Vodorod xlorid (HCl) gazining PFA isituvchi niqobi ostida o'tishi xlorlash reaktorlari, farmatsevtik sintez va yarimo'tkazgichli qirqish asboblarida ishonchlilik uchun jiddiy muammo tug'diradi. PFA ni o'rtacha shishiradigan suyuq HCl dan farqli o'laroq, quruq HCl gaz molekulalari kichik (kinetik diametri 0,32 nm) va yuqori qutbli bo'lib, polimerning amorf hududlari orqali tez tarqalishiga imkon beradi. Yuqori harorat va bosimlarda{5}}120 daraja va 3 bar gauge bosim texnologik isitgichlarda-ko'p uchraydi. Bunday sharoitda 2 mm qalinlikdagi PFA devori uchun kutilgan barqaror holatdagi o'tkazuvchanlik darajasi PFA darajasiga, kristallik darajasiga va har qanday so'rilgan namlik mavjudligiga qarab 0,8 dan 2,5 g / m² · kungacha o'zgarib turadi. Bu stavka odatdagi 1 m² isitgichning sirt maydoni PFA devori orqali kuniga 0,8-2,5 gramm HCl ni yo'qotib, asosiy metall yadro bilan aloqa qilishini va korroziyani boshlashini anglatadi.
PFAdagi HCl gazining o'tkazuvchanlik fizikasi
Gazning polimer orqali o‘tishi eritma{0}}diffuziya modeli bo‘yicha amalga oshiriladi: P=S × D, bu erda P - o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, S - gazning polimerdagi eruvchanligi, D - diffuziya koeffitsienti. HCl ko'pgina gazlardan farq qiladi, chunki u PFAda yaxshi eriydi. 120 daraja haroratda HCl ning PFAdagi eruvchanlik koeffitsienti taxminan 0,5-1,2 sm³(STP)/sm³·barni tashkil qiladi, bu azot yoki kislorodga nisbatan 10-50 baravar yuqori. 120 gradusda PFAdagi HCl ning diffuziya koeffitsienti taxminan 1–3 × 10⁻⁸ sm²/s ni tashkil qiladi, bu suv bug'i bilan solishtirish mumkin. Mahsulot o'tkazuvchanlikni beradi P=5–30 × 10⁻⁹ sm³·sm/sm²·s·smHg. Amaliy birliklarga o'tkazish: 2 mm devor (0,2 sm) uchun 120 gradusda qisman bosim farqi 3 bar (2,250 mmHg) bo'lgan oqim J=P × Dp / qalinligi=10⁻⁸ × 2,250 / 0.2=1.125⁻⁴sm³({29}}⁻⁴sm³) Massaga aylantirish: 1,125 × 10⁻⁴ sm³/sm²·s × (36,46 g/mol / 22,400 sm³/mol) × 86,400 s/kun=0.016 g/m²·kun. Bu hisoblangan qiymat eksperimental oʻlchovlardan ancha past boʻlib, oddiy model yuqori bosimdagi eruvchanlikni past baholaganini koʻrsatadi,{41}}HCl gazining plastifikatsiyasi natijasida PFA shishadi, boʻsh hajmni oshiradi va oʻtkazuvchanlikni yanada tezlashtiradi.
120 daraja va 3 bar HCl haroratda 2 mm siqish{2}}qoliplangan PFA varaqlarida o'tkazuvchanlik xujayrasi (ASTM D814) yordamida o'tkazilgan eksperimental o'lchovlar -kuniga o'rtacha 1,6 g/m² bo'lgan 0,8-2,5 g/m² · barqaror holat tezligini beradi. Keng diapazon PFA kristalligidagi o'zgarishlarni (yuqori kristallik o'tkazuvchanlikni pasaytiradi) va iz namligining mavjudligini (HCl tarkibidagi 0,1% suv ham tashuvchining ta'siri tufayli o'tkazuvchanlikni 3-5 marta oshiradi) aks ettiradi. Ekstrudirovka qilingan PFA trubkasi uchun (ularda yo'naltirilgan kristalitlar va siqilgan varaqdan{14}} kamroq amorf yo'llar mavjud) o'tkazuvchanlik darajasi 20–30% ga past: 0,6–1,8 g/m²·kun.
Harorat va bosimga bog'liqlik
Arrhenius munosabatlaridan keyin o'tkazuvchanlik darajasi harorat bilan kuchli ortadi. Haroratni 120 darajadan 140 darajaga ko'tarish bir xil bosim uchun o'tkazuvchanlik tezligini 2,5-3,0 marta oshiradi. 150 gradusda 2 mm devor orqali kutilgan tezlik kuniga 5 g / m² dan oshadi. 80 darajadan past bo'lsa, HCl o'tkazuvchanligi ko'p amaliy maqsadlar uchun ahamiyatsiz bo'ladi (<0.05 g/m²·day). The pressure dependence is approximately linear below 5 bar, as predicted by Henry's law for solubility. At 3 bar, the rate is three times that at 1 bar. Above 5 bar, plasticization causes a super-linear increase; at 8 bar, the permeation rate can be 12–15× the 1 bar rate, not 8× as linear scaling would predict.
Devor qalinligi o'tkazuvchanlik tezligiga teskari o'zgaradi. 1 mm devor 120 daraja va 3 barda 1,6-5,0 g / m²·kun tezligiga ega bo'ladi. 3 mm devor tezligini kuniga 0,4-1,0 g / m² gacha kamaytiradi. Shu bilan birga, qalinligi 2,5 mm dan oshib ketishi sezilarli moddiy xarajatlarni qo'shadi va issiqlik uzatishni kamaytiradi, shuning uchun 2,0 mm HCl xizmati uchun eng keng tarqalgan spetsifikatsiya hisoblanadi.
Shart va PFA darajasi bo'yicha o'tkazuvchanlik darajasi
| Vaziyat | Harorat | Bosim (HCl gazi) | PFA darajasi | Devor qalinligi | Kutilayotgan o'tkazuvchanlik darajasi (g/m²·kun) | Metall yadroga erishish vaqti (ichki yuzadan 1,5 mm)* |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Quruq HCl, doimiy | 80 daraja | 1 bar | Standart | 2,0 mm | 0.05–0.10 | >2 yil (arzimas) |
| Quruq HCl, doimiy | 100 daraja | 2 bar | Standart | 2,0 mm | 0.3–0.7 | 6-12 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 120 daraja | 3 bar | Standart | 2,0 mm | 0.8–2.5 | 3-6 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 120 daraja | 3 bar | High-crystallinity (annealed, >55%) | 2,0 mm | 0.4–1.2 | 4-8 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 120 daraja | 3 bar | 0,1 mm ETFE to'siq qatlami bilan standart | Jami 2,0 mm | 0.2–0.5 | 6-12 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 140 daraja | 3 bar | Standart | 2,0 mm | 2.5–6.0 | 1-3 oy |
| Nam HCl (1% H₂O) | 120 daraja | 3 bar | Standart | 2,0 mm | 3.0–8.0 | 1-2 oy |
| Quruq HCl, intervalgacha (50% vazifa) | 120 daraja | 3 bar | Standart | 2,0 mm | 0,4–1,2 (vaqt-oʻrtacha) | 6-12 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 120 daraja | 5 bar | Standart | 2,5 mm | 1.0–3.0 | 3-5 oy |
| Quruq HCl, doimiy | 120 daraja | 3 bar | Standart | 3,0 mm | 0.3–0.8 | 6-12 oy |
*Metal yadrosiga yetib borish vaqti dastlabki o‘tkazuvchanlik ichki yuzadan (metall tomondan) boshlanib, tashqariga tarqaladi. Haqiqiy vaqt metall yadro korroziya tezligiga bog'liq; o'tgan HCl darhol metall bilan reaksiyaga kirishadi.
Isitgichni loyihalash va texnik xizmat ko'rsatishning oqibatlari
120 daraja va 3 barda 2 mm PFA devori orqali 0,8-2,5 g / m² · kutilgan o'tkazuvchanlik tezligida 0,5 m² isitgich (6 kVt birlik uchun odatiy o'lcham) kuniga 0,4-1,25 gramm HCl ning metall yadrosiga etib borishiga imkon beradi. Bir yil davomida uzluksiz ishlash (8760 soat), bu Incoloy yoki titan yadrosi bilan aloqa qilganda 150-450 gramm HCl to'planadi. Metall reaksiyaga kirishib, metall xloridlarini hosil qiladi, ular himoya qilmaydi-va parchalanib, yangi metallni ochib qo‘yadi. Incoloy 825 ning 120 daraja quruq HCl ichidagi korroziya tezligi metall yuzasida mavjud bo'lgan HCl qisman bosimida yiliga taxminan 0,5-1,5 mm ni tashkil qiladi (bu konsentratsiyaning polarizatsiyasi tufayli ommaviy bosimdan past). 2 mm PFA devori bilan uzluksiz 120 daraja, 3 bar HCl xizmat ko'rsatishda amaliy isitgichning amalda ishlash muddati, odatda, metall yadro ochiq kontaktlarning zanglashiga olib kelishi yoki tuproqning buzilishiga olib keladigan darajada korroziyadan-6-18 oy oldin bo'ladi.
Four strategies extend life. First, use high-crystallinity PFA (annealed to >55% kristallik), bu o'tkazuvchanlikni 30-50% ga kamaytiradi. Ikkinchidan, PFA dan pastroq HCl o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan nozik (0,1-0,2 mm) ETFE yoki ECTFE ichki qatlamini qo'shing. Uchinchidan, devor qalinligini 2,5-3,0 mm gacha oshiring, garchi bu issiqlik uzatishni 20-30% ga kamaytiradi va vatt zichligini kamaytirishni talab qilishi mumkin. To'rtinchidan, metall yadro va PFA orasidagi halqali bo'shliqni ozgina musbat bosimda (0,1-0,2 bar) quruq azot bilan tozalang. Azotning teskari bosimi{15}}HCl oʻtkazuvchanligini taʼminlovchi qisman bosim farqini pasaytiradi va oʻtadigan HCl ni supurib, metall bilan aloqa qilishni oldini oladi.
Xulosa: 120 daraja / 3 barda standart PFA uchun 1-2 g / m² · kun kuting.
Quruq HCl gazining 2 mm standart PFA devori orqali 120 daraja va 3 bar haroratda kutilgan o'tkazuvchanligi kuniga 0,8-2,5 g / m², o'rtacha 1,6 g / m² · kunni tashkil qiladi. Bu ko'rsatkich 6-18 oylik uzluksiz ishlashda metall yadro korroziyasiga va isitgichning ishdan chiqishiga olib keladi. Yuqori haroratli, yuqori bosimli HCl xizmati uchun PFA isitgichlarini belgilovchi muhandislar ushbu xizmat muddatini qabul qilishlari, yaxshilangan to'siq konstruksiyalarini (yuqori{12}}kristallik PFA yoki ko'p qatlamli qoplamalar) tanlashlari yoki o'tkazuvchanlik kam bo'ladigan ish haroratini 100 darajadan pastga tushirishlari kerak. 100 darajadan yuqori bo'lgan har qanday HCl xizmati uchun, tuproq buzilishi sodir bo'lishidan oldin yadro korroziyasini aniqlash uchun muntazam izolyatsiya qarshiligi monitoringi (oylik) talab qilinadi. Muayyan isitgich ishlab chiqaruvchisidan o'tkazuvchanlik ma'lumotlarini so'rash kerak, chunki ekstruziya sifati va qatronlar tozaligidagi o'zgarishlar etkazib beruvchilar o'rtasida o'tkazuvchanlik tezligini 2-3 marta o'zgartirishi mumkin. Mo'ljallangan ish sharoitida miqdoriy o'tkazuvchanlik ma'lumotlariga ega bo'lmagan "HCl xizmati" uchun sertifikatlangan isitgich tekshirilmagan deb hisoblanishi kerak.
