F'20% aċidu fosforiku (H₃PO₄) f'temperaturi elevati (80-120 grad), joni tal-fluworidu (F⁻) li joriġinaw minn impuritajiet jew għajnuniet għall-ipproċessar miżjuda jaċċelleraw b'mod sinifikanti d-degradazzjoni tal-kisi tal-heater PFA. Il-fluworidu jattakka l-interface tal-metall tal-PFA- billi jgħaddi mill-polimeru u jissaddad il-qalba tal-metall (Incoloy jew titanju) b'aċidu idrofluworiku (HF) iffurmat in situ. Il-konċentrazzjoni massima permissibbli tal-jone tal-fluworidu biex iżżomm heater PFA operattiv għal 3 snin (madwar 25,000 siegħa ta 'servizz kontinwu) hija 50 ppm f'80 grad, 20 ppm f'100 grad, u 5 ppm f'120 grad. Aktar minn dawn il-limiti, il-korrużjoni-mtejba tal-permeazzjoni twassal għal ħsarat fl-art jew ħsara fil-qalba fi żmien 6–18-il xahar. Għal banjijiet ta 'aċidu fosforiku użati fit-trattament tal-metall jew fil-produzzjoni tal-fertilizzanti, il-kontroll tal-livelli tal-fluworidu huwa essenzjali għall-lonġevità tal-heater.
Mekkaniżmu ta 'Attakk tal-Fluworidu fl-Aċidu Fosforiku
L-aċidu fosforiku nnifsu huwa ħafif għal PFA f'temperaturi sa 120 grad. Madankollu, joni tal-fluworidu (spiss preżenti bħala HF jew aċidu fluworosiliku mill-ipproċessar tal-blat tal-fosfat) huma aggressivi ħafna. Il-molekuli HF jgħaddu mill-ħajt tal-PFA (ara l-Artikolu #35) aktar malajr minn H₃PO₄ minħabba d-daqs żgħir tagħhom (dijametru kinetiku 0.26 nm). Ladarba HF jilħaq il-qalba tal-metall (Incoloy jew titanju), jinħall malajr is-saff ta 'ossidu passiv, u jikkawża korrużjoni tal-pitting. It-titanju huwa aktar reżistenti għall-HF minn Incoloy, iżda t-tnejn isofru attakk f'konċentrazzjonijiet ta 'fluworidu 'l fuq minn 10-20 ppm f'100 grad. Il-prodotti tal-korrużjoni (fluworidi tal-metall) għandhom volum akbar mill-metall oriġinali, u joħolqu pressjoni interna li tfarrak u xquq il-kisja tal-PFA minn ġewwa.
L-effett sinerġistiku huwa kritiku: is-soluzzjoni ta '20% H₃PO₄ iżżomm konċentrazzjoni għolja ta' protoni (H⁺) li jaċċelleraw il-permeazzjoni ta 'HF billi plasticizing l-PFA. Il-preżenza ta' fluworidu f'konċentrazzjonijiet baxxi daqs 10 ppm tirdoppja r-rata ta' permeazzjoni ta' speċi ta' aċidu meta mqabbla ma' fluworidu-aċidu fosforiku ħieles.
Konċentrazzjoni Massima Permissibbli ta' Fluworidu għal Ħajja ta' 3 Snin (25,000 siegħa)
| Temperatura operattiva (grad) | Max F⁻ (ppm) għal Ħajja ta' 3 Snin | Ħajja mistennija tal-Heater fid-doppju tal-Limitu (snin) | Modalità ta' Ħsara | Materjal Core Rakkomandat |
|---|---|---|---|---|
| 80 | 50 | 1.0–1.5 | Pitting tal-qalba | Incoloy 825 |
| 90 | 30 | 0.8–1.2 | Infafet | Incoloy jew Titanju |
| 100 | 20 | 0.5–1.0 | Infafet + qsim | Titanju Grad 2 |
| 110 | 10 | 0.3–0.6 | Korrużjoni tal-qalba rapida | Titanju Grad 2 |
| 120 | 5 | 0.2–0.4 | Riskju ta' falliment immedjat | Mhux rakkomandat |
Dawn il-limiti jassumu ħajt PFA ta' 2 mm u immersjoni kontinwa. Għal ħitan eħxen (2.5-3.0 mm), il-konċentrazzjoni permissibbli tal-fluworidu tiżdied bi 30-50% minħabba li l-mogħdija ta 'diffużjoni itwal tnaqqas ir-rata tal-wasla tal-HF.
Data tal-Qasam minn Evaporaturi tal-Aċidu Fosforiku
Impjant ta 'konċentrazzjoni ta' aċidu fosforiku operat f'100 grad b'20% H₃PO₄ li fih 25–35 ppm F⁻. Ħiters PFA (ħajt ta '2 mm, qalba Incoloy) fallew kull 8-12-il xahar. Analiżi metallurġika żvelat pitting sever tal-qalba Incoloy. Fl-istess impjant, linja ta 'skambjatur tas-sħana bi pass ta' tneħħija tal-fluworidu (żżid ġir biex jippreċipita CaF₂) naqqas F⁻ għal 8 ppm. Ħajja tal-heater estiża għal 28 xahar (qrib it-3 snin imbassra f'10 ppm). L-impjant issa jżomm F⁻ taħt il-15 ppm u juża qlub tat-titanju għal marġni miżjud.
Monitoraġġ u Mitigazzjoni
Għal tħaddim fit-tul ta'-PFA heater f'20% aċidu fosforiku, implimenta skeda ta' monitoraġġ tal-fluworidu (kull ġimgħa billi tuża elettrodu selettiv tal-jone-) u żomm il-konċentrazzjonijiet taħt il-limiti ta' 3 snin. Jekk il-fluworidu jaqbeż il-limitu, tliet azzjonijiet korrettivi huma disponibbli:
Żid aġent li jippreċipita(karbonat tal-kalċju jew ġir) biex jiffurmaw CaF₂ li ma jinħallx, li jitneħħa permezz tal-filtrazzjoni. Dan inaqqas F⁻ minn 50 ppm għal 5-10 ppm.
Aqleb għal ħajt PFA eħxen(3.0 mm). Għall-istess konċentrazzjoni F⁻, ħajt ta '3 mm jirdoppja l-ħin għall-korrużjoni tal-qalba minħabba li l-permeazzjoni HF hija inversament proporzjonali għall-ħxuna.
Uża qalba tat-titanjub'reżistenza ogħla għall-HF. Titanju Grad 7 (Pd-ligat) jaħdem aħjar minn Grad 2 f'aċidi li fihom il-fluworidu-.
Konklużjoni: 20 ppm F⁻ f'100 grad huwa l-Limitu għal Ħajja ta' 3 Snin
Biex iżżomm heater PFA operattiv għal 3 snin f'banju ta 'aċidu fosforiku ta' 20% f'100 grad, il-konċentrazzjoni massima permissibbli tal-jone tal-fluworidu hija 20 ppm. Fi 80 grad, il-limitu jogħla għal 50 ppm; f'120 grad, tinżel għal 5 ppm. Il-fluworidu jaċċelera l-permeazzjoni tal-HF u l-korrużjoni tal-qalba, u jqassar b'mod drammatiku l-ħajja tal-heater. Monitoraġġ regolari u t-tneħħija tal-fluworidu (permezz tal-preċipitazzjoni tal-ġir) huma essenzjali għal-affidabbiltà fit-tul. Għal applikazzjonijiet bi fluworidu inevitabbli, speċifika ħitan PFA eħxen (2.5–3.0 mm) u qlub tat-titanju. L-aċidu fosforiku jista 'jkun ħafif, iżda l-fluworidu huwa letali. Ikkontrolla l-fluworidu, u l-heater jgħix. Injoraha, u l-falliment isegwi fi żmien xhur.
