Kontsentreeritud söövitav keskkond
Naatriumhüdroksiid, mille kontsentratsioon kõrgel temperatuuril üle 50%, on üks agressiivsemaid tööstuskemikaale. See lahustab klaasi, ründab enamikku metalle söövitava pingekorrosiooni pragunemise või ühtlase lahustumise kaudu ning lagundab paljusid polümeere aluselise hüdrolüüsi teel. Kõrge pH (14+), kõrgendatud temperatuuri ja võimsa nukleofiilse hüdroksiidiooni kombinatsioon muudab materjali valiku äärmiselt piiratuks.
Alumiiniumoksiidkeraamika (alumiiniumoksiid, Al2O3) on üks väheseid materjale, millel on kasulik vastupidavus kuumale kontsentreeritud leelisele. Selle ioonne-kovalentne side ja tihe mikrostruktuur tagavad keemilise stabiilsuse leeliselises keskkonnas, kus metallid ja klaasid purunevad. Alumiiniumoksiidi soojusvahetid on ette nähtud spetsiaalsetes söövitava töötlemise rakendustes.
PTFE on universaalselt vastupidav naatriumhüdroksiidile kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel kuni 260 kraadi. Võrdlus alumiiniumoksiidiga on keraamika, mis talub söövitust oksiidi termodünaamilise stabiilsuse tõttu, ja polümeeri, mis on oma olemuselt leeliselise rünnaku suhtes immuunne.
Alumiiniumoksiidi lahustumismehhanism
Alumiiniumoksiid ei ole naatriumhüdroksiidi suhtes täiesti inertne. Kõrgetel kontsentratsioonidel ja kõrgetel temperatuuridel toimub aeglane keemiline reaktsioon:
Al₂O3 + 2NaOH + 3H₂O → 2NaAl(OH)4
Naatriumaluminaadi toode on lahustuv ja lahustub söövitavas lahuses. Alumiiniumoksiidi pind on järk-järgult söövitatud. Lahustumiskiirus sõltub tugevalt temperatuurist ja söövitava aine kontsentratsioonist.
50% NaOH ja 100 kraadi juures on kõrge -puhtusastmega (99,7%) alumiiniumoksiidi lahustumiskiirus ligikaudu 0,02–0,05 mm aastas. See määr on tööstusteenuste jaoks piisavalt madal, kuid see ei ole null. 10-aastase kasutusea jooksul kaob pinnast 0,2-0,5 mm. Alumiiniumoksiidist soojusvaheti torude seina paksus peab sisaldama korrosioonivaru.
Lahustumine on harva täiesti ühtlane. Alumiiniumoksiidi keraamika on polükristalliline ja terade piirid söövituvad veidi kiiremini kui terade sisemus. Aja jooksul pinna karedus suureneb. Karestatud pind loob tuumade moodustumise kohad söövitavate soolade ladestumiseks, mis võib põhjustada lokaalset alam-ladestumist.
Tabel 1: Kontsentreeritud söövituskindluse võrdlus (50% NaOH)
| Takistuse parameeter | Alumiiniumoksiidi keraamika (99,7% Al2O3) | PTFE |
|---|---|---|
| Korrosiooni mehhanism | Keemiline lahustuvus (Al2O3 → NaAl(OH)4) | Mitte ühtegi |
| Lahustumiskiirus 100 kraadi juures (mm/aastas) | 0.02-0.05 | 0 |
| Lahustumiskiirus 150 kraadi juures (mm/aastas) | 0.10-0.30 | 0 |
| Temperatuuri piirang 50% NaOH-s ( kraad ) | ~150 (kiirendatud lahustumine ülalpool) | 260 |
| Pinna karestamine aja jooksul | Jah (tera piiride söövitus) | Ei |
| Tundlikkus termilise šoki suhtes | Mõõdukas (keraamiline rabedus) | Mitte ühtegi |
| Soojusjuhtivus (W/m·K) | 25-35 | 0.25 |
| Mehaanilise rikke režiim | Habras luumurd | Plastne roome |
| Valmistamise keerukus | Kõrge (spetsiaalne keraamiline töötlemine) | Mõõdukas |
Termilise šoki haavatavus
Alumiiniumoksiidi keraamika, nagu kogu keraamika, on rabe. Selle soojuslöögikindlust piirab mõõduka soojuspaisumise koefitsiendi (8 × 10⁻⁶/kraad) ja kõrge elastsusmooduli (350 GPa) kombinatsioon. Kiired temperatuurimuutused tekitavad termilisi pingeid, mis võivad keraamikat murda.
Söövitava töötlemise korral tekivad käivitamise, seiskamise ja protsessi häirete ajal temperatuuri kõikumised. Kuuma alumiiniumoksiidi vahetisse sisestatud külm leevis või külm kaustik tekitab termilisi gradiente, mis võivad torusid purustada. Murdumise tõenäosus sõltub temperatuurimuutuse suurusest ja kiirusest ning tootmisest või hooldusest tulenevate pinnadefektide olemasolust.
PTFE on termilise šoki suhtes immuunne. Selle madal elastsusmoodul võimaldab elastse deformatsiooni kaudu kohaneda kiirete temperatuurimuutustega. Normaalsete protsessitemperatuuri muutuste korral ei eksisteeri murdumismehhanismi.
Soojusülekande ja jalajälje kaubandus{0}}välja lülitatud
Alumiiniumoksiidi soojusjuhtivus 25-35 W/m·K on ligikaudu 100–140 korda kõrgem kui PTFE 0,25 W/m·K. Alumiiniumoksiidi soojusvaheti on sama soojusvajaduse jaoks oluliselt kompaktsem. Piiratud ruumi korral on see oluline eelis.
PTFE vajab 3-4 korda suuremat pinda, mille tulemuseks on suurem füüsiline jalajälg. Valik alumiiniumoksiidi ja PTFE vahel sõltub sageli sellest, kas paigaldusruumi mahub suurem PTFE soojusvaheti. Kui ruumi on, pakub PTFE absoluutne vastupidavus söövitavale lahustumisele ja termilise šoki purunemisele madalama riskiga lahenduseks.
Kokkuvõte
PTFE soojusvahetid on naatriumhüdroksiidi suhtes immuunsed kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel kuni 260 kraadi. Alumiiniumoksiidi keraamika talub hästi söövitust, kuid lahustub aeglaselt, mis kulutab seina paksust ja aja jooksul karestab pindu. Alumiiniumoksiid on haavatav ka temperatuurimuutustest tingitud termilise šoki purunemise suhtes, mille PTFE välistab täielikult.
Alumiiniumoksiidi soojusjuhtivuse eelis tagab kompaktsema soojusvaheti, mis võib olla otsustava tähtsusega ruumipiirangute korral{0}}. Kui ruum seda võimaldab, muudab PTFE absoluutne keemiline vastupidavus ja rabedate murdumisriskide puudumine sellest madalama-riskiga valiku kontsentreeritud söövitava hoolduse jaoks.
Söövitavate hooldusmaterjalide valiku tehniline analüüs on saadaval, kui esitate NaOH kontsentratsiooni, töötemperatuuri vahemiku, temperatuuritsükli karakteristikud, soojusvõimsuse ja vaba paigaldusruumi.
