Il-Mistoqsija tal-Medda tal-pH
L-inġiniera tal-proċess li jagħżlu skambjatur tas-sħana għal servizz kimiku spiss jistaqsu: liema firxa ta 'pH jista' jimmaniġġja dan il-materjal? Il-mistoqsija tassumi tweġiba materjali-waħda. Għal skambjaturi tas-sħana metalliċi, partikolarment titanju, it-tweġiba tiddependi mhux biss fuq il-pH tal-fluwidu tal-proċess iżda fuq kull ħaġa oħra konnessa mas-sistema.
It-titanju jirreżisti l-korrużjoni fuq medda ta' pH ta' madwar 2-12 f'kundizzjonijiet ossidanti. Din il-firxa tkopri ħafna applikazzjonijiet industrijali. Iżda l-preżenza ta 'metalli oħra fis-sistema-impellers tal-pompa, korpi tal-valvi, ħitan tat-tankijiet, basktijiet tal-anodi-tintroduċi mekkaniżmu ta' korrużjoni ieħor mhux relatat mal-pH: korrużjoni galvanika.
Skambjatur tas-sħana PTFE kompletament m'għandu l-ebda riskju ta' korrużjoni galvanika minħabba li huwa elettrikament mhux-konduttiv. Il-firxa tal-pH użabbli tagħha testendi minn 0 sa 14 mingħajr ebda dipendenza fuq kundizzjonijiet ossidanti jew li jnaqqsu. Iż-żewġ materjali jersqu lejn il-problema tal-korrużjoni minn prinċipji fiżiċi kompletament differenti.
Limitazzjonijiet tal-pH tat-titanju u n-Nassa tal-Korrużjoni Galvanika
Ir-reżistenza għall-korrużjoni tat-titanju tiddependi fuq film passiv TiO₂ stabbli. Dan il-film huwa stabbli f'aċidi ossidanti f'medda ta' pH ta' bejn wieħed u ieħor 2-12. Fit-tnaqqis tal-aċidi-hot HCl, HBr, u HF fi kwalunkwe pH-il-film jinħall u t-titanju jissaddad b'mod attiv. F'soluzzjonijiet alkalini ħafna 'l fuq minn pH 12 f'temperaturi elevati, il-film jista' wkoll jinħall, li jwassal għal korrużjoni uniformi jew fraġilità tal-idroġenu.
Anke fil-medda ta 'pH sigura tat-titanju, il-korrużjoni galvanika tista' teqred il-metall jekk issir akkoppjata elettrikament ma 'materjal aktar nobbli. It-titanju huwa relattivament nobbli fis-serje galvanika fl-istat passiv tiegħu. Jekk it-titanju jsir akkoppjat ma 'grafita, platinu, jew ċerti azzar li ma jissaddadx f'soluzzjoni konduttiva, it-titanju huwa katodiku u ġeneralment sigur. Imma jekk il-film passiv tat-titanju jkisser lokalment-minn bidu, qasma, jew taqlib kimiku--titanju attiv espost huwa anodiku ħafna meta mqabbel mal-wiċċ passiv tal-madwar. Il-koppja galvanika bejn titanju attiv u passiv fuq l-istess komponent imexxi pitting rapidu.
Metalli esterni fis-sistema jikkaġunaw ir-riskju. Skambjatur tas-sħana tat-titanju f'tank tal-istainless steel b'bus bars tar-ram joħloq sistema multi-metall. Jekk il-kurrenti mifruxa jiċċirkolaw jew il-potenzjal tal-art ivarjaw, il-korrużjoni galvanika tista 'tattakka l-inqas metall nobbli fiċ-ċirkwit-potenzjalment it-titanju taħt kundizzjonijiet depassivati.
Tabella 1: Tqabbil tal-pH u l-Korrużjoni Galvanika
| Korrużjoni Proprjetà | Titanju (Grad 2) | PTFE |
|---|---|---|
| Medda ta' pH li tista' tintuża (kundizzjonijiet ossidanti) | 2-12 | 0-14 |
| Medda ta' pH li tista' tintuża (kundizzjonijiet ta' tnaqqis) | 4-10 (ristrett ħafna) | 0-14 (l-ebda restrizzjoni) |
| Reżistenza għall-HF fi kwalunkwe pH | Xejn | Imla |
| Reżistenza għal NaOH ikkonċentrat sħun | Limitat (fraġilità tal-idroġenu 'l fuq minn pH 12, 80 grad) | Imla sa 260 grad |
| Konduttività elettrika | Konduttiv | Mhux-konduttiv (iżolatur) |
| Riskju tal-korrużjoni galvanika | Preżenti (meta akkoppjat ma' metalli differenti) | Żero (l-ebda mogħdija elettrika) |
| Riskju ta' korrużjoni kurrenti mitluf | Preżenti | Żero |
| Dipendenza tal-passività | Kritika (tkissir tal-film → attakk rapidu) | Xejn (l-ebda film passiv) |
| Riskju ta' korrużjoni ta' xquq fl-ilma baħar/kloruri | Moderat ('il fuq minn 70 grad) | Żero |
PTFE: Konduttività Elettrika Żero, Riskju Galvaniku Żero
PTFE huwa iżolatur elettriku b'reżistività tal-volum li taqbeż 10¹⁸ ohm·cm. L-ebda kurrent elettriku ma jista 'jiċċirkola mill-materjal. Il-korrużjoni galvanika teħtieġ ċirkwit elettriku: anodu, katodu, passaġġ konduttiv permezz tas-soluzzjoni, u passaġġ konduttiv permezz tal-metall. PTFE ma jistax itemm il-mogħdija tal-konduzzjoni metallika.
Skambjatur tas-sħana PTFE mgħaddas f'tank tal-proċess jista 'jkun imdawwar bi kwalunkwe kombinazzjoni ta' metalli fi kwalunkwe potenzjal elettriku. L-ebda ċellula galvanika ma tifforma bejn il-PTFE u dawk il-metalli minħabba li l-PTFE ma jikkontribwixxi l-ebda konduzzjoni elettronika. Il-fluworopolimeru huwa elettrikament inviżibbli għas-sistema.
Din l-inertezza elettrika testendi għall-korrużjoni tal-kurrent mifrux. Fl-ipproċessar elettrokimiku-electroplating, electrowinning, anodizing-kurrenti stray li jgħaddu mis-soluzzjoni jistgħu jidħlu u joħorġu minn skambjaturi tas-sħana metalliċi, li jikkawżaw korrużjoni lokalizzata severa fil-punti tal-ħruġ kurrenti. PTFE, peress li mhux-konduttiv, ma jistax iġorr kurrent mitluf. Il-kurrent jevita kompletament l-iskambjatur tas-sħana.
Il-Medda tal-pH: Assoluta vs Kundizzjonali
Il-firxa tal-pH tat-titanju ta' 2-12 f'kundizzjonijiet ossidanti hija kundizzjonali. Jiddependi fuq il-preżenza ta 'ossidanti biex jinżamm il-film passiv. Teskludi fluworidu, klorur 'il fuq minn temperaturi kritiċi, u aċidi riduttivi. Hija teħtieġ l-assenza ta 'koppji galvaniċi u kurrenti stray. Dawn il-kundizzjonijiet huma maniġġabbli fi proċess ikkontrollat tajjeb iżda jeħtieġu attenzjoni tal-inġinerija u dixxiplina operattiva.
Il-firxa tal-pH tal-PTFE ta '0-14 hija assoluta. L-ebda kundizzjoni kimika f'din il-medda fi kwalunkwe temperatura prattika ma tiddegrada l-materjal. L-ebda ossidatur mhu meħtieġ. L-ebda film passiv m'għandu jinżamm. L-ebda iżolament galvaniku mhu meħtieġ. Il-materjal huwa intrinsikament immuni għal mekkaniżmi ta 'korrużjoni elettrokimika.
Sommarju
L-iskambjaturi tas-sħana PTFE jimmaniġġjaw firxa ta 'pH effettiva usa' mit-titanju minħabba li r-reżistenza għall-korrużjoni tal-fluworopolimeru hija indipendenti mill-kundizzjonijiet elettrokimiċi. Il-firxa tal-pH użabbli tat-titanju tiddependi fuq kundizzjonijiet ossidanti, hija ristretta fit-tnaqqis ta 'aċidi u alkali sħan, u hija vulnerabbli għall-korrużjoni tal-kurrent galvaniku u mifrux meta metalli oħra jkunu preżenti fis-sistema.
Il-PTFE jelimina r-riskju tal-korrużjoni galvanika permezz ta' non--konduttività elettrika u jelimina l-limitazzjonijiet tal-pH permezz tal-istabbiltà termodinamika tal-bonds tal-karbonju-fluworin. Il-firxa tal-pH tal-PTFE hija assoluta minn 0 sa 14 mingħajr restrizzjonijiet kondizzjonali.
Analiżi tal-inġinerija għall-għażla tal-materjal tal-iskambjatur tas-sħana f'kundizzjonijiet wiesgħa ta' pH u elettrokimiċi hija disponibbli fuq is-sottomissjoni tal-kimika tal-proċess komplut, firxa tal-pH, potenzjal ta' tnaqqis tal-ossidazzjoni-, metalli oħra fis-sistema, u kwalunkwe mudell ta' korrużjoni osservat fuq tagħmir eżistenti.
