یک خط تکمیل فلزی یک توالی تمیز کردن را انجام می داد که به طور متناوب بین یک پاک کننده قلیایی و یک شستشوی اسیدی تغییر می کرد. از یک مخزن برای هر دو مرحله استفاده شد، با تغییر شیمی دو بار در هر شیفت. بخاری فولاد ضد زنگ موجود در عرض چند ماه از کار افتاده بود. این گیاه به بخاری نیاز داشت که بتواند هم پاک کننده قلیایی را در pH 12 و هم شستشوی اسیدی را در pH 2 تحمل کند، با چرخه دما بین 60 تا 40 درجه. سوال این بود که آیا یک بخاری غوطه ور PTFE می تواند هر دو حالت را تحمل کند یا خیر.
PTFE در برابر اسیدها و قلیاها در محدوده کامل pH مقاومت می کند. در دماهای متوسط در هیچ یک از محیط‌ها حل نمی‌شود، خورده نمی‌شود یا تجزیه نمی‌شود. این آن را به یکی از معدود موادی تبدیل می‌کند که می‌تواند در سرویس‌های قلیایی- اسید متناوب کار کند. اما مقاومت شیمیایی به تنهایی عملکرد رضایت بخشی را تضمین نمی کند. چرخه حرارتی، نرخ نفوذ و تنش مکانیکی سرویس متناوب نیز باید در نظر گرفته شود.
چرا PTFE برای سرویس متناوب مناسب است؟
اکثر فلزات برای خدمات اسیدی یا قلیایی مناسب هستند، نه هر دو. فولاد ضد زنگ 316L در برابر بسیاری از اسیدها مقاومت می کند اما در سوزاننده غلیظ داغ خورده می شود. تیتانیوم در برابر اسیدهای اکسید کننده و کاستیک ملایم مقاومت می کند اما در کاهش اسیدها ناموفق است. نیکل در برابر سوز آور مقاومت می کند اما در اسید نیتریک خورده می شود.
PTFE برای مقاومت در برابر خوردگی به یک فیلم غیرفعال متکی نیست. پیوندهای کربن- فلوئور آن در هر دو محیط اسیدی و قلیایی پایدار است. پلیمر نسبت به یون های هیدروژن و یون های هیدروکسید به طور یکسان بی اثر است. این باعث می شود که گزینه پیش فرض برای سرویس متناوب باشد.
| مواد | مقاومت در برابر اسید | مقاومت قلیایی | سرویس متناوب | یادداشت ها |
|---|---|---|---|---|
| PTFE | عالی | عالی | عالی | بهترین انتخاب |
| فولاد ضد زنگ 316 لیتر | خوب | متوسط | حاشیه ای | در سوزاننده داغ خورده می شود |
| تیتانیوم | خوب (اکسید کننده) | خوب | حاشیه ای | در اسیدهای کاهنده خوردگی می کند |
| کوارتز | عالی | بیچاره | مناسب نیست | در قلیایی حل می شود |
| PVDF | خوب | خوب | خوب | حد دمای پایین تر |
مناسب بودن مواد برای سرویس‌های قلیایی- اسید متناوب
چالش دوچرخه‌سواری حرارتی
سرویس متناوب اغلب شامل تغییرات دما می شود. پاک کننده قلیایی ممکن است در دمای 60-70 درجه کار کند، در حالی که شستشوی اسیدی در دمای 30-40 درجه کار می کند. مخزن بین این دماها دو بار در هر شیفت چرخش می کند و چرخه حرارتی را بر بخاری تحمیل می کند.
PTFE ضریب انبساط حرارتی بالایی دارد. غلاف با هر تغییر دما منبسط و منقبض می شود. اتصال فلنج، انتقال ترمینال و هر تکیه گاه مکانیکی باید آن حرکت را در خود جای دهد. یک بخاری که به طور محکم نصب شده باشد در نقاطی که انبساط محدود شده است، استرس را تجربه می کند.
یک فلنج مکانیکی در هم قفل شده به PTFE اجازه می دهد بدون اعمال تنش برشی بر پلیمر منبسط و منقبض شود. انتقال منعطف{1}منطقه سرد، حرکت بین بخش گرم شده و محفظه ترمینال را انجام می دهد. این ویژگی های طراحی باعث افزایش طول عمر در سرویس دوچرخه سواری می شود.
| دامنه چرخه حرارتی | چرخه در روز | استرس روی فلنج | طراحی پیشنهادی |
|---|---|---|---|
| <10°C | 2–4 | کم | فلنج استاندارد |
| 10-20 درجه | 2–6 | متوسط | فلنج در هم قفل شده |
| 20-30 درجه | 4–8 | بالا | در هم قفل شده + منطقه سرد انعطاف پذیر |
| >30 درجه | 6–12 | خیلی بالا | طراحی بسط سفارشی |
تنش چرخه حرارتی و طراحی فلنج توصیه شده
ملاحظات نفوذ
نفوذ در هر دو سرویس اسیدی و قلیایی رخ می دهد. نرخ به دما، غلظت و ضخامت غلاف بستگی دارد. در سرویس متناوب، محیط نفوذ دو بار در هر شیفت تغییر می کند، اما کل زمان نوردهی یکسان است.
نرخ نفوذ در سرویس قلیایی به طور کلی کمتر از سرویس اسیدی در همان دما است. یون هیدروکسید بزرگتر و کمتر از یون هیدروژن است. با این حال، چرخه دما ممکن است با ایجاد تنش حرارتی که مسیرهای میکرو{2}} را در پلیمر باز می‌کند، نفوذ را تسریع کند.
ویژگی های طراحی برای سرویس متناوب
یک بخاری غوطه وری PTFE برای سرویس متناوب باید دارای چندین ویژگی طراحی باشد.
یک فلنج مکانیکی در هم قفل شده انبساط حرارتی را بدون فشار بر پلیمر انجام می دهد. یک غلاف ضخیم-2.0-2.5 میلی متر-مسیر نفوذ طولانی تری را فراهم می کند. چگالی وات کم - 0.8-1.2 W/cm² - دمای غلاف را در محدوده ای نگه می دارد که نفوذ و تنش حرارتی را به حداقل می رساند. یک محفظه ترمینال مهر و موم شده با واشر Viton یا PTFE در برابر بخارات اسیدی و قلیایی مقاومت می کند.
| ویژگی طراحی | بهره مندی در سرویس متناوب | مشخصات توصیه شده |
|---|---|---|
| فلنج مکانیکی در هم قفل شده | انبساط حرارتی را در خود جای می دهد | استاندارد برای دوچرخه سواری |
| غلاف ضخیم | مسیر نفوذ طولانی تر | 2.0-2.5 میلی متر |
| چگالی وات کم | دمای غلاف پایین تر | 0.8-1.2 W/cm² |
| ترمینال مهر و موم شده | در برابر هر دو بخار مقاومت می کند | NEMA 4X، واشر Viton |
| منطقه سرد انعطاف پذیر | حرکت را در خود جای می دهد | برای تعداد چرخه بالا |
ویژگی های طراحی برای بخاری های غوطه وری PTFE در سرویس متناوب
هنگامی که یک بخاری منفرد مناسب نیست
یک بخاری PTFE برای اکثر سرویس‌های قلیایی{0} متناوب اسیدی در دماهای متوسط مناسب است. زمانی که مرحله قلیایی از غلظت 80 درجه و 20 درصد تجاوز می کند، یا زمانی که مرحله اسیدی حاوی اسید هیدروفلوئوریک در دمای بالا باشد، مناسب نیست. در این موارد، PTFE ممکن است در مرحله قلیایی تجزیه شود یا به سرعت در مرحله اسیدی نفوذ کند.
اگر شرایط خدمات از محدودیت های PTFE فراتر رود، گزینه های جایگزین محدود می شوند. هیچ ماده معمولی واحدی نمی تواند هم اسید سوزاننده غلیظ داغ و هم اسید غلیظ داغ را کنترل کند. ممکن است کارخانه نیاز به استفاده از بخاری های جداگانه برای هر مرحله یا کاهش دما و غلظت مراحل داشته باشد.
هنگامی که یک پیکربندی سفارشی مورد نیاز است
یک پیکربندی سفارشی بخاری غوطه وری PTFE با فلنج مکانیکی قفل شده، غلاف ضخیم، چگالی وات کم و محفظه ترمینال مهر و موم شده برای سرویس متناوب طراحی شده است. فرآیند تعیین مشخصات به شیمی هر دو مرحله، محدوده دما، فرکانس چرخه، ابعاد مخزن و وات مورد نیاز نیاز دارد.
