क्लोरीन डाइऑक्साइड पर्यावरण
आधुनिक लुगदी और कागज मिलों में क्लोरीन डाइऑक्साइड प्रमुख ब्लीचिंग एजेंट है। यह 0.95 V की कमी क्षमता वाला एक शक्तिशाली ऑक्सीडाइज़र है, जो सेलूलोज़ को संरक्षित करते हुए लिग्निन को ऑक्सीकरण करने में सक्षम है। यह अधिकांश पॉलिमर और धातुओं के लिए भी आक्रामक रूप से संक्षारक है।
ब्लीचिंग प्रक्रिया हीट एक्सचेंजर्स को 5-15 ग्राम/लीटर की सांद्रता, 50-75 डिग्री के तापमान और 2 से 4 के बीच पीएच पर क्लो₂ में उजागर करती है। मजबूत ऑक्सीकरण शक्ति, ऊंचे तापमान और अम्लीय पीएच का संयोजन निर्माण सामग्री के लिए एक मांग वाला वातावरण बनाता है।
इस सेवा के लिए दो फ़्लोरोपोलिमर उम्मीदवार हैं: PTFE और ECTFE। दोनों को रासायनिक रूप से प्रतिरोधी के रूप में विपणन किया जाता है। उनकी आणविक संरचनाएं उन तरीकों से भिन्न होती हैं जो विस्तारित सेवा के दौरान क्लोरीन डाइऑक्साइड के प्रति उनके प्रतिरोध को गंभीर रूप से प्रभावित करती हैं।
आणविक संरचना अंतर
पीटीएफई पॉली (टेट्राफ्लुओरोएथिलीन) है: एक कार्बन बैकबोन जो पूरी तरह से फ्लोरीन परमाणुओं से संतृप्त है। प्रत्येक कार्बन-हाइड्रोजन बंधन जिसे ऑक्सीकृत किया जा सकता था, उसे कार्बन{{2}फ्लोरीन बंधन से बदल दिया गया है। C-F बांड पृथक्करण ऊर्जा लगभग 485 kJ/mol है। क्लोरीन डाइऑक्साइड, अपनी मजबूत ऑक्सीकरण शक्ति के बावजूद, इस बंधन को नहीं तोड़ सकता है।
ECTFE पॉली(एथिलीन-co-क्लोरोट्राइफ्लुओरोएथिलीन) है: एथिलीन और क्लोरोट्राइफ्लुओरोएथिलीन का 1:1 प्रत्यावर्ती कोपोलिमर। रीढ़ की हड्डी में आधे कार्बन परमाणुओं में फ्लोरीन या क्लोरीन के बजाय हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। C-H बॉन्ड पृथक्करण ऊर्जा लगभग 410 kJ/mol{8}} है जो C-F बॉन्ड से काफी कम है।
क्लोरीन डाइऑक्साइड सेवा में, ECTFE में C-H बांड ऑक्सीडेटिव हमले के बिंदु हैं। क्लोरीन डाइऑक्साइड पॉलिमर बैकबोन से हाइड्रोजन परमाणुओं को अलग करता है, जिससे कार्बन रेडिकल्स बनते हैं। रेडिकल ऑक्सीजन या पानी के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बोनिल और कार्बोक्सिल समूह बनाते हैं। श्रृंखला विच्छेदन इस प्रकार है। सतह बहुलक का आणविक भार कम हो जाता है। सामग्री भुरभुरी हो जाती है, सूक्ष्म दरारें बन जाती हैं और अंततः सतह नष्ट हो जाती है।
तालिका 1: क्लोरीन डाइऑक्साइड प्रतिरोध तुलना (10 ग्राम/एल सीएलओ₂, पीएच 3, 70 डिग्री)
| प्रतिरोध पैरामीटर | ECTFE | पीटीएफई |
|---|---|---|
| पॉलिमर बैकबोन में C-H बांड | हाँ (कार्बन का 50%) | कोई नहीं |
| ऑक्सीडेटिव आक्रमण तंत्र | हाइड्रोजन अमूर्तन → श्रृंखला विखंडन | कोई प्रतिक्रिया मार्ग नहीं |
| सतह ऑक्सीकरण दर 70 डिग्री (μm/वर्ष) | 5-20 | 0 |
| 2 वर्षों के बाद तन्य शक्ति प्रतिधारण (%) | 60-80 | > 95 |
| 2 वर्षों के बाद बढ़ाव प्रतिधारण (%) | 40-70 | > 90 |
| माइक्रो-क्रैकिंग की शुरुआत | 12-18 महीने | उत्पन्न नहीं होता |
| अधिकतम अनुशंसित सेवा तापमान Clo₂ में | 60 डिग्री (ऑक्सीकरण द्वारा सीमित) | 260 डिग्री (रसायन विज्ञान-स्वतंत्र) |
| ब्लीचिंग में अपेक्षित सेवा जीवन | 2-5 वर्ष | 10+ वर्ष |
तापमान त्वरण
क्लोरीन डाइऑक्साइड में ECTFE का ऑक्सीडेटिव क्षरण अरहेनियस कैनेटीक्स का अनुसरण करता है: प्रत्येक 10 डिग्री तापमान वृद्धि के लिए दर लगभग दोगुनी हो जाती है। 50 डिग्री पर, ECTFE 5-8 साल की सेवा प्रदान कर सकता है। 70 डिग्री पर, सेवा जीवन 2-4 साल तक कम हो जाता है। 80 डिग्री पर, 12-18 महीनों के भीतर विफलता हो सकती है।
PTFE की ऑक्सीकरण दर 260 डिग्री से नीचे के सभी तापमानों पर शून्य है। सेवा जीवन क्लोरीन डाइऑक्साइड सांद्रता और तापमान से स्वतंत्र है। जीवन को सीमित करने वाला कारक भाप के दबाव से यांत्रिक रेंगना है, रासायनिक क्षरण नहीं।
लुगदी और कागज मिलों के लिए जो प्रतिक्रिया गतिकी को अधिकतम करने के लिए तापमान सीमा के ऊपरी छोर पर ब्लीचिंग लाइनें संचालित करते हैं, पीटीएफई विश्वसनीय दीर्घकालिक सेवा प्रदान करता है जहां ईसीटीएफई का उत्तरोत्तर उपभोग किया जाता है।
आर्थिक गणना
ECTFE की लागत PTFE प्रति किलोग्राम से कम है और इसमें थोड़ी अधिक तापीय चालकता है, जो किसी दिए गए कार्य के लिए छोटे हीट एक्सचेंजर सतह क्षेत्र की अनुमति देता है। ECTFE के लिए प्रारंभिक उपकरण लागत आम तौर पर PTFE समकक्ष का 60-80% है।
हालाँकि, क्लोरीन डाइऑक्साइड में ECTFE की सीमित सेवा जीवन का मतलब है हर 2-5 साल में प्रतिस्थापन। प्रतिस्थापन लागत में न केवल नया एक्सचेंजर बल्कि स्थापना श्रम और उत्पादन डाउनटाइम भी शामिल है। 10 साल के मिल परिचालन चक्र में, ECTFE एक्सचेंजर्स को 2-4 बार बदला जाता है। PTFE एक्सचेंजर्स को शून्य बार बदला जाता है।
कुल जीवनचक्र लागत {{0}प्रारंभिक उपकरण और प्रतिस्थापन घटनाएं {{1}60 डिग्री से ऊपर के तापमान पर निरंतर ब्लीचिंग सेवा में 2-3 के कारक से पीटीएफई का पक्ष लेती है।
सारांश
क्लोरीन डाइऑक्साइड ब्लीचिंग सेवा में PTFE, ECTFE से बेहतर प्रदर्शन करता है क्योंकि PTFE में ऑक्सीडाइज़र पर हमला करने के लिए कोई कार्बन -हाइड्रोजन बांड नहीं होता है। ईसीटीएफई का एथिलीन कोमोनोमर सी{{2}एच बॉन्ड प्रदान करता है जो उत्तरोत्तर ऑक्सीकृत होता है, जिससे सतह भंगुर हो जाती है, सूक्ष्म दरारें पड़ जाती हैं और सामान्य ब्लीचिंग तापमान पर 2-5 वर्षों के भीतर अंततः विफलता हो जाती है।
पीटीएफई की उच्च प्रारंभिक लागत ब्लीचिंग लाइन के परिचालन जीवन के दौरान प्रतिस्थापन घटनाओं को समाप्त करके वसूल की जाती है। 60 डिग्री से ऊपर काम करने वाली मिलों के लिए, क्लोरीन डाइऑक्साइड सेवा के लिए पीटीएफई पसंदीदा फ्लोरोपॉलीमर है।
ब्लीचिंग हीट एक्सचेंजर सामग्री चयन के लिए इंजीनियरिंग विश्लेषण सीएलओ₂ एकाग्रता, ऑपरेटिंग तापमान, पीएच, वर्तमान एक्सचेंजर सेवा जीवन डेटा और मिल उत्पादन शेड्यूलिंग बाधाओं को प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
