در تأسیسات تصفیه پسماند، عملیات سنتز دارویی و کارخانههای تولید مواد شیمیایی ویژه، گرم کردن مخلوط ناهمگنی از حلالها، اسیدها، بازها و اکسیدکنندهها یکی از پیچیدهترین چالشها را برای مهندسان فرآیند ایجاد میکند. این مخلوطها-اغلب شامل مواد آلی فرار مانند استون یا تولوئن همراه با اسیدهای معدنی مانند اسید سولفوریک یا نیتریک، در کنار عوامل اکسید کننده مانند پراکسید هیدروژن{2}}محیطی بسیار تهاجمیتر از مجموع اجزای جداگانه ایجاد میکنند. دماهای بالا سرعت واکنش را تسریع میکنند و به طور بالقوه محصولات جانبی پیشبینینشده، تغییرات pH یا تکامل گاز را تولید میکنند که باعث تشدید خوردگی در تجهیزات گرمایشی میشود. در عمل، آنچه که به عنوان یک مرحله گرمایش کنترل شده شروع می شود، می تواند به سرعت به تخریب مواد تبدیل شود و در صورتی که محلول گرمایش به اندازه کافی مقاوم نباشد، منجر به نشت، آلودگی یا خرابی کامل سیستم شود.
مخلوطهای شیمیایی اثرات خورنده همافزایی را نشان میدهند، جایی که فعل و انفعالات بین اجزا مکانیسمهای حمله را فراتر از آنچه ممکن است از مواجهههای جدا شده انتظار میرود، تقویت میکند. به عنوان مثال، یک غلاف بخاری مقاوم به اسید هیدروکلریک به تنهایی ممکن است به سرعت در هنگام مخلوط شدن آن اسید با یک اکسید کننده تسلیم شود، زیرا این ترکیب باعث ایجاد ترک خوردگی استرس کلرید یا تسریع حفره شدن در فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ می شود. مشاهده شده است که حتی آلایندههای کمیاب، مانند کلریدها در یک مخلوط حلال خنثی، میتوانند باعث خوردگی گالوانیکی در دماهای بالا شوند و لایههای اکسید محافظ روی سطوح آلیاژ را فرسایش دهند. این هم افزایی از تغییر پتانسیل های الکتروشیمیایی، تشکیل یون کمپلکس یا واکنش های کاتالیزوری ناشی می شود که انرژی های فعال سازی را برای تخریب کاهش می دهد. در سیستمهای چند جزئی، یک ماده شیمیایی ممکن است بهعنوان حلالی عمل کند که نفوذ عامل خورنده دیگر را افزایش میدهد و یک سیال خفیف تهاجمی را به مایعی بسیار مخرب تبدیل میکند. مواد سنتی مانند Incoloy یا Hastelloy، در حالی که برای خورندههای خاص عالی هستند، اغلب در این مخلوطهای دینامیکی ضعیف هستند، جایی که سازگاری با یک عنصر انعطافپذیری در برابر حمله جمعی را تضمین نمیکند.
PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن)، که معمولاً به عنوان تفلون شناخته میشود، عناصر گرمایشی به عنوان یک راهحل کاملاً سازگار برای چنین کاربردهای سخت ظاهر میشوند. ساختار مولکولی تفلون-که با کربن قوی-پیوندهای فلوئور مشخص میشود-بی اثری فوقالعاده ایجاد میکند و در برابر حمله اکثریت مواد شیمیایی در کل مقیاس pH، از اسیدهای قوی (pH) مقاومت میکند.<1) to concentrated alkalis (pH >13). بر خلاف غلافهای فلزی، که متکی به لایههای غیرفعال هستند که میتوانند توسط همافزایی مخلوط مختل شوند، تفلون یک سد غیر واکنشی ایجاد میکند که از تماس مستقیم بین هسته گرمایش و سیال جلوگیری میکند. این باعث میشود عناصر گرمایش تفلون برای غوطهور شدن یا روی پیکربندیهای جانبی در راکتورهایی که ترکیبهای مختلف را مدیریت میکنند، ایدهآل باشند، جایی که آنها یکپارچگی ساختاری را حتی در حضور هالوژن، اسیدهای آلی یا پراکسیدها حفظ میکنند. از نظر عملی، انرژی کم سطح تفلون همچنین رسوب را کاهش می دهد و از راندمان انتقال حرارت ثابت بدون تجمع باقی مانده هایی که می تواند عنصر را عایق کرده و باعث گرمای بیش از حد شود، تضمین می کند.
تأیید سازگاری برای همه ترکیبات مخلوط بسیار مهم است، به ویژه هنگامی که عوامل اکسید کننده در دماهای بالا درگیر هستند. در حالی که تفلون در بیشتر سناریوها برتر است، اکسید کننده های قوی خاصی مانند گاز فلوئور یا اسید نیتریک غلیظ داغ می توانند محدودیت های آن را در بالای 200 درجه به چالش بکشند و به طور بالقوه منجر به بریدگی یا شکنندگی زنجیره شوند. مشاهده شده است که دما نقش مهمی در سازگاری دارد. آنچه در 50 درجه پایدار است ممکن است در 100 درجه به دلیل افزایش واکنش های تسهیل کننده انرژی جنبشی تخریب شود. طراحان فرآیند باید هر جزء را با مشخصات مقاومت تفلون تطبیق دهند و غلظت، دما و مدت زمان نوردهی را در نظر بگیرند. برای مخلوطهای جدید یا اختصاصی، آزمایش تجربی برای کشف تعاملات پنهان ضروری است.
یک راهنمای عملی عیبیابی به رفع خرابی بخاری در محیطهای ترکیبی-شیمیایی کمک میکند. اگر بخاری قابل اطمینان قبلی به طور ناگهانی از کار بیفتد-که به صورت نشتی، تغییر رنگ یا کاهش خروجی ظاهر میشود{3}}تغییرات اخیر در دستور العمل شیمیایی، مانند نسبتهای تغییر یافته یا افزودنیهای جدید که ممکن است گونههای ناسازگار را معرفی کنند، بررسی کنید. آلودگی ناشی از فرآیندهای بالادستی مانند انتقال فلزات یا مواد آلی نیز باید بررسی شود، زیرا اینها می توانند خوردگی را کاتالیز کنند. علائمی مانند تغییر pH یا تکامل غیرمنتظره گاز در طول چرخه گرمایش را کنترل کنید. از نظر عملی، ثبت پارامترهای فرآیند قبل و بعد از شکست به شناسایی الگوها کمک می کند. مشاوره دقیق راهنماهای مقاومت شیمیایی را از سازندگان پیشنهاد دهید، که اغلب شامل ماتریس هایی برای مخلوط های معمولی است. برای ترکیبهای ناشناخته، آزمایش آزمایشی را در تنظیمات{9}}مقیاسشده با استفاده از بخاریهای نمونه برای شبیهسازی شرایط واقعی در نظر بگیرید، که امکان مشاهده تخریب را بدون خطر{10}}عملیات در مقیاس کامل فراهم میکند.
به طور خلاصه، گرمایش مخلوط های شیمیایی به محافظه کارانه ترین انتخاب مواد برای کاهش خطرات هم افزایی و اطمینان از تداوم عملیاتی نیاز دارد. عناصر گرمایش تفلون به دلیل تطبیق پذیری خود متمایز هستند و محافظتی در برابر تهاجمی غیرقابل پیش بینی سیالات مخلوط ارائه می دهند. برای فرآیندهایی با شیمی در حال تکامل-مثل جریانهای زباله تطبیقی در تصفیه خانهها-یا راکتورهای چند منظوره-که بین دستهها جابهجا میشوند، سرمایهگذاری در یک محلول گرمایشی بیاثر مانند تفلون میتواند از خاموشیهای برنامهریزی نشده جلوگیری کند، تعمیر و نگهداری را به حداقل برساند و از آلودگی متقابل{5} جلوگیری کند یا از آلودگیهای رگولاتوری جلوگیری کند. این رویکرد فعال نه تنها عمر تجهیزات را افزایش می دهد، بلکه از تولید کارآمد و ایمن در تنظیمات پیچیده صنعتی نیز پشتیبانی می کند.
