A kémia, amely megtámadja a titánt
A titán ellenáll a nátrium-hipokloritnak azáltal, hogy passzív oxidfilmet képez, amely semleges és lúgos oldatokban is stabil. A fólia az oka annak, hogy a titán mérsékelt hőmérsékleten és koncentrációban jól teljesít a fehérítés során. A film lebomlik, ha a hőmérséklet 70 fok fölé emelkedik, ha a koncentráció 15% fölé emelkedik, vagy ha a pH 9 alá csökken.
A titán korróziós sebessége hipokloritos üzemben 60 fokos és 12%-os hipoklorit esetén jellemzően kevesebb, mint 0,05 mm évente. 80 fokos és 15%-os hipokloritnál az arány évi 0,3-0,8 mm-re nő. 90 fokos és 15%-os hipoklorit esetén az arány meghaladhatja az évi 1,5 mm-t.
A korrózió jellemzően a csövek végein kezdődik, ahol az áramlási sebesség alacsony és a hőmérséklet magas, valamint a cső{0}}–-csövek csatlakozásainál, ahol a résgeometria koncentrálja a korrozív anyagokat. A korrózió lyukacsosodásban nyilvánul meg, amely áthatol a cső falán és szivárgást okoz.
A kémia, amely megtámadja a PTFE-t
A PTFE működési tartományán belül minden koncentrációban és hőmérsékleten ellenáll a nátrium-hipokloritnak. A szén-fluor kötéseket nem támadja meg a hipoklorit vagy a fehérítőt stabilizáló nátronlúg. Az anyag nem korrodálódik, és az élettartamot nem vegyi hatás, hanem mechanikai tényezők határozzák meg.
A PTFE egyetlen lebomlási mechanizmusa a hipoklorit szolgáltatásban a hipoklorit és a lúg diffúziója a polimer amorf tartományaiba. A diffúzió lassú, a mechanikai tulajdonságokra gyakorolt hatás szerény. A PTFE hőcserélő élettartama hipoklorit üzemben jellemzően 12-18 év.
A hővezető képesség rés
A titán hővezető képessége körülbelül 22 W/m·K, szemben a PTFE 0,25 W/m·K értékével. Az arány körülbelül 88:1.
Egy 40 kW teljesítményt 12%-os hipokloritban 60 fokon leadott hőcserélőhöz a titán egység körülbelül 3 m² felületet igényel, 800 W/m²·K általános hőátbocsátási tényező és 17 fokos logaritmi hőmérsékletkülönbség alapján. Egy PTFE egység ugyanarra a feladatra körülbelül 12 m² felületet igényel, 200 W/m·K általános együttható és azonos hőmérsékletkülönbség alapján.
A PTFE egység négyszer nagyobb, mint a titán egység. A nagyobb méret növeli a tőkeköltséget, az alapterületet és a folyadék mennyiségét. Az alacsonyabb hőáram csökkenti a csőfal hőmérsékletét, ami előnyös a folyamat szempontjából, de a nagyobb felület nagyobb felületet biztosít a lerakódások számára, és több időt igényel a tisztítás.
A bomlási probléma megemelt hőmérsékleten
A nátrium-hipoklorit a hőmérséklettel növekvő sebességgel bomlik. 60 fokon a bomlási sebesség körülbelül napi 2%. 70 fokos hőmérsékleten az arány körülbelül napi 5%. 80 fokos hőmérsékleten az arány körülbelül napi 10%. A bomlás során klórgáz és sósav keletkezik, amelyek mindkét anyagra maró hatásúak.
A bomlási sebesség korlátozza a gyakorlati üzemi hőmérsékletet mind a titán, mind a PTFE esetében. 70 fok feletti hőmérsékleten a bomlási sebesség elég nagy ahhoz, hogy a hipoklorit koncentrációt folyamatosan pótolni kell, és a klórgázt el kell engedni. Az anyagválasztásnál figyelembe kell venni a klórgázt és a bomlástermékeket.
A titán különösen érzékeny a bomlás során keletkező sósavra. A sav csökkenti a pH-t és felgyorsítja a titán korrózióját. A PTFE ellenáll a sósavnak és a klórgáznak, így a bomlás nem befolyásolja a PTFE élettartamát.
A két anyag összehasonlítása a hipokloritos fehérítő szolgáltatásban
Az alábbi táblázat összefoglalja a PTFE és titán hőcserélők teljesítmény- és költségjellemzőit hipokloritos fehérítésben 60 fokon 12%-os nátrium-hipoklorittal.
| Jellegzetes | Titán hőcserélő | PTFE hőcserélő | Előny |
|---|---|---|---|
| Hővezetőképesség | 22 W/m·K | 0.25 W/m·K | Titán |
| Teljes hőátbocsátási tényező | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | Titán |
| 40 kW-hoz szükséges felület | 3 m² | 12 m² | Titán |
| Kémiai ellenállás 12% hipoklorittal szemben 60 fokon | Kiváló | Kiváló | Egyenlő |
| Kémiai ellenállás 15% hipoklorittal szemben 80 fokon | Szegény | Kiváló | PTFE |
| Klórgázzal szembeni kémiai ellenállás | Mérsékelt | Kiváló | PTFE |
| Maximális üzemi hőmérséklet | 70 fok (praktikus) | 260 fok | PTFE |
| Mechanikai szilárdság | Magas | Mérsékelt | Titán |
| Hőütésállóság | Mérsékelt | Magas | PTFE |
| Javíthatóság | Korlátozott | Jó | PTFE |
| Élettartam a hipoklorit szervizben | 5-8 év | 12-18 év | PTFE |
| Tőkeköltség 40 kW vámhoz | $32,000 | $34,000 | Titán |
| Beépítési költség | $4,000 | $3,500 | PTFE |
| Éves karbantartási költség | $4,000 | $1,500 | PTFE |
| Öt{0}}éves összköltség | $76,000 | $55,500 | PTFE |
Az öt-éves összköltség értéke óránként 600 USD gyártási értéket feltételez, és tartalmazza a tőkeköltséget, a telepítési költséget és az öt évre vonatkozó karbantartási költséget.
Amikor a titán a jobb választás
A titán a jobb választás számos speciális alkalmazáshoz.
Alacsony{0}}hőmérsékletű szolgáltatás.50 fok alatti hőmérsékleten a titán nehézség nélkül ellenáll a hipokloritnak, és a magasabb hővezető képesség csökkenti a szükséges felületet és a tőkeköltséget.
Alacsony-koncentrációjú szolgáltatás.10% alatti koncentrációban a titán 60 fokos hőmérsékleten ellenáll a hipokloritnak, és a magasabb hővezető képesség csökkenti a szükséges felületet.
Helykorlátos-telepítések.Ha a rendelkezésre álló hely erősen korlátozott, a kisebb titán egység lehet az egyetlen megvalósítható lehetőség. A PTFE egység négyszeres felületet igényelne, ami nem biztos, hogy fér bele a rendelkezésre álló helyre.
Nagynyomású{0}}szolgáltatás.A titánnak nagyobb a mechanikai szilárdsága, mint a PTFE-nek, és nagyobb nyomásnak is ellenáll. A 10 bar feletti nyomáson végzett hipokloritos szervizelésnél a titán lehet az egyetlen életképes megoldás.
Amikor a PTFE a jobb választás
A PTFE a jobb választás számos speciális alkalmazásban.
Magas{0}}hőmérsékletű szolgáltatás.60 fok feletti hőmérsékleten a PTFE jobban ellenáll a bomlástermékeknek, mint a titán, és hosszabb az élettartama.
Magas-koncentrációjú szolgáltatás.12% feletti koncentrációban a PTFE jobban ellenáll a hipokloritnak és a lúgnak, mint a titán.
Klórgáz expozíció.Ha a bomlás során klórgáz képződik, a PTFE jobban ellenáll a gáznak, mint a titán.
Termálkerékpár szolgáltatás.A PTFE hősokkállósága nagyobb, mint a titáné, ezért alkalmas a gyakori hőmérséklet-változások melletti szervizelésre.
Hosszú élettartam követelmény.Ha a hőcserélő várhatóan legalább 10 éves élettartammal rendelkezik, a PTFE a jobb választás, mert hosszabb ideig ellenáll a kémiai támadásnak.
Tervezési jellemzők, amelyek meghosszabbítják az élettartamot
Számos tervezési jellemző meghosszabbítja mind a PTFE, mind a titán hőcserélők élettartamát a hipokloritos fehérítő üzemben.
Alacsonyabb üzemi hőmérséklet.Az üzemi hőmérséklet 70 fokról 50 fokra csökkentése csökkenti a bomlási sebességet és a hőcserélő anyagának kémiai támadásait.
Alacsonyabb koncentráció.A hipoklorit koncentrációjának 15%-ról 10%-ra való csökkentése csökkenti a kémiai támadást és a bomlási sebességet.
pH szabályozás.A pH 10 feletti tartása csökkenti a titán korrózióját és a hipoklorit bomlását.
Áramlási sebesség szabályozás.A mérsékelt áramlási sebesség fenntartása csökkenti a határréteg vastagságát és a bomlástermékek koncentrációját a cső felületén.
Helyezzen-tisztítási rendelkezéseket.A tisztítóoldat betáplálás és visszavezetés csatlakozásai lehetővé teszik a hőcserélő szétszerelés nélküli tisztítását, ami csökkenti az állásidőt és a termelési veszteséget.
Specifikációs paraméterek a hipokloritos fehérítő szolgáltatáshoz
A PTFE és titán hőcserélőket hipokloritos fehérítőszervizhez értékelő berendezésmérnököknek meg kell erősíteniük a következő paramétereket a szállítóval.
Hipoklorit koncentráció.Adja meg a maximális koncentrációt és a várható tartományt.
Üzemi hőmérséklet.Adja meg a maximális üzemi hőmérsékletet és a várható hőmérsékleti profilt.
pH.Adja meg a pH-tartományt és a szabályozási módszert.
Üzemi nyomás.Adja meg a maximális üzemi nyomást.
Hőterhelés és felület.Minden anyagopcióhoz adja meg a hőterhelést és a szükséges felületet.
Bomlási sebesség.Adja meg a várható bomlási sebességet és a klórgáz képződési sebességét.
Helyszűke.Adja meg a rendelkezésre álló helyet és a maximálisan megengedhető lábnyomot.
Élettartam követelmény.Adja meg a várható élettartamot és a csere ütemezését.
Az anyagválasztás és a hipoklorit szolgáltatási feltételek összehangolása
A PTFE és a titán hőcserélők közötti választás a hipoklorit fehérítő üzemben a hőmérséklettől, a koncentrációtól, a pH-tól és az élettartam követelményétől függ. A titánnak nagyobb a hővezető képessége és kisebb a felülete, de magas hőmérsékleten és magas koncentrációban érzékeny a korrózióra. A PTFE alacsonyabb hővezető képességgel rendelkezik és nagyobb felületet igényel, de minden koncentrációban és hőmérsékleten ellenáll a hipokloritnak.
A kiválasztási döntésnek egy létesítmény-{0}}specifikus elemzésen kell alapulnia, amely magában foglalja a tőkeköltséget, a karbantartási költségeket és a termelési veszteség kockázatát. Egy egyszerű táblázatos modell ezekkel a költségkomponensekkel biztosítja a döntéshez szükséges információkat.
A hőcserélő opciókat értékelő hipokloritos fehérítőszervizeknél az anyagválasztást a várható élettartam alatti teljes birtoklási költségen kell alapul venni, nem csak a tőkeköltséget vagy a hőteljesítményt. Az alacsonyabb tőkeköltséggel rendelkező titán egység élettartama magasabb költséggel járhat, ha gyakori cserét igényel.
Azok a berendezésmérnökök és beszerzési szakemberek, akik a PTFE hőcserélő specifikációit értékelik hipoklorit fehérítőhöz vagy más oxidáló szolgáltatáshoz, tervezési felülvizsgálatot kérhetnek, amely kiterjed a hipoklorit koncentrációra, az üzemi hőmérsékletre, a pH-ra, az üzemi nyomásra és az élettartamra vonatkozó követelményekre, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az anyagválasztás összhangban van a létesítmény tényleges működési feltételeivel és költségszerkezetével.
