Kuidas PTFE-soojusvaheti toimib titaani suhtes hüpokloriitvalgendiga kuumutamisel?

Titaani ründav keemia

Titaan talub naatriumhüpokloriti passiivse oksiidkile moodustamise kaudu, mis on stabiilne neutraalsetes ja leeliselistes lahustes. Kile on põhjus, miks titaan sobib hästi valgendamiseks mõõduka temperatuuri ja kontsentratsiooniga. Kile laguneb, kui temperatuur tõuseb üle 70 kraadi, kui kontsentratsioon tõuseb üle 15% või kui pH langeb alla 9.

Titaani korrosioonimäär hüpokloriti kasutamisel 60 kraadi ja 12% hüpokloriti juures on tavaliselt alla 0,05 mm aastas. 80 kraadi ja 15% hüpokloriti juures tõuseb kiirus 0,3–0,8 mm-ni aastas. 90 kraadi ja 15% hüpokloriti korral võib määr ületada 1,5 mm aastas.

Korrosioon algab tavaliselt toru otstest, kus voolukiirus on madal ja temperatuur kõrge, ning torude -to-torude lehtede ühendustest, kus pragude geomeetria koondab söövitavad osad. Korrosioon avaldub täppidena, mis tungib läbi toru seina ja põhjustab lekke.

Keemia, mis ründab PTFE-d

PTFE on naatriumhüpokloriti suhtes vastupidav kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel selle kasutusvahemikus. Süsinik-fluori sidemeid ei rünnata hüpoklorit ega seebikivi, mis stabiliseerib valgendit. Materjal ei korrodeeru ja kasutusea määravad pigem mehaanilised tegurid kui keemiline rünnak.

Ainus PTFE lagunemismehhanism hüpokloriti kasutamisel on hüpokloriti ja söövitava aine difusioon polümeeri amorfsetesse piirkondadesse. Difusioon on aeglane ja mõju mehaanilistele omadustele on tagasihoidlik. PTFE soojusvaheti kasutusiga hüpokloriti kasutuses on tavaliselt 12–18 aastat.

Soojusjuhtivuse lõhe

Titaani soojusjuhtivus on ligikaudu 22 W/m·K, võrreldes PTFE-ga 0,25 W/m·K. Suhe on ligikaudu 88:1.

Soojusvaheti jaoks, mis annab 40 kW võimsust 12% hüpokloritis temperatuuril 60 kraadi, vajab titaanplokk ligikaudu 3 m² pinda, võttes aluseks üldise soojusülekandeteguri 800 W/m²·K ja logaritmilise temperatuuri erinevuse 17 kraadi. Sama töö jaoks vajab PTFE-seade ligikaudu 12 m² pinda, võttes aluseks üldkoefitsiendi 200 W/m·K ja sama temperatuurierinevuse.

PTFE üksus on 4 korda suurem kui titaanüksus. Suurem suurus suurendab kapitalikulusid, põrandapinda ja vedeliku mahtu. Väiksem soojusvoog vähendab toru seina temperatuuri, mis on protsessi jaoks kasulik, kuid suurem pindala annab ka rohkem pinda sademetele ja nõuab rohkem aega puhastamiseks.

Lagunemisprobleem kõrgendatud temperatuuril

Naatriumhüpoklorit laguneb kiirusega, mis tõuseb temperatuuri tõustes. 60 kraadi juures on lagunemiskiirus ligikaudu 2% päevas. 70 kraadi juures on määr ligikaudu 5% päevas. 80 kraadi juures on määr ligikaudu 10% päevas. Lagunemisel tekib kloorigaas ja vesinikkloriidhape, mis on mõlemale materjalile söövitavad.

Lagunemiskiirus piirab nii titaani kui ka PTFE praktilist töötemperatuuri. Temperatuuridel üle 70 kraadi on lagunemiskiirus piisavalt kõrge, et hüpokloriti kontsentratsiooni tuleb pidevalt täiendada ja gaasiline kloor tuleb välja lasta. Materjali valikul tuleb arvestada gaasilise kloori ja laguproduktidega.

Titaan on eriti vastuvõtlik lagunemisel tekkiva vesinikkloriidhappe suhtes. Hape alandab pH-d ja kiirendab titaani korrosiooni. PTFE on vastupidav vesinikkloriidhappele ja gaasilisele kloorile, mistõttu lagunemine ei mõjuta PTFE kasutusiga.

Kahe materjali võrdlemine hüpoklorit pleegitusteenuses

Järgmises tabelis on kokku võetud PTFE ja titaani soojusvahetite jõudlus- ja kuluomadused hüpokloritiga pleegitustöödel 60 kraadi juures 12% naatriumhüpokloritiga.

Viie{0}}aasta kogumaksumuse väärtused eeldavad tootmisväärtust 600 $ tunnis ning sisaldavad kapitalikulusid, paigalduskulusid ja hoolduskulusid viie aasta jooksul.

Kui titaan on parem valik

Titaan on parem valik mitmes konkreetses rakenduses.

Madala{0}}temperatuuri teenus.Temperatuuridel alla 50 kraadi talub titaan hüpokloriti raskusteta ning kõrgem soojusjuhtivus vähendab vajalikku pinda ja kapitalikulusid.

Madala-kontsentratsiooniga teenus.Kontsentratsioonidel alla 10% talub titaan hüpokloriti temperatuuril kuni 60 kraadi ja kõrgem soojusjuhtivus vähendab vajalikku pinda.

Ruumipiiranguga -installatsioonid.Kui saadaolev ruum on tõsiselt piiratud, võib väiksem titaanplokk olla ainus teostatav valik. PTFE-seade nõuaks 4-kordset pinda, mis ei pruugi olemasolevasse ruumi mahtuda.

Kõrg{0}}rõhuteenus.Titaanil on suurem mehaaniline tugevus kui PTFE-l ja see talub suuremat rõhku. Hüpokloriti kasutamisel rõhul üle 10 baari võib titaan olla ainuke lahendus.

Kui PTFE on parem valik

PTFE on parem valik mitmes konkreetses rakenduses.

Kõrge{0}}temperatuuri teenus.Temperatuuridel üle 60 kraadi talub PTFE lagunemisprodukte paremini kui titaan ja kasutusiga on pikem.

Kõrge{0}}kontsentratsiooniga teenus.Üle 12% kontsentratsioonidel peab PTFE hüpokloritile ja söövitavale ainele vastu paremini kui titaan.

Kokkupuude gaasilise klooriga.Kui lagunemisel tekib kloorigaas, peab PTFE gaasile paremini vastu kui titaan.

Termorattateenus.PTFE-l on kõrgem soojuslöögikindlus kui titaanil, mistõttu sobib see sagedaste temperatuurimuutuste korral hoolduseks.

Pika kasutusea nõue.Kui soojusvaheti eeldatav kasutusiga on 10 aastat või rohkem, on PTFE parem valik, kuna see peab pikema aja jooksul vastu keemilisele rünnakule.

Disainifunktsioonid, mis pikendavad kasutusiga

Mitmed disainifunktsioonid pikendavad nii PTFE- kui ka titaansoojusvahetite kasutusiga hüpoklorit pleegitustöödel.

Madalam töötemperatuur.Töötemperatuuri alandamine 70 kraadilt 50 kraadile vähendab lagunemiskiirust ja keemilist rünnakut soojusvaheti materjalile.

Madalam kontsentratsioon.Hüpokloriti kontsentratsiooni vähendamine 15%-lt 10%-le vähendab keemilist rünnakut ja lagunemiskiirust.

pH kontroll.PH hoidmine üle 10 vähendab titaani korrosiooni ja hüpokloriti lagunemist.

Voolukiiruse juhtimine.Mõõduka voolukiiruse säilitamine vähendab piirkihi paksust ja lagunemissaaduste kontsentratsiooni toru pinnal.

Kohaldage-puhastusmeetmed.Puhastuslahuse etteande ja tagasivoolu ühendused võimaldavad soojusvaheti puhastamist lahti võtmata, mis vähendab seisakuid ja tootmiskadusid.

Hüpoklorit pleegitusteenuse spetsifikatsiooniparameetrid

Seadmeinsenerid, kes hindavad PTFE- ja titaansoojusvahetiid hüpokloriti pleegitusteenuse jaoks, peaksid tarnijaga kinnitama järgmised parameetrid.

Hüpokloriti kontsentratsioon.Määrake maksimaalne kontsentratsioon ja eeldatav vahemik.

Töötemperatuur.Määrake maksimaalne töötemperatuur ja eeldatav temperatuuriprofiil.

pH.Määrake pH vahemik ja kontrollimeetod.

Töörõhk.Määrake maksimaalne töörõhk.

Soojuskoormus ja pindala.Määrake iga materjalivaliku jaoks soojuskoormus ja nõutav pindala.

Lagunemiskiirus.Määrake eeldatav lagunemiskiirus ja kloorigaasi tekkekiirus.

Ruumipiirangud.Määrake saadaolev ruum ja maksimaalne lubatud jalajälg.

Kasutusaja nõue.Määrake eeldatav kasutusiga ja asendamise ajakava.

Materjali valiku sobitamine hüpokloriti teenindustingimustega

Valik PTFE ja titaani soojusvahetite vahel hüpokloritvalgendi kasutamisel sõltub temperatuurist, kontsentratsioonist, pH-st ja kasutusea nõudest. Titaanil on kõrgem soojusjuhtivus ja see nõuab vähem pinda, kuid see on kõrgel temperatuuril ja kõrgel kontsentratsioonil vastuvõtlik korrosioonile. PTFE-l on madalam soojusjuhtivus ja see nõuab rohkem pinda, kuid see on hüpokloriti suhtes vastupidav kõikidel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel.

Valikuotsus peaks põhinema objekti{0}}spetsiifilisel analüüsil, mis hõlmab kapitalikulusid, hoolduskulusid ja tootmiskao riski. Nende kulukomponentidega lihtne tabelimudel pakub otsuse tegemiseks vajalikku teavet.

Hüpokloritvalgendi teenindusrajatiste puhul, mis hindavad soojusvaheti valikuid, peaks materjali valik põhinema kogu eeldatava kasutusea kuludel, mitte ainult kapitalikuludel või soojustõhususel. Madalama kapitalikuluga titaanüksusel võib olla kõrgem eluiga, kui see vajab sagedast väljavahetamist.

Seadmeinsenerid ja hankespetsialistid, kes hindavad PTFE-soojusvaheti spetsifikatsioone hüpokloritvalgendi või muude oksüdeerivate teenuste jaoks, võivad taotleda projekti läbivaatamist, mis hõlmab hüpokloriti kontsentratsiooni, töötemperatuuri, pH-d, töörõhku ja kasutusea nõudeid, et veenduda, et materjali valik vastab rajatise tegelikele kasutustingimustele ja kulustruktuurile.