Egy vegyi feldolgozó üzem PTFE merülő fűtőtestet telepített 30%-os salétromsav fürdőbe 92 fokos hőmérsékleten. A fűtőelem a hőmérsékletre és a kémiára lett besorolva. Négy hónap elteltével kudarcot vallott-nem önmagában a permeáció, hanem a permeáció és az oxidáció kombinációja, amely gyorsabban bontotta le a polimert, mint bármelyik mechanizmus önmagában tette volna. A hüvely finom repedések mintáját és határozott sárgulást mutatott, ami az oxidatív támadásra jellemző.
Az oxidáló savak-salétromsav, krómsav, nagy koncentrációjú kénsav, valamint a peroxidokat vagy perszulfátokat tartalmazó keverékek- sajátos kihívást jelentenek a PTFE merülőfűtők számára. A polimer mérsékelt hőmérsékleten ellenáll az oxidációnak. 90 fok felett az oxidáció és a termikus stressz kombinációja meghaladja a polimer ellenálló képességét.
A PTFE oxidációs mechanizmusa
A PTFE ellenáll az oxidációnak, mivel a szén{0}}fluor kötések erősek, és a fluoratomok védik a szénvázat. Magasabb hőmérsékleten azonban az oxigén vagy az oxidáló anyagok megtámadhatják a polimert a láncvégek gyenge pontjain,{2}}maradvány szennyeződések és a gyártás során keletkező szerkezeti hibák.
A támadás karbonil-fluoridot és más oxidált anyagokat hoz létre, amelyek megszakítják a polimerláncot. Az eredmény láncszakadás, amely csökkenti a molekulatömeget és a mechanikai szilárdságot. A felület törékennyé válik és finom repedések keletkeznek. A repedések utat biztosítanak a további áthatoláshoz és támadáshoz.
Az oxidációs sebesség a hőmérséklettől, az oxidáló anyag koncentrációjától és a katalizátorok, például fémionok jelenlététől függ. A vas, a réz és más átmeneti fémek katalizálhatják a PTFE oxidációját, felgyorsítva a lebomlását.
| Oxidáló sav | Koncentráció | Hőmérséklet | Oxidációs ráta | PTFE élettartam |
|---|---|---|---|---|
| Salétromsav | 20% | 70 fok | Alacsony | 3-5 év |
| Salétromsav | 30% | 90 fok | Mérsékelt | 6-14 hónap |
| Salétromsav | 30% | 95 fok | Magas | 3-8 hónap |
| Salétromsav | 50% | 90 fok | Nagyon magas | 2-6 hónap |
| Krómsav | 20% | 90 fok | Magas | 4-10 hónap |
| Kénsav | 70% | 95 fok | Közepes – Magas | 6-14 hónap |
| peroxid{0}}tartalmú | 5% | 80 fok | Magas | 4-10 hónap |
Az oxidációs arány és a PTFE élettartama 90 fok feletti oxidáló savnál
Az oxidáció és a permeáció együttes hatása
Az oxidáció és a permeáció nem független. Az oxidáció felületi repedéseket hoz létre, és növeli a polimer áteresztőképességét. A permeáció a nedvességet és a kémiát mélyebbre viszi a polimerbe, ahol reakcióba léphetnek az oxidált helyekkel. A két mechanizmus erősíti egymást.
A 90 fok feletti oxidáló savban lévő fűtőelem a szigetelési ellenállás fokozatos csökkenését mutathatja hetek alatt, amit hirtelen csökkenés követ, amikor egy repedés áthatol a teljes burkolat vastagságán. A hirtelen zuhanás gyakran az első jele annak, hogy valami nincs rendben. Addigra a polimer már hetek óta lebomlik.
A kombináció károsabb, mint bármelyik mechanizmus önmagában. Egy nem -oxidáló savban, ugyanazon a hőmérsékleten működő fűtőelem kétszer hosszabb ideig tarthat, mivel a polimer nem kémiailag bomlik, -csak átszivárog.
Hőmérséklet: A domináns változó
Az oxidációs sebesség nagyjából megduplázódik minden 10 fokos hőmérséklet-emelkedés esetén. A 95 fokon működő fűtőberendezés nagyjából négyszer érzékenyebb az oxidációra, mint egy 75 fokos, és nyolcszor érzékenyebb, mint egy 65 fokos.
A burkolat hőmérséklete még fontosabb, mint az ömlesztett hőmérséklet. A 92 fokos ömlesztett fűtőelem 110 fokos köpenyhőmérséklet mellett kétszer-négyszer nagyobb oxidációs sebességnek teszi ki a polimert, mint amennyit az ömlesztett hőmérséklet feltételez. A wattsűrűség csökkentése a burkolat hőmérsékletének csökkentése érdekében a leghatékonyabb módja az élettartam meghosszabbításának.
Gyakorlati irányelvek 90 fok feletti oxidáló savakhoz
20% alatti koncentrációjú salétromsav és 70 fok alatti hőmérséklet esetén a PTFE merülőfűtő jól működik, és elfogadható élettartamot biztosít. 30% koncentráció vagy 90 fok felett az élettartam rövid, és alternatív anyagokat kell fontolóra venni.
20% feletti vagy 90 fokos krómsav esetén az oxidációs sebesség magas, és a fűtőelem hónapokon belül meghibásodhat. A szilícium-karbid vagy a kvarc alkalmasabb lehet, a kémiától függően.
A 70% feletti és 95 fokos kénsav esetében a magas hőmérséklet, a magas koncentráció és az oxidáló körülmények kombinációja túllépi a polimert a gyakorlati határokon.
| Szolgáltatás állapota | PTFE alkalmasság | Ajánlott wattsűrűség | Várható élettartam |
|---|---|---|---|
| 10-20% salétromsav,<70°C | Kiváló | 1,2–1,5 W/cm² | 3-5 év |
| 20-30% salétromsav, 70-90 fok | Marginális | 0,8–1,0 W/cm² | 8-18 hónap |
| 30–50% nitric acid, >90 fok | Nem alkalmas | - | <6 months |
| 10-20% krómsav, 70-90 fok | Marginális | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 hónap |
| >20% chromic acid, >90 fok | Nem alkalmas | - | <6 months |
| >70% sulfuric acid, >95 fok | Marginális | 0,8–1,0 W/cm² | 6-14 hónap |
PTFE alkalmassági és specifikációs paraméterei 90 fok feletti oxidáló savakhoz
Amikor a PTFE eléri határait
A PTFE akkor éri el határait az oxidáló sav szolgáltatásban, ha a hőmérséklet meghaladja a 90 fokot és a koncentráció magas. Ilyen körülmények között az oxidációs sebesség meghaladja a polimer ellenálló képességét, és az élettartama egy év alá csökken.
Ezekben az alkalmazásokban alternatív anyagokat kell fontolóra venni. A szilícium-karbid magasabb hőmérsékleti képességet és oxidációval szembeni ellenállást kínál. A kvarc alkalmas salétromsavhoz és krómsavhoz, de lúgos körülményekhez nem. A titán jól teljesít salétromsavban, de redukáló savakban nem.
Ha egy egyéni konfiguráció kiterjeszti a PTFE teljesítményét
Az egyedi PTFE merülő fűtőberendezés nagyon alacsony wattsűrűséggel, vastag burkolattal és jobb áramlási hozzáféréssel csökkenti a burkolat hőmérsékletét és az oxidációs sebességet. A fejlesztés az élettartamot hónapokról több mint egy évre meghosszabbíthatja marginális oxidáló savas körülmények között. A specifikációs folyamat megköveteli a savkémiát, a koncentrációt, az üzemi hőmérsékletet és a szükséges teljesítményt. A 90 fok feletti oxidáló savas fürdővel rendelkező létesítmények esetében ez az alkalmazás--specifikus megközelítés olyan megoldást kínál, ahol a hagyományos fűtőberendezések nem.
