ट्रेस फ्लोराइड खतरा
30{4}}70% की सांद्रता और उबलने के करीब तापमान (110{6}}120 डिग्री) पर नाइट्रिक एसिड परमाणु ईंधन पुनर्प्रसंस्करण, स्टेनलेस स्टील की रासायनिक मिलिंग और विशेष रासायनिक संश्लेषण में प्राथमिक प्रक्रिया माध्यम है। टाइटेनियम ग्रेड 7-एक टाइटेनियम-पैलेडियम मिश्र धातु जिसमें 0.12-0.25% पैलेडियम होता है-इस सेवा के लिए व्यापक रूप से निर्दिष्ट है। पैलेडियम संयोजन मिश्रधातु को कैथोडिक रूप से संशोधित करता है, इसके संक्षारण प्रतिरोध को कम करने वाले वातावरण में बढ़ाता है जो व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम पर हमला करेगा।
हालाँकि, इन अनुप्रयोगों में नाइट्रिक एसिड शायद ही कभी शुद्ध रहता है। फ्लोराइड आयन कई स्रोतों से एसिड में प्रवेश करते हैं: परमाणु ईंधन युक्त फ्लोराइड का विघटन, अपस्ट्रीम नक़्क़ाशी में उपयोग किए जाने वाले हाइड्रोफ्लोरोइक एसिड से कैरीओवर, या प्रक्रिया जल से संदूषण। 5-10 पीपीएम जितनी कम फ्लोराइड सांद्रता टाइटेनियम पर TiO₂ निष्क्रिय फिल्म को अस्थिर कर सकती है। 50-100 पीपीएम पर, फिल्म स्थानीय स्तर पर टूट जाती है। 200-500 पीपीएम पर सक्रिय संक्षारण शुरू हो जाता है।
पीटीएफई के पास कोई निष्क्रिय फिल्म नहीं है। नाइट्रिक एसिड और फ्लोराइड आयनों के प्रति इसका प्रतिरोध पूर्ण रूप से कार्बन {{2} फ्लोरीन आणविक बंधन का एक गुण है, न कि सतह की स्थिति को बनाए रखना। इस वातावरण में टाइटेनियम ग्रेड 7 और पीटीएफई के बीच तुलना एक ऐसी सामग्री के बीच है जो नाजुक इलेक्ट्रोकेमिकल संतुलन के माध्यम से जीवित रहती है और जो थर्मोडायनामिक रूप से एसिड या फ्लोराइड के साथ प्रतिक्रिया करने में असमर्थ है।
निष्क्रिय फिल्म ब्रेकडाउन तंत्र
टाइटेनियम ग्रेड 7 एसिड की ऑक्सीकरण शक्ति द्वारा बनाए रखी गई एक स्थिर TiO₂ निष्क्रिय फिल्म के माध्यम से उबलते नाइट्रिक एसिड का प्रतिरोध करता है। पैलेडियम जोड़ मिश्र धातु की संक्षारण क्षमता को निष्क्रिय डोमेन में स्थानांतरित कर देता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि फिल्म कम एसिड सांद्रता पर भी स्थिर रहती है जहां व्यावसायिक रूप से शुद्ध टाइटेनियम सक्रिय हो सकता है।
फ्लोराइड आयन घुलनशील टाइटेनियम {{0}फ्लोराइड कॉम्प्लेक्स बनाकर TiO₂ फिल्म पर हमला करते हैं: TiO₂ {{1}F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O। कॉम्प्लेक्स घुल जाता है और नंगे टाइटेनियम धातु को उजागर करता है। उजागर धातु या तो पुनर्निष्क्रिय हो सकती है (यदि फ्लोराइड सांद्रता कम है और नाइट्रिक एसिड मौजूद है) या घुलना जारी रख सकती है (यदि फ्लोराइड सांद्रता पुनर्निष्क्रिय क्षमता से अधिक है)।
50% नाइट्रिक एसिड को उबालने में 10 पीपीएम से कम फ्लोराइड सांद्रता पर, पुनर्सक्रियण दर फिल्म विघटन दर से अधिक हो जाती है। टाइटेनियम निष्क्रिय रहता है. 10{5}}50 पीपीएम के बीच, एक गतिशील संतुलन मौजूद होता है - फिल्म घुल जाती है और सुधार करती है, जिसमें एक छोटी शुद्ध धातु हानि होती है। 50 पीपीएम से ऊपर, फिल्म विघटन पुनर्निष्क्रियता को पीछे छोड़ देता है। स्थानीयकृत हमला शुरू होता है, विशेषकर सतह दोषों और वेल्ड क्षेत्रों पर। 200 पीपीएम से ऊपर, सक्रिय संक्षारण सतह पर फैलता है।
| संक्षारण पैरामीटर | टाइटेनियम ग्रेड 7 | पीटीएफई |
|---|---|---|
| संक्षारण संरक्षण तंत्र | TiO₂ निष्क्रिय फिल्म (HNO₃ ऑक्सीकरण + पीडी कैथोडिक संशोधन द्वारा बनाए रखा गया) | अंतर्निहित C-F बांड स्थिरता |
| ब्रेकडाउन के लिए महत्वपूर्ण फ्लोराइड सांद्रता (पीपीएम) | 10-50 (film destabilization); >200 (सक्रिय संक्षारण) | कोई एकाग्रता सीमा नहीं |
| 110 डिग्री पर 50% HNO₃ में संक्षारण दर, 0 पीपीएम F⁻ (मिमी/वर्ष) | <0.01 | 0 |
| 110 डिग्री पर 50% HNO₃ में संक्षारण दर, 100 पीपीएम F⁻ (मिमी/वर्ष) | 0.05-0.20 (स्थानीयकृत) | 0 |
| 110 डिग्री पर 50% HNO₃ में संक्षारण दर, 500 पीपीएम F⁻ (मिमी/वर्ष) | >1.0 (सक्रिय, तीव्र) | 0 |
| फ्लोराइड भ्रमण के प्रति संवेदनशीलता | उच्च (अपरिवर्तनीय क्षति संभव) | कोई नहीं |
भ्रमण उत्तरजीविता
इस सेवा में टाइटेनियम ग्रेड 7 और पीटीएफई के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर फ्लोराइड भ्रमण की प्रतिक्रिया है। किसी प्रक्रिया में गड़बड़ी, रसायनों के दुरुपयोग, या अपस्ट्रीम फ्लोराइड निष्कासन में विफलता के कारण फ्लोराइड का भ्रमण{{3}हीट एक्सचेंजर को मिनटों से लेकर घंटों की अवधि के लिए सामान्य परिचालन सीमा से कहीं अधिक फ्लोराइड सांद्रता में उजागर कर सकता है।
फ्लोराइड भ्रमण से क्षतिग्रस्त टाइटेनियम ग्रेड 7 ठीक नहीं हो सकता है। निष्क्रिय फिल्म, एक बार नष्ट हो जाने पर, फ्लोराइड का स्तर सामान्य होने पर फिर से समान रूप से नहीं बन पाती है। भ्रमण के दौरान शुरू किए गए गड्ढे गड्ढे के वातावरण में अवशिष्ट फ्लोराइड सांद्रता में फैलते रहते हैं। दीवार के माध्यम से जंग सुरंगों के दौरान एक्सचेंजर बाहरी रूप से बरकरार दिखाई दे सकता है।
पीटीएफई किसी भी परिमाण या अवधि के फ्लोराइड भ्रमण से अप्रभावित है। सामग्री में भ्रमण की कोई स्मृति नहीं है। जब फ्लोराइड का स्तर सामान्य हो जाता है, तो पीटीएफई सतह अपनी पूर्व भ्रमण स्थिति के समान होती है। यह उत्तरजीविता उन प्रक्रियाओं में मूल्यवान है जहां भ्रमण दुर्लभ लेकिन संभव है, और जहां अज्ञात संक्षारण विफलता का परिणाम अस्वीकार्य है।
लागत{{0}प्रदर्शन व्यापार{{1}छूट
टाइटेनियम ग्रेड 7 हीट एक्सचेंजर्स महंगे हैं -इसकी निर्मित लागत समान हीट ड्यूटी के लिए पीटीएफई के बराबर 8-12 गुना है। लागत प्रीमियम कॉम्पैक्टनेस (टाइटेनियम की तापीय चालकता 21 W/m·K बनाम PTFE की 0.25 W/m·K) और उच्च दबाव क्षमता खरीदता है। ऐसी प्रक्रियाओं में जहां फ्लोराइड की अनुपस्थिति की गारंटी होती है और जगह की कमी होती है, टाइटेनियम ग्रेड 7 उपयुक्त विकल्प है।
ऐसी प्रक्रियाओं में जहां फ्लोराइड किसी भी सांद्रता में मौजूद है, या जहां फ्लोराइड भ्रमण संभव है, पीटीएफई लागत की परवाह किए बिना कम जोखिम वाला विकल्प है। टाइटेनियम एक्सचेंजर को नष्ट करने वाले एकल फ्लोराइड भ्रमण की लागत अक्सर पीटीएफई विकल्प की लागत से अधिक होती है। पीटीएफई एक्सचेंजर टाइटेनियम की मांग वाली फ्लोराइड सांद्रता निगरानी और नियंत्रण बुनियादी ढांचे को भी समाप्त कर देता है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्रेस फ्लोराइड संदूषण के साथ नाइट्रिक एसिड को उबालने के लिए बिना शर्त प्रतिरोधी हैं, जबकि टाइटेनियम ग्रेड 7 एक निष्क्रिय फिल्म पर निर्भर करता है जो 10 - 50 पीपीएम से ऊपर फ्लोराइड सांद्रता पर टूट जाता है। पीटीएफई की फ्लोराइड भ्रमण उत्तरजीविता पूर्ण है; टाइटेनियम को एकल भ्रमण कार्यक्रम से अपरिवर्तनीय स्थानीय हमले का सामना करना पड़ सकता है। पीटीएफई किसी भी नाइट्रिक एसिड सेवा में कम जोखिम वाला विकल्प है जहां फ्लोराइड मौजूद है या संभव है, इसके बड़े पदचिह्न और कम दबाव क्षमता के बावजूद।
नाइट्रिक एसिड में पीटीएफई बनाम टाइटेनियम ग्रेड 7 सामग्री चयन के लिए इंजीनियरिंग सहायता फ्लोराइड सेवा एसिड एकाग्रता, सामान्य और भ्रमण फ्लोराइड स्तर, ऑपरेटिंग तापमान, ताप शुल्क और स्थान की कमी के अधीन उपलब्ध है।
