ tal-PTFE.
Applikazzjonijiet Tipiċi ta' Skambjatur tal-PTFE f'Impjant tal-Klor-Alkali - Tabella Sommarja
| Applikazzjoni | Fluwidu tal-Proċess | Firxa tat-Temperatura | Tisħin/Medju tat-Tkessiħ | Tip ta' Skambjatur PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Preheater tas-salmura | Salmura saturata ta' NaCl, jista' jkun fiha Cl₂ | 25 grad → 75–85 grad | Fwar ta'-pressjoni baxxa jew ilma sħun | Coil jew qoxra tal-immersjoni-u-tubu |
| Cooler kawstiku | 32-50% NaOH | 85 grad → 40 grad | Ilma li jkessaħ | Qoxra-u-tubu (kawstiku f'tubi) |
| Wet cooler tal-kloru | Gass Cl₂ saturat b'H₂O | 80 grad → 25-30 grad | Ilma li jkessaħ | Qoxra-u-tubu (gass fit-tubi) |
| Ħiter tad-dechlorination tas-salmura | Salmura eżawrita b'Cl₂ residwu | 65 grad → 85 grad | Ilma sħun jew fwar | Coil ta ' l-immersjoni |
| Anolyte cooler | Anolyte (salmura mnaqqsa + Cl₂) | 85 grad → 50 grad | Ilma li jkessaħ | Qoxra-u-tubu |
| Cooler tan-newtralizzazzjoni tal-iskart | Effluwent aċiduż jew alkalin | Varjabbli → 30 grad | Ilma li jkessaħ | Coil jew qoxra tal-immersjoni-u-tubu |
Limitazzjonijiet u Alternattivi
Filwaqt li l-PTFE huwa reżistenti ħafna, mhuwiex soluzzjoni universali. Għall-kundizzjonijiet li ġejjin, materjali alternattivi huma rakkomandati:
Kawstiku 'l fuq minn 110 grad: PFA jew Nikil 200 (għal 50% NaOH f'150 grad). Il-PTFE jirtab u jista' jitkaxkar taħt pressjoni.
High-pressure steam (>5 bar): Skambjaturi tal-metall b'kisi tal-fluworopolimeru jew tubi PFA b'appoġġ tal-metall.
Aċidu li jiċċirkola mill-ġdid tat-torri tat-tnixxif tal-kloru (93–98% H₂SO₄): Aċidu sulfuriku b'konċentrazzjoni għolja-f'temperaturi moderati huwa aċċettabbli għall-PTFE, iżda ħafna impjanti jużaw azzar inossidabbli jew azzar miksi bit-Teflon-.
Klorur likwidu (anidru): PTFE huwa kompatibbli, iżda l-azzar tal-karbonju huwa tipikament użat minħabba li l-kloru likwidu mhuwiex korrużiv fin-nuqqas ta 'ilma.
Konklużjoni
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE huma workhorse fl-industrija tal-klor-alkali għal servizzi korrużivi, b'temperatura moderata-. Huma jimmaniġġjaw b'mod affidabbli salmura sħuna, gass tal-klorin imxarrab, u soda kawstika f'temperaturi sa 110 grad, fejn il-metalli jsofru pitting, qsim, jew korrużjoni ġenerali rapida. In-natura kimikament inerta li ma twaħħalx tal-PTFE timminimizza wkoll il-fouling u tissimplifika t-tindif. L-applikazzjonijiet jinkludu preheaters tas-salmura, apparat li jkessaħ kawstiċi, apparat li jkessaħ il-gass tal-kloru, u ħiters tad-dechlorination. Filwaqt li l-konduttività termali baxxa ta 'PTFE teħtieġ żoni akbar ta' trasferiment tas-sħana, it-tnaqqis fil-ħin ta 'waqfien ta' manutenzjoni u sostituzzjoni aktar milli jikkumpensa. Il-prestazzjoni materjali ppruvata tirfed il-produzzjoni kimika affidabbli, uPTFE heat exchanger chlor alkali industrijal-applikazzjonijiet ikomplu jespandu hekk kif l-operaturi tal-impjanti jfittxu soluzzjonijiet fit-tul u ħielsa mill-korrużjoni-.
