اثر ناخالصی اکسید کننده
اسید سولفوریک در خدمات صنعتی به ندرت خالص است. حاوی یون های فلزی محلول ناشی از خوردگی تجهیزات بالادست، خود شیمی فرآیند یا مواد خام است. آهن فریک (Fe3+) و مس مس (Cu2+) رایج ترین ناخالصی های فلزی هستند. غلظت آنها در اسید بسته به فرآیند از 10 پی پی ام تا چندین هزار پی پی ام متغیر است.
این فلزات حل شده تماشاگر بی اثر نیستند. آنها از نظر الکتروشیمیایی فعال هستند. یونهای آهن و مس اکسیدکننده هستند{2}}آنها میتوانند الکترون را بپذیرند و به حالتهای آهن (Fe2+) و مس (Cu+) احیا شوند. این قدرت اکسید کننده بر رفتار خوردگی فلزات در اسید تأثیر می گذارد.
زیرکونیوم 702 برای مقاومت در برابر خوردگی در اسید سولفوریک به یک فیلم غیرفعال ZrO2 پایدار متکی است. ناخالصیهای اکسیدکننده بر پایداری این فیلم تأثیر میگذارند-گاهی بهطور مفید و گاهی مخرب، بسته به غلظت و دما.
PTFE فیلم غیرفعال ندارد. مقاومت در برابر خوردگی آن مستقل از ویژگی اکسید کننده یا کاهنده محیط است. وجود یا عدم وجود ناخالصی های فلزی در اسید تاثیری بر بی اثری شیمیایی PTFE ندارد. مقایسه زیرکونیوم و PTFE در این محیط بین ماده ای است که مقاومت در برابر خوردگی آن به شیمی ناخالصی بستگی دارد و ماده ای که نسبت به آن بی تفاوت است.
اثر دوگانه ناخالصی های اکسید کننده روی زیرکونیوم
یونهای اکسید کننده فلز در اسید سولفوریک بر خوردگی زیرکونیوم به دو روش متضاد بسته به غلظت آنها تأثیر می گذارد.
در غلظتهای پایین (10{3}}100 ppm)، یونهای آهن و مس مفید هستند. آنها پتانسیل خوردگی زیرکونیوم را به حوزه غیرفعال افزایش می دهند و فیلم ZrO2 را تقویت می کنند. زیرکونیوم موجود در اسید سولفوریک با مقداری از یون فریک نسبت به زیرکونیوم موجود در اسید خالص در برابر خوردگی مقاومتر است. این اثر مفید به خوبی شناخته شده است و گاهی اوقات عمداً از آن استفاده می شود - افزودن سولفات آهن به اسید سولفوریک برای محافظت از تجهیزات زیرکونیوم.
در غلظت های بالا (بیش از 500-1000 ppm، بسته به دما و غلظت اسید)، همان یون های اکسید کننده مضر می شوند. پتانسیل خوردگی بالا، زیرکونیوم را به ناحیه عبوری هدایت می کند، جایی که فیلم ZrO2 ناپایدار می شود و حل می شود. نتیجه، خوردگی تسریع شده و اغلب موضعی است. غلظت آستانه برای این انتقال بستگی به دما دارد - در دماهای بالاتر، آستانه کمتر است.
| پارامتر خوردگی | زیرکونیوم 702 | PTFE |
|---|---|---|
| مکانیسم حفاظت در برابر خوردگی | فیلم غیرفعال ZrO2 | ثبات پیوند ذاتی C{{0}F |
| اثر Fe³+ در ppm 100-10 | سودمند (تقویت فیلم غیرفعال) | بدون تاثیر |
| اثر Fe³+ در ppm 500-5000 | مضر (انحلال فراگذر) | بدون تاثیر |
| اثر Cu2⁺ | مشابه Fe³+; آستانه متفاوت است | بدون تاثیر |
| نیاز نظارت بر غلظت ناخالصی | بحرانی (باید در محدوده غیرفعال بماند) | هیچ کدام |
| عاقبت گردش نجاست | خوردگی موضعی سریع | بدون نتیجه |
سناریوی سفر ناخالصی
فرآیندهای شیمیایی سفرهای ناخالصی را تجربه می کنند. یک پروانه پمپ خوردگی در بالادست، ذرات آهن را آزاد می کند. تغییر در کیفیت مواد خام باعث افزایش مس می شود. مبدل حرارتی که برای محدوده ناخالصی معمولی طراحی شده است، در معرض غلظت های بسیار خارج از این محدوده قرار دارد.
زیرکونیوم که در رژیم "ایمن" با ناخالصی کم-کار میکند، میتواند توسط یک آهن فریک به سمت خوردگی فراگذر رانده شود. آسیب خوردگی در طول گردش رخ می دهد و ممکن است پس از بازگشت سطح ناخالصی به حالت عادی در صورت شروع حمله موضعی ادامه یابد. این گشت و گذار ممکن است شناسایی نشود-هیچ تغییر قابل مشاهده ای در رنگ اسید وجود ندارد و نظارت بر خوردگی اغلب دوره ای است نه مداوم.
PTFE تحت تأثیر گشت و گذار در هر غلظت ناخالصی قرار نمی گیرد. نرخ خوردگی مواد بدون توجه به شیمی ناخالصی صفر باقی می ماند. این بیتفاوتی حاشیهای از ایمنی را فراهم میکند که در فرآیندهایی که سطوح ناخالصی متغیر است، نظارت ضعیفی دارد یا در معرض گشتوگذارهای گاه به گاه است، ارزشمند است.
بار نظارت و کنترل
زیرکونیوم موجود در اسید سولفوریک نیاز به نظارت بر غلظت ناخالصی اکسید کننده دارد تا اطمینان حاصل شود که در محدوده ایمن باقی می ماند. این نظارت منابع آزمایشگاهی را مصرف می کند و یک نقطه کنترل فرآیند ایجاد می کند که باید مدیریت شود. اگر غلظت ناخالصی به سمت آستانه عبوری گرایش پیدا کند، باید اقدامات اصلاحی-رقیقسازی، تنظیم شیمیایی یا اصلاح فرآیند- انجام شود.
PTFE این بار نظارت و کنترل را از بین می برد. هیچ آنالیز ناخالصی برای اهداف کنترل خوردگی مورد نیاز نیست. مبدل حرارتی در هر غلظت ناخالصی از صفر تا اشباع ایمن کار می کند. منابع مهندسی آزمایشگاه و فرآیند اختصاص داده شده به مدیریت ناخالصی را می توان تغییر مسیر داد.
خلاصه
مبدل های حرارتی PTFE نسبت به اکسید شدن ناخالصی های فلزی در اسید سولفوریک بی تفاوت هستند، در حالی که زیرکونیوم 702 با افزایش غلظت ناخالصی بالاتر از یک آستانه، از حفاظت غیرفعال به خوردگی ترانس منفعل تسریع می یابد. PTFE نیاز به نظارت و کنترل ناخالصی را از بین می برد و در برابر ناخالصی هایی که می تواند به تجهیزات زیرکونیوم آسیب برساند، مصونیت می بخشد. در فرآیندهایی که خلوص اسید سولفوریک متغیر است یا به خوبی کنترل نمی شود، PTFE انتخاب مواد کم خطرتر است.
پشتیبانی مهندسی برای انتخاب مواد در سرویس اسید سولفوریک ناخالص با ارائه غلظت اسید، انواع ناخالصی و محدوده غلظت، دمای عملیاتی و دادههای پایش خوردگی فعلی در دسترس است.
