Kvars qoplamalarini tez iste'mol qiladigan ekstremal gidroksidi muhit
Eritilgan natriy gidroksidi (NaOH) va boshqa gidroksidi metall gidroksidlari 400 darajadan 550 darajagacha bo'lgan haroratlarda metallarni issiqlik bilan ishlov berish, kimyoviy sintez va chiqindilarni qayta ishlashda ishlatiladi. Kvarsning yuqori erish nuqtasi (1650 daraja) va oksidlanishga chidamliligi tufayli kvarts suvga cho'mdiruvchi isitgichlar vaqti-vaqti bilan ushbu xizmatlar uchun belgilanadi. Biroq, eritilgan NaOH tarkibidagi eritilgan kremniy oksidining korroziya mexanizmi suvli ishqoriy eritmalardan tubdan farq qiladi. NaOH erish nuqtasidan (318 daraja) yuqori haroratlarda gidroksid erkin O²⁻ va OH⁻ ionlarini o'z ichiga olgan yuqori suyuqlikli ionli suyuqlikdir. Bu turlar silika tarmog'iga o'ta tajovuzkorlik bilan hujum qilib, eriydigan natriy silikatlarini (Na₂SiO₃, Na₄SiO₄) hosil qilish uchun kvartsni eritib yuboradi. Reaktsiya oddiy sirt korroziyasi emas, balki tez, diffuziya{9}}boshqariladigan iste'mol bo'lib, o'nlab soat ichida 2,0 mm devorni teshib qo'yishi mumkin. Ushbu tahlil harorat (400–550 daraja) va eritilgan gidroksidi tarkibi eritilgan kremniyning chiziqli erish tezligiga qanday ta'sir qilishini va kerakli devor qalinligi yuqori{14}}harorat, yuqori-issiqlik muhitida-issiqlik{{1.6}{1.6}yuqorida qalinroq devorlarning termal jazosiga nisbatan juda qisqa qurbonlik muddatini qanday muvozanatlashi kerakligini aniqlaydi. Tanlov tizimi kvartsdan qachon foydalanish mumkinligini (odatda qisqa{18}}davomiylik yoki vaqti-vaqti bilan xizmat ko'rsatish uchun) va qachon o'tga chidamli metall yoki keramik qoplamalar majburiy ekanligini aniqlaydi.
Eritilgan natriy gidroksiddagi eritilgan kremniyning korroziya kinetikasi
Eritilgan kremniy oksidi va erigan NaOH o'rtasidagi reaksiya quyidagicha davom etadi: SiO₂ (qattiq) + 2 NaOH (suyuq) → Na₂SiO₃ (eriydigan) + H₂O (gaz). Suv bug'lari pufakchalar shaklida chiqib, himoya qatlamini qoldirmaydi. Natriy ortosilikat mahsuloti erigan gidroksidida juda eriydi, shuning uchun reaktsiya fronti to'siqsiz oldinga siljiydi. Eritma tezligi parabolik emas, balki chiziqli kinetikaga (soatda doimiy qalinlik yo'qolishiga) mos keladi, chunki passivlashtiruvchi qatlam hosil bo'lmaydi. Bu kvarts uchun eng agressiv korroziya rejimi.
450 gradusda erigan NaOH dagi yuqori tozalikdagi eritilgan kvarts tayoqlarini cho'mish sinovidan olingan eksperimental ma'lumotlar 0,25–0,35 mm/soat bir tekis chiziqli korroziya tezligini ko'rsatadi. 500 gradusda tezlik soatiga 0,55-0,75 mm gacha ko'tariladi. 550 daraja haroratda 1,2 mm/soatdan oshadi. Taqqoslash uchun, 100 gradusda 50% suvli NaOH tarkibidagi bir xil kvarts atigi 0,005 mm / soat korroziyaga uchraydi. Eritilgan rejimdagi faollashuv energiyasi taxminan 90-100 kJ / mol ni tashkil qiladi, bu yuqori kimyoviy faollikni aks ettiradi. 500 daraja haroratda 2,0 mm kvarts qobig'i 3 soatdan kamroq vaqt ichida butunlay eriydi. Bu kvartsni uzluksiz eritilgan gidroksidi xizmat qilish uchun amaliy emas.
Suv yoki boshqa gidroksidlar (KOH, LiOH) mavjudligi tezlikni o'zgartiradi. Eritilgan KOH yanada agressivdir, chunki kaliy ioni kattaroq va harakatchanroq bo'lib, bir xil haroratda erish tezligini 1,5-2,0 marta oshiradi. Aralash gidroksidlar (masalan, 50/50 NaOH/KOH) past erish nuqtalariga ega, ammo korroziya tezligi o'xshash yoki yuqori. Kichik miqdordagi suv qo'shilishi (5% gacha) korroziyani keskin oshiradi, chunki suv silikat mahsulotini gidrolizlaydi, lekin bu haroratlarda suv tezda qaynab ketadi. Amalda, suvsiz eritilgan kaustik eng kam tajovuzkor hisoblanadi; har qanday namlik boshqa mexanizm orqali hujumni tezlashtiradi.
Nosozlik mexanizmlari: menisk va bug 'hujumiga nisbatan bir xil yupqalash
Korroziya chiziqli va tez bo'lganligi sababli, devorning bir xil yupqalashishi ustun nosozlik rejimidir. Chuqurlik minimaldir, chunki sirt kimyoviy faol bo'lib qoladi va har qanday pürüzlülük tez erishi bilan tezda tekislanadi. Meniskus zonasi-erigan gidroksidi yuzasi kvarts bilan aloqa qiladigan joy-sirt tarangligi ta'siri va oksid to'planishi tufayli biroz tezlashtirilgan hujumga uchraydi, ammo farq 20-30% ichida. Suyuqlik chizigʻi ustidagi bug{7}}fazali hujum ham mavjud: NaOH 500 daraja past bugʻ bosimiga ega (taxminan 0,5–1,0 torr), lekin bugʻ sovuqroq kvarts yuzalarida kondensatsiyalanib, eritilgan gidroksidi yupqa plyonka hosil qiladi va shunga oʻxshash korroziya tezligini keltirib chiqaradi. Shunday qilib, butun kvarts qobig'i-suv ostida qolgan va ochiq-xavf ostida.
Kerakli xizmat muddati uchun (masalan, almashtirishlar orasidagi 100 soat) devorning zarur qalinligi korroziya tezligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir: t_required=tezligi × xizmat muddati. 450 gradusda (0,30 mm/soat tezlikda) 100 soat 30 mm devor qalinligini talab qiladi{10}}immersion isitgich uchun geometrik jihatdan imkonsiz. 400 darajada (taxminan 0,12 mm/soat) 100 soat uchun 12 mm{16}}hali ham amaliy emas. 350 gradusda (erish nuqtasidan biroz yuqoriroq) tezlik taxminan 0,03 mm / soatga tushadi va 3,0 mm devor 100 soatni ta'minlaydi. Biroq, eritilgan tuzli vannalarning ko'pchiligi metallni samarali davolash uchun 400 darajadan yuqori ishlaydi. Shuning uchun, kvarts faqat juda qisqa ta'sir qilish uchun (daqiqalardan bir necha soatgacha) yoki isitish moslamasi ishlatilgandan so'ng darhol tortib olinadigan partiyaviy jarayonlarda bir martalik sarflanadigan material sifatida yaroqli.
Yuqori haroratli erigan gidroksidi-da issiqlik samaradorligi
Eritilgan NaOH tarkibidagi qalinroq devorlarning termal jazosi suvli tizimlardan farq qiladi, chunki kvartsdan eritilgan gidroksidigacha issiqlik uzatish koeffitsienti juda yuqori. Eritilgan NaOH 500 daraja issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 0,6-0,7 Vt / (m · K) va past viskoziteye (2-5 cP) ega bo'lib, aralashtirilgan vannalarda 2,000-5,000 Vt / (m² · K) konvektiv koeffitsientlarga imkon beradi. Chegara qatlamining qarshiligi ahamiyatsiz (0,0002–0,0005 m²·K/Vt). Kvarsning o'tkazuvchanlik qarshiligi ustunlik qiladi. 1,5 mm devor uchun R_cond=0.00109 m²·K/Vt; 10 mm devor uchun (amaliy emas), R_cond=0.00725 m²·K/Vt. Umumiy issiqlik uzatish koeffitsienti U 1,5 mm da taxminan 900 Vt/(m²·K) dan 5 mm da 400 Vt/(m²·K) gacha tushadi. Biroq, isitgich hatto qisqa muddatlarda ham omon qolish uchun amaliy darajada qalin bo'lishi kerakligi sababli, termal jazo muhokamasi asosan akademikdir. Amalda, kvarts 400 darajadan yuqori erigan NaOH uchun ishlatilmaydi. 400 darajadan past bo'lsa, yupqaroq devorlar (1,5-2,0 mm) faqat vannaning harorati 380 darajadan past bo'lsa va ta'sir qilish cheklangan bo'lsa, maqbul xizmat qiladi.
Ssenariy-Eritilgan natriy gidroksidi xizmatida kvarts niqobi ostida devor qalinligi uchun tanlangan matritsasi
| Ilova stsenariysi va ishlash parametrlari | Tavsiya etilgan devor qalinligi | Miqdorli savdoning asosiy asosi-Oʻchirish |
|---|---|---|
| Past haroratli erigan kaustik-(380 daraja, NaOH, intervalgacha botirish,<5 hours cumulative per week) | 2,5 – 3,0 mm, yuqori-tozalik kvarts | Korroziya tezligi ~0,05 mm/soat. 3.0 mm 60 soat ishlashni ta'minlaydi (haftasiga 5 soatda 12 hafta). Sarf sifatida qabul qilinadi. U ≈ 800 Vt/(m²·K). |
| Metall kireçdan tozalash vannasi (500 daraja, NaOH + NaNO₃, uzluksiz ishlash) | Kvars emas - Inconel yoki nikel qoplamasidan foydalaning | Quartz corrodes >0,6 mm/soat, muvaffaqiyatsiz<4 hours. Nickel alloys have 100–500 hour life at this temperature. |
| Laboratoriya{0}}miqyosidagi erigan tuz sintezi (450 daraja, qisqa muddatli, har bir foydalanish uchun 1 soat) | 1,5 - 2,0 mm, standart nav | Korroziya tezligi 0,30 mm/soat. 2.0 mm jami 6-7 soatlik umumiy xizmat muddatini ta'minlaydi. Vaqti-vaqti bilan laboratoriya foydalanish uchun qabul qilinadi. |
| Aralash ishqor (KOH/NaOH, 400 daraja, evtektik aralashma) | Kvars emas - nikel yoki silikon karbiddan foydalaning | Mixed alkalis more aggressive (rate >0.20 mm/hour). Quartz impractical. SiC withstands >500 soat. |
| Polimer qoldiqlarini gidroksidi tozalash (350 daraja, NaOH, partiya, isitish moslamasi faqat qizdirilganda botiriladi-) | 2,0 mm, qalin{1}}devorli (3,0 mm) pastki qismi | Pastroq harorat chegarasi. 2.0 mm 65 soat ishlashni ta'minlaydi (taxminan 30 partiya). Qurbonlik dizayni uchun qabul qilinadi. |
Eritilgan kaustik xizmati uchun qo'shimcha dizayn modifikatsiyalari
Kvars eng yaxshi marginal bo'lgani uchun muhandislar uchta muqobilni ko'rib chiqishlari kerak. Birinchidan, o'tga chidamli metall qoplamalar (nikel, Inconel 600 yoki Hastelloy C-276) 500 darajada erigan NaOH ichida 10-100 baravar ko'proq xizmat qiladi, korroziya tezligi 0,005-0,020 mm / soat. Ularning issiqlik o'tkazuvchanligi (10-15 Vt / (m · K)) ham kvartsdan ancha yuqori bo'lib, ingichka devorlarga (1,0-1,5 mm) imkon beradi. Ikkinchidan, kremniy karbid (SiC) g'iloflari suv yo'qligida barqaror bo'lgan passiv silika qatlamini hosil qilish orqali eritilgan gidroksidi ta'sirga qarshi turadi; 500 darajada eritilgan NaOH da SiC korroziya tezligi 0,01 mm/soat dan past. Uchinchidan, agar kvartsni tozalik cheklovlari tufayli ishlatish kerak bo'lsa (masalan, metall ionlari bilan ifloslanish qabul qilinishi mumkin emas), yagona amaliy yondashuv 400 darajadan past haroratda ishlash va kvartsni oylar bilan emas, balki soatlab o'lchanadigan muntazam almashtirish oralig'i bilan sarflanadigan material sifatida ishlatishdir. Devor qalinligining 3,0 mm dan yuqori bo'lishini belgilash rentabellikni kamaytiradi, chunki korroziya darajasi shunchalik yuqoriki, hatto 5 mm devorlar ham bir necha kun ichida ishdan chiqadi.
Xulosa: Eritilgan natriy gidroksidi uchun kvarts devor qalinligini juda ehtiyotkorlik bilan belgilash
Kvars daldırma isitgichlari odatda 400 darajadan yuqori erigan natriy gidroksid xizmati uchun tavsiya etilmaydi. 450 gradusda 0,25-0,35 mm/soat chiziqli korroziya tezligi 10-12 soat ichida hatto 3,0 mm devorlarni teshilishgacha kamaytiradi. Tezlik taxminan 0,03 mm/soatgacha pasaygan 350 daraja haroratda 2,5 mm devor 80–100 soatlik to'planish muddatini ta'minlashi mumkin, bu intervalgacha laboratoriya yoki qisqa{14}}partiya jarayonlari uchun maqbuldir. 400 darajadan yuqori bo'lgan doimiy sanoat eritilgan gidroksidi isitish uchun o'tga chidamli metall yoki silikon karbid qoplamalari majburiydir. Kvartsdan foydalanish kerak bo'lganda (masalan, metall ifloslanishi taqiqlangan o'ta toza yarimo'tkazgichli ilovalar uchun) tavsiya etilgan maksimal harorat 380 daraja, maksimal devor qalinligi 3,0 mm va isitgich har 40-60 soatlik ishlagandan keyin almashtiriladigan sarf materiallari sifatida ko'rib chiqilishi kerak. Eritilgan gidroksidi isitgichlar uchun kotirovkalarni so'rashda aniq gidroksid tarkibini, maksimal ish haroratini, kutilayotgan kunlik ta'sir qilish vaqtini va tozalik talablarini ko'rsating. Bu ishlab chiqaruvchiga kvartsni amalga oshirish mumkinmi-va agar shunday bo'lsa, mo'ljallangan xizmat ko'rsatish oralig'i uchun minimal xavfsiz devor qalinligi haqida maslahat berish imkonini beradi.
