वह रसायन जो टाइटेनियम पर हमला करता है
टाइटेनियम एक निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्म के निर्माण के माध्यम से सोडियम हाइपोक्लोराइट का प्रतिरोध करता है जो तटस्थ और क्षारीय समाधानों में स्थिर होता है। फिल्म के कारण ही टाइटेनियम मध्यम तापमान और सांद्रण पर ब्लीच सेवा में अच्छा प्रदर्शन करता है। जब तापमान 70 डिग्री से ऊपर बढ़ जाता है, जब सांद्रता 15% से ऊपर बढ़ जाती है, या जब पीएच 9 से नीचे चला जाता है तो फिल्म टूट जाती है।
60 डिग्री और 12% हाइपोक्लोराइट सेवा में टाइटेनियम की संक्षारण दर आमतौर पर प्रति वर्ष 0.05 मिमी से कम है। 80 डिग्री और 15% हाइपोक्लोराइट पर, दर प्रति वर्ष 0.3-0.8 मिमी तक बढ़ जाती है। 90 डिग्री और 15% हाइपोक्लोराइट पर, दर प्रति वर्ष 1.5 मिमी से अधिक हो सकती है।
संक्षारण आम तौर पर ट्यूब के सिरों पर शुरू होता है जहां प्रवाह वेग कम होता है और तापमान अधिक होता है, और ट्यूब से {{0} से लेकर ट्यूब शीट के जोड़ों पर जहां दरार ज्यामिति संक्षारक प्रजातियों को केंद्रित करती है। संक्षारण गड्ढे के रूप में प्रकट होता है, जो ट्यूब की दीवार में प्रवेश करता है और रिसाव का कारण बनता है।
वह रसायन जो पीटीएफई पर हमला करता है
पीटीएफई अपनी सेवा सीमा के भीतर सभी सांद्रता और तापमान पर सोडियम हाइपोक्लोराइट के प्रति प्रतिरोधी है। कार्बन -फ्लोरीन बांड पर हाइपोक्लोराइट या ब्लीच को स्थिर करने वाले कास्टिक सोडा द्वारा हमला नहीं किया जाता है। सामग्री का क्षरण नहीं होता है, और सेवा जीवन रासायनिक हमले के बजाय यांत्रिक कारकों द्वारा निर्धारित होता है।
हाइपोक्लोराइट सेवा में पीटीएफई के लिए एकमात्र गिरावट तंत्र हाइपोक्लोराइट और कास्टिक का बहुलक के अनाकार क्षेत्रों में प्रसार है। प्रसार धीमा है, और यांत्रिक गुणों पर प्रभाव मामूली है। हाइपोक्लोराइट सेवा में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर का सेवा जीवन आम तौर पर 12-18 वर्ष है।
थर्मल कंडक्टिविटी गैप
टाइटेनियम की तापीय चालकता लगभग 22 W/m·K है, जबकि PTFE के लिए यह 0.25 W/m·K है। अनुपात लगभग 88:1 है।
60 डिग्री पर 12% हाइपोक्लोराइट में 40 किलोवाट देने वाले हीट एक्सचेंजर के लिए, एक टाइटेनियम इकाई को लगभग 3 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, जो 800 W/m²·K के समग्र ताप हस्तांतरण गुणांक और 17 डिग्री के लॉग औसत तापमान अंतर पर आधारित है। समान ड्यूटी के लिए एक PTFE इकाई को 200 W/m·K के समग्र गुणांक और समान तापमान अंतर के आधार पर लगभग 12 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
PTFE इकाई टाइटेनियम इकाई से 4 गुना बड़ी है। बड़े आकार से पूंजीगत लागत, फर्श की जगह और तरल पदार्थ की मात्रा बढ़ जाती है। कम ऊष्मा प्रवाह ट्यूब की दीवार के तापमान को कम कर देता है, जो प्रक्रिया के लिए फायदेमंद है, लेकिन बड़ा सतह क्षेत्र जमाव के लिए अधिक सतह भी प्रदान करता है और सफाई के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है।
ऊंचे तापमान पर विघटन की समस्या
सोडियम हाइपोक्लोराइट तापमान के साथ बढ़ने वाली दर से विघटित होता है। 60 डिग्री पर, अपघटन दर लगभग 2% प्रति दिन है। 70 डिग्री पर, दर लगभग 5% प्रति दिन है। 80 डिग्री पर, दर लगभग 10% प्रति दिन है। अपघटन से क्लोरीन गैस और हाइड्रोक्लोरिक एसिड उत्पन्न होता है, जो दोनों सामग्रियों के लिए संक्षारक होता है।
अपघटन दर टाइटेनियम और पीटीएफई दोनों के लिए व्यावहारिक ऑपरेटिंग तापमान को सीमित करती है। 70 डिग्री से ऊपर के तापमान पर, अपघटन दर इतनी अधिक होती है कि हाइपोक्लोराइट सांद्रता को लगातार दोहराया जाना चाहिए, और क्लोरीन गैस को बाहर निकाला जाना चाहिए। सामग्री चयन में क्लोरीन गैस और अपघटन उत्पादों को ध्यान में रखना चाहिए।
टाइटेनियम विशेष रूप से हाइड्रोक्लोरिक एसिड के प्रति संवेदनशील है जो अपघटन से उत्पन्न होता है। एसिड पीएच को कम करता है और टाइटेनियम के क्षरण को तेज करता है। पीटीएफई हाइड्रोक्लोरिक एसिड और क्लोरीन गैस के प्रति प्रतिरोधी है, इसलिए अपघटन पीटीएफई सेवा जीवन को प्रभावित नहीं करता है।
हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा में दो सामग्रियों की तुलना करना
निम्नलिखित तालिका 12% सोडियम हाइपोक्लोराइट के साथ 60 डिग्री पर हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा में पीटीएफई और टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर्स के प्रदर्शन और लागत विशेषताओं का सारांश देती है।
| विशेषता | टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर | पीटीएफई हीट एक्सचेंजर | फ़ायदा |
|---|---|---|---|
| ऊष्मीय चालकता | 22 W/m·K | 0.25 W/m·K | टाइटेनियम |
| कुल मिलाकर गर्मी हस्तांतरण गुणांक | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | टाइटेनियम |
| 40 किलोवाट के लिए आवश्यक सतह क्षेत्र | 3 m² | 12 m² | टाइटेनियम |
| 60 डिग्री पर 12% हाइपोक्लोराइट के लिए रासायनिक प्रतिरोध | उत्कृष्ट | उत्कृष्ट | बराबर |
| 80 डिग्री पर 15% हाइपोक्लोराइट के लिए रासायनिक प्रतिरोध | गरीब | उत्कृष्ट | पीटीएफई |
| क्लोरीन गैस के प्रति रासायनिक प्रतिरोध | मध्यम | उत्कृष्ट | पीटीएफई |
| अधिकतम परिचालन तापमान | 70 डिग्री (व्यावहारिक) | 260 डिग्री | पीटीएफई |
| यांत्रिक शक्ति | उच्च | मध्यम | टाइटेनियम |
| थर्मल शॉक प्रतिरोध | मध्यम | उच्च | पीटीएफई |
| मरम्मत योग्यता | सीमित | अच्छा | पीटीएफई |
| हाइपोक्लोराइट सेवा में सेवा जीवन | 5-8 वर्ष | 12-18 वर्ष | पीटीएफई |
| 40 किलोवाट ड्यूटी के लिए पूंजीगत लागत | $32,000 | $34,000 | टाइटेनियम |
| स्थापना लागत | $4,000 | $3,500 | पीटीएफई |
| वार्षिक रखरखाव लागत | $4,000 | $1,500 | पीटीएफई |
| पाँच-वर्ष की कुल लागत | $76,000 | $55,500 | पीटीएफई |
पांच - वर्षों की कुल लागत का मूल्य $600 प्रति घंटे का उत्पादन मूल्य मानता है और इसमें पूंजीगत लागत, स्थापना लागत और पांच वर्षों में रखरखाव लागत शामिल है।
जब टाइटेनियम बेहतर विकल्प है
कई विशिष्ट अनुप्रयोगों में टाइटेनियम बेहतर विकल्प है।
कम-तापमान वाली सेवा.50 डिग्री से नीचे के तापमान पर, टाइटेनियम बिना किसी कठिनाई के हाइपोक्लोराइट का प्रतिरोध करता है, और उच्च तापीय चालकता आवश्यक सतह क्षेत्र और पूंजीगत लागत को कम कर देती है।
कम -एकाग्रता सेवा।10% से कम सांद्रता पर, टाइटेनियम 60 डिग्री तक के तापमान पर हाइपोक्लोराइट का प्रतिरोध करता है, और उच्च तापीय चालकता आवश्यक सतह क्षेत्र को कम कर देती है।
स्थान -प्रतिबंधित स्थापनाएँ।जब उपलब्ध स्थान गंभीर रूप से सीमित हो, तो छोटी टाइटेनियम इकाई ही एकमात्र व्यवहार्य विकल्प हो सकती है। पीटीएफई इकाई को सतह क्षेत्र से 4 गुना की आवश्यकता होगी, जो उपलब्ध स्थान में फिट नहीं हो सकता है।
उच्च-दबाव वाली सेवा.टाइटेनियम में PTFE की तुलना में अधिक यांत्रिक शक्ति होती है और यह उच्च दबाव का सामना कर सकता है। 10 बार से ऊपर के दबाव पर हाइपोक्लोराइट सेवा के लिए, टाइटेनियम एकमात्र व्यवहार्य विकल्प हो सकता है।
जब पीटीएफई बेहतर विकल्प है
कई विशिष्ट अनुप्रयोगों में PTFE बेहतर विकल्प है।
उच्च-तापमान वाली सेवा.60 डिग्री से ऊपर के तापमान पर, पीटीएफई टाइटेनियम की तुलना में अपघटन उत्पादों का बेहतर प्रतिरोध करता है, और सेवा जीवन लंबा होता है।
उच्च-एकाग्रता सेवा.12% से अधिक सांद्रता पर, PTFE टाइटेनियम की तुलना में हाइपोक्लोराइट और कास्टिक का बेहतर प्रतिरोध करता है।
क्लोरीन गैस का जोखिम.यदि अपघटन से क्लोरीन गैस उत्पन्न होती है, तो PTFE टाइटेनियम की तुलना में गैस का बेहतर प्रतिरोध करता है।
थर्मल साइक्लिंग सेवा।पीटीएफई में टाइटेनियम की तुलना में अधिक थर्मल शॉक प्रतिरोध है, जो इसे लगातार तापमान परिवर्तन के साथ सेवा के लिए उपयुक्त बनाता है।
लंबी सेवा जीवन की आवश्यकता।जब हीट एक्सचेंजर की सेवा जीवन 10 वर्ष या उससे अधिक होने की उम्मीद की जाती है, तो पीटीएफई बेहतर विकल्प है क्योंकि यह लंबी अवधि तक रासायनिक हमले का प्रतिरोध करता है।
डिज़ाइन सुविधाएँ जो सेवा जीवन को बढ़ाती हैं
कई डिज़ाइन सुविधाएँ हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा में पीटीएफई और टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर्स दोनों की सेवा जीवन का विस्तार करती हैं।
कम ऑपरेटिंग तापमान.ऑपरेटिंग तापमान को 70 डिग्री से 50 डिग्री तक कम करने से अपघटन दर और हीट एक्सचेंजर सामग्री पर रासायनिक हमले में कमी आती है।
कम एकाग्रता.हाइपोक्लोराइट सांद्रता को 15% से घटाकर 10% करने से रासायनिक हमले और अपघटन दर में कमी आती है।
पीएच नियंत्रण.पीएच को 10 से ऊपर बनाए रखने से टाइटेनियम का क्षरण और हाइपोक्लोराइट का अपघटन कम हो जाता है।
प्रवाह वेग नियंत्रण.मध्यम प्रवाह वेग बनाए रखने से सीमा परत की मोटाई और ट्यूब की सतह पर अपघटन उत्पादों की सांद्रता कम हो जाती है।
-में सफाई के प्रावधान रखें।सफाई समाधान की आपूर्ति और वापसी के लिए कनेक्शन हीट एक्सचेंजर को बिना अलग किए साफ करने की अनुमति देते हैं, जिससे डाउनटाइम और उत्पादन हानि कम हो जाती है।
हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा के लिए विशिष्टता पैरामीटर
हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा के लिए पीटीएफई और टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर्स का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियरों को आपूर्तिकर्ता के साथ निम्नलिखित मापदंडों की पुष्टि करनी चाहिए।
हाइपोक्लोराइट सांद्रता.अधिकतम सांद्रता और अपेक्षित सीमा निर्दिष्ट करें।
परिचालन तापमान।अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और अपेक्षित तापमान प्रोफ़ाइल निर्दिष्ट करें।
पीएच.पीएच रेंज और नियंत्रण विधि निर्दिष्ट करें।
परिचालन दाब।अधिकतम परिचालन दबाव निर्दिष्ट करें.
ताप भार और सतह क्षेत्र।प्रत्येक सामग्री विकल्प के लिए ताप भार और आवश्यक सतह क्षेत्र निर्दिष्ट करें।
अपघटन दर.अपेक्षित अपघटन दर और क्लोरीन गैस उत्पादन दर निर्दिष्ट करें।
जगह की कमी.उपलब्ध स्थान और अधिकतम स्वीकार्य पदचिह्न निर्दिष्ट करें।
सेवा जीवन की आवश्यकता.अपेक्षित सेवा जीवन और प्रतिस्थापन अनुसूची निर्दिष्ट करें।
हाइपोक्लोराइट सेवा शर्तों के अनुरूप सामग्री का चयन
हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा में पीटीएफई और टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर्स के बीच चयन तापमान, एकाग्रता, पीएच और सेवा जीवन की आवश्यकता पर निर्भर करता है। टाइटेनियम में उच्च तापीय चालकता होती है और इसके लिए कम सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन यह ऊंचे तापमान और उच्च सांद्रता पर संक्षारण के लिए अतिसंवेदनशील होता है। पीटीएफई में कम तापीय चालकता होती है और इसके लिए अधिक सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन यह सभी सांद्रता और तापमान पर हाइपोक्लोराइट के प्रति प्रतिरोधी है।
चयन निर्णय एक सुविधा विशिष्ट विश्लेषण पर आधारित होना चाहिए जिसमें पूंजी लागत, रखरखाव लागत और उत्पादन हानि जोखिम शामिल हो। इन लागत घटकों के साथ एक सरल स्प्रेडशीट मॉडल निर्णय लेने के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करता है।
हीट एक्सचेंजर विकल्पों का मूल्यांकन करने वाली हाइपोक्लोराइट ब्लीच सेवा सुविधाओं के लिए, सामग्री का चयन अपेक्षित सेवा जीवन पर स्वामित्व की कुल लागत पर आधारित होना चाहिए, न कि केवल पूंजी लागत या थर्मल प्रदर्शन पर। कम पूंजी लागत वाली एक टाइटेनियम इकाई की जीवनकाल लागत अधिक हो सकती है यदि इसे बार-बार प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
हाइपोक्लोराइट ब्लीच या अन्य ऑक्सीकरण सेवा के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देशों का मूल्यांकन करने वाले उपकरण इंजीनियर और खरीद विशेषज्ञ हाइपोक्लोराइट एकाग्रता, ऑपरेटिंग तापमान, पीएच, ऑपरेटिंग दबाव और सेवा जीवन आवश्यकताओं को शामिल करते हुए एक डिजाइन समीक्षा का अनुरोध कर सकते हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि सामग्री का चयन सुविधा की वास्तविक सेवा शर्तों और लागत संरचना से मेल खाता है।
