چگونه یک مبدل حرارتی PTFE با تانتالم-2.5 تنگستن در ترشی مخلوط HNO3-HF در 90 درجه مقایسه می شود؟

محیط شدید

ترشی مخلوط نیتریک-هیدروفلوریک اسید در دمای 90 درجه یکی از تهاجمی‌ترین محیط‌ها در پردازش شیمیایی صنعتی است. محلول{3}}معمولاً 10-20% HNO3 و 2-5% HF-قدرت اکسید کنندگی قوی اسید نیتریک را با توانایی منحصر به فرد یون فلوراید در پیچیده شدن و حل کردن لایه‌های اکسید محافظ روی فلزات ترکیب می‌کند.

تانتالم-آلیاژ تنگستن 2.5% (Ta{4}}2.5W) مقاوم‌ترین ماده فلزی در برابر خوردگی است که به صورت تجاری برای این سرویس موجود است. تانتالیوم خالص در حال حاضر مقاومت استثنایی از خود نشان می دهد. افزودن تنگستن آلیاژ را تقویت می کند و مقاومت در برابر حمله فلوراید را از طریق اثرات محلول جامد بر روی فیلم غیرفعال افزایش می دهد.

PTFE به هر دو اسید به صورت جداگانه و ترکیب آنها مصون است. هیچ فیلم منفعل برای حمله وجود ندارد. هیچ اتم فلزی برای فلوراید به کمپلکس وجود ندارد. مقایسه بین مقاوم‌ترین فلز و پلیمر خنثی در این محیط شدید، محدودیت‌های اساسی حفاظت در برابر خوردگی فلزی را روشن می‌کند.

فیلم منفعل تانتالیوم تحت حمله فلوراید

تانتالیم در برابر HNO3-HF مخلوط از طریق یک لایه غیرفعال Ta2O5 که یکی از مقاوم ترین اکسیدهای شیمیایی شناخته شده است، مقاومت می کند. این فیلم در اسید نیتریک در سراسر غلظت کامل و محدوده دما پایدار است. در حضور یون های فلوراید، فیلم تحت یک واکنش انحلال آهسته قرار می گیرد:

Ta₂O₅ + 14HF → 2TaF₇²⁻ + 5H2O + 4H⁺

کمپلکس فلوراید{0}تانتالیم محلول است. فیلم حل می شود. فلز تانتالیوم زیرین با اسید نیتریک واکنش نشان می دهد، که دوباره سطح را اکسید می کند و لایه غیرفعال را اصلاح می کند. نتیجه خالص، از دست دادن پیوسته و آهسته تانتالم{5}}یک نرخ خوردگی است که به غلظت HF، دما و نسبت HNO3/HF بستگی دارد.

افزودن تنگستن به Ta-2.5W این رفتار را تغییر می‌دهد. اتم‌های تنگستن موجود در فیلم غیرفعال ساختار الکترونیکی آن را تغییر می‌دهند و آن را در برابر حمله فلوراید مقاوم‌تر می‌کنند. نرخ خوردگی Ta{7}}2.5W در مخلوط HNO3-HF تقریباً 30-50٪ کمتر از تانتالیوم خالص در شرایط مشابه است. این یک پیشرفت قابل توجه است، اما کاهش نرخ است، نه حذف مکانیسم.

ضریب شتاب دما

نرخ خوردگی تانتالیوم در محلول‌های حاوی فلوراید{0}به شدت وابسته به دما است. این نرخ به ازای هر 15 درجه افزایش تقریباً دو برابر می شود. در 60 درجه، یک مبدل حرارتی Ta-2.5W ممکن است برای 5-8 سال کار کند. در 90 درجه، عمر مفید ممکن است به 2-3 سال کاهش یابد. در 110 درجه، ممکن است در عرض 12-18 ماه تعویض شود.

نرخ خوردگی PTFE در هر سه دما صفر است. عمر مفید مبدل حرارتی با خزش مکانیکی ناشی از فشار بخار تعیین می شود، نه با حمله شیمیایی. در دمای 90 درجه، با کنترل فشار بخار مناسب، PTFE 15+ سال عمر مفید 5-7 برابر بیشتر از Ta-2.5W ارائه می کند.

آسیب پذیری گشت و گذار

نسبت HNO3/HF در حمام های ترشی در حین کار متفاوت است. کشیدن قطعه کار-به داخل آب شستشو، حمام را رقیق می‌کند. افزودن اسید برای بازگرداندن غلظت ممکن است با نسبت‌های کمی کمتر- انجام شود. تلفات تبخیر ترکیب را تغییر می دهد. این تغییرات تعادل اکسید کننده/فلورایدی را که تانتالیوم برای حفظ لایه غیرفعال خود به آن متکی است تغییر می دهد.

یک دوره نسبت HNO3/HF پایین-از یک خطای افزودن اسید، برای مثال-می‌تواند فیلم غیرفعال را سریعتر از اسید نیتریک موجود که بتواند آن را اصلاح کند، از تانتالیوم جدا کند. خوردگی فعال حاصل تا زمانی که نسبت اسیدی اصلاح شود ادامه می یابد. آسیب ناشی از یک گشت و گذار می تواند برابر با ماه های خوردگی سرویس معمولی باشد.

PTFE هیچ حساسیتی به نسبت اسیدی ندارد. گشت و گذار نسبت به هر بزرگی مواد را بدون تغییر باقی می گذارد. این قابلیت بقای گشت و گذار به اندازه نرخ خوردگی ثابت-در تعیین عمر خدمات عملی ارزشمند است.

خلاصه

مبدل های حرارتی PTFE بدون قید و شرط در برابر ترشی HNO3-HF مخلوط در دمای 90 درجه مصون هستند، در حالی که تانتالم-آلیاژ تنگستن 2.5%{4}}مقاوم ترین فلز تجاری برای این سرویس{10}}در 0.01-0.05 میلی متر در سال خورده می شود. سرعت خوردگی با دما تسریع می شود و به نسبت HNO3/HF حساس است. PTFE طول عمر 5 تا 7× طولانی‌تری را ارائه می‌کند، حساسیت به گردش‌های فرآیندی را از بین می‌برد و کسری از آلیاژ نسوز را هزینه می‌کند. در سرویس مخلوط HNO3-HF در محدوده دمایی PTFE، PTFE انتخاب برتر است.

پشتیبانی مهندسی برای مشخصات مبدل حرارتی PTFE در ترشی اسید مخلوط، پس از ارائه غلظت اسید، محدوده دمای عادی و گردشی، و داده‌های عمر مفید تجهیزات فعلی در دسترس است.