एक रासायनिक प्रसंस्करण संयंत्र ने 92 डिग्री पर 30% नाइट्रिक एसिड स्नान में एक पीटीएफई विसर्जन हीटर स्थापित किया। हीटर को तापमान और रसायन शास्त्र के लिए रेट किया गया था। यह चार महीनों के बाद विफल हो गया -केवल पारगमन से नहीं, बल्कि पारगमन और ऑक्सीकरण के संयोजन से जिसने पॉलिमर को किसी भी तंत्र की तुलना में तेजी से नष्ट कर दिया। म्यान में महीन दरारों का एक पैटर्न और एक अलग पीलापन दिखाई दिया जो ऑक्सीडेटिव हमले की विशेषता है।
उच्च सांद्रता पर ऑक्सीकरण एसिड {{0} नाइट्रिक एसिड, क्रोमिक एसिड, सल्फ्यूरिक एसिड, और पेरोक्साइड या परसल्फेट युक्त मिश्रण {{1}पीटीएफई विसर्जन हीटर के लिए एक विशिष्ट चुनौती पेश करते हैं। पॉलिमर मध्यम तापमान पर ऑक्सीकरण का प्रतिरोध करता है। 90 डिग्री से ऊपर, ऑक्सीकरण और थर्मल तनाव का संयोजन पॉलिमर की प्रतिरोध करने की क्षमता से अधिक है।
पीटीएफई पर ऑक्सीकरण तंत्र
पीटीएफई ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोधी है क्योंकि कार्बन {{0}फ्लोरीन बंधन मजबूत होते हैं और फ्लोरीन परमाणु कार्बन बैकबोन की रक्षा करते हैं। हालाँकि, ऊंचे तापमान पर, ऑक्सीजन या ऑक्सीकरण करने वाली प्रजातियाँ पॉलिमर पर कमजोर बिंदुओं {{2}श्रृंखला के सिरों, अवशिष्ट अशुद्धियों और विनिर्माण के दौरान पेश किए गए संरचनात्मक दोषों पर हमला कर सकती हैं।
हमले से कार्बोनिल फ्लोराइड और अन्य ऑक्सीकृत प्रजातियां बनती हैं जो पॉलिमर श्रृंखला को बाधित करती हैं। परिणाम श्रृंखला विखंडन है, जो आणविक भार और यांत्रिक शक्ति को कम करता है। सतह भुरभुरी हो जाती है और बारीक दरारें पड़ जाती हैं। दरारें आगे घुसपैठ और हमले के लिए मार्ग प्रदान करती हैं।
ऑक्सीकरण दर तापमान, ऑक्सीकरण करने वाली प्रजातियों की सांद्रता और धातु आयनों जैसे उत्प्रेरक की उपस्थिति पर निर्भर करती है। लोहा, तांबा और अन्य संक्रमण धातुएं पीटीएफई के ऑक्सीकरण को उत्प्रेरित कर सकती हैं, जिससे गिरावट तेज हो सकती है।
| ऑक्सीकरण एसिड | एकाग्रता | तापमान | ऑक्सीकरण दर | पीटीएफई सेवा जीवन |
|---|---|---|---|---|
| नाइट्रिक एसिड | 20% | 70 डिग्री | कम | 3-5 वर्ष |
| नाइट्रिक एसिड | 30% | 90 डिग्री | मध्यम | 6-14 महीने |
| नाइट्रिक एसिड | 30% | 95 डिग्री | उच्च | 3-8 महीने |
| नाइट्रिक एसिड | 50% | 90 डिग्री | बहुत ऊँचा | 2-6 महीने |
| क्रोमिक एसिड | 20% | 90 डिग्री | उच्च | 4-10 महीने |
| सल्फ्यूरिक एसिड | 70% | 95 डिग्री | मध्यम-उच्च | 6-14 महीने |
| पेरोक्साइड-युक्त | 5% | 80 डिग्री | उच्च | 4-10 महीने |
90 डिग्री से ऊपर ऑक्सीकरण एसिड सेवा में ऑक्सीकरण दर और पीटीएफई सेवा जीवन
ऑक्सीकरण और पारगम्यता का संयुक्त प्रभाव
ऑक्सीकरण और पारगमन स्वतंत्र नहीं हैं। ऑक्सीकरण से सतह पर दरारें बन जाती हैं और पॉलिमर की पारगम्यता बढ़ जाती है। पारगम्यता पॉलिमर में गहराई तक नमी और रसायन लाती है, जहां वे ऑक्सीकृत साइटों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। दोनों तंत्र एक दूसरे को सुदृढ़ करते हैं।
90 डिग्री से ऊपर ऑक्सीकरण एसिड में एक हीटर कुछ हफ्तों में इन्सुलेशन प्रतिरोध में धीरे-धीरे गिरावट दिखा सकता है, इसके बाद जब एक दरार पूरी म्यान की मोटाई में प्रवेश करती है तो अचानक गिरावट आती है। अचानक गिरावट अक्सर पहला संकेत होती है कि कुछ गड़बड़ है। तब तक, पॉलिमर कई हफ्तों से ख़राब हो रहा है।
अकेले किसी भी तंत्र की तुलना में संयोजन अधिक हानिकारक है। एक ही तापमान पर एक गैर-ऑक्सीडाइजिंग एसिड में एक हीटर दो बार लंबे समय तक चल सकता है क्योंकि पॉलिमर को रासायनिक रूप से नष्ट नहीं किया जा रहा है, केवल प्रवेश किया जा रहा है।
तापमान: प्रमुख चर
तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि पर ऑक्सीकरण दर लगभग दोगुनी हो जाती है। 95 डिग्री पर चलने वाला हीटर 75 डिग्री पर चलने वाले हीटर की तुलना में ऑक्सीकरण के प्रति लगभग चार गुना अधिक संवेदनशील होता है, और 65 डिग्री पर चलने वाले हीटर की तुलना में आठ गुना अधिक संवेदनशील होता है।
आवरण तापमान थोक तापमान से भी अधिक महत्वपूर्ण है। 110 डिग्री के शीथ तापमान के साथ 92 डिग्री बल्क पर चलने वाला हीटर, पॉलिमर को थोक तापमान से दो से चार गुना अधिक ऑक्सीकरण दर पर उजागर कर रहा है। शीथ तापमान को कम करने के लिए वाट घनत्व को कम करना सेवा जीवन को बढ़ाने का सबसे प्रभावी तरीका है।
90 डिग्री से ऊपर एसिड के ऑक्सीकरण के लिए व्यावहारिक दिशानिर्देश
20% से कम सांद्रता और 70 डिग्री से कम तापमान पर नाइट्रिक एसिड के लिए, एक पीटीएफई विसर्जन हीटर अच्छा प्रदर्शन करता है और स्वीकार्य सेवा जीवन प्रदान करता है। 30% सांद्रता या 90 डिग्री से ऊपर, सेवा जीवन छोटा है, और वैकल्पिक सामग्रियों पर विचार किया जाना चाहिए।
20% सांद्रता या 90 डिग्री से ऊपर क्रोमिक एसिड के लिए, ऑक्सीकरण दर अधिक होती है, और हीटर महीनों के भीतर विफल हो सकता है। रसायन शास्त्र के आधार पर सिलिकॉन कार्बाइड या क्वार्ट्ज अधिक उपयुक्त हो सकता है।
70% सांद्रता और 95 डिग्री से ऊपर सल्फ्यूरिक एसिड के लिए, उच्च तापमान, उच्च सांद्रता और ऑक्सीकरण स्थितियों का संयोजन बहुलक को उसकी व्यावहारिक सीमाओं से परे धकेल देता है।
| सेवा शर्त | पीटीएफई उपयुक्तता | अनुशंसित वाट घनत्व | अपेक्षित सेवा जीवन |
|---|---|---|---|
| 10-20% नाइट्रिक एसिड,<70°C | उत्कृष्ट | 1.2-1.5 डब्लू/सेमी² | 3-5 वर्ष |
| 20-30% नाइट्रिक एसिड, 70-90 डिग्री | सीमांत | 0.8-1.0 डब्लू/सेमी² | 8-18 महीने |
| 30–50% nitric acid, >90 डिग्री | उपयुक्त नहीं | - | <6 months |
| 10-20% क्रोमिक एसिड, 70-90 डिग्री | सीमांत | 0.8-1.0 डब्लू/सेमी² | 6-14 महीने |
| >20% chromic acid, >90 डिग्री | उपयुक्त नहीं | - | <6 months |
| >70% sulfuric acid, >95 डिग्री | सीमांत | 0.8-1.0 डब्लू/सेमी² | 6-14 महीने |
90 डिग्री से ऊपर ऑक्सीकरण एसिड के लिए पीटीएफई उपयुक्तता और विनिर्देश पैरामीटर
जब PTFE अपनी सीमा तक पहुँच जाता है
जब तापमान 90 डिग्री से अधिक हो जाता है और सांद्रता अधिक होती है तो पीटीएफई ऑक्सीकरण एसिड सेवा में अपनी सीमा तक पहुंच जाता है। उन स्थितियों में, ऑक्सीकरण दर पॉलिमर की प्रतिरोध करने की क्षमता से अधिक हो जाती है, और सेवा जीवन एक वर्ष से कम हो जाता है।
इन अनुप्रयोगों में वैकल्पिक सामग्रियों पर विचार किया जाना चाहिए। सिलिकॉन कार्बाइड उच्च तापमान क्षमता और ऑक्सीकरण के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है। क्वार्ट्ज नाइट्रिक और क्रोमिक एसिड के लिए उपयुक्त है लेकिन क्षारीय स्थितियों के लिए नहीं। टाइटेनियम नाइट्रिक एसिड में अच्छा प्रदर्शन करता है लेकिन एसिड को कम करने में नहीं।
जब कोई कस्टम कॉन्फ़िगरेशन PTFE प्रदर्शन को बढ़ाता है
बहुत कम वाट घनत्व, एक मोटी म्यान और बेहतर प्रवाह पहुंच के साथ एक कस्टम पीटीएफई विसर्जन हीटर कॉन्फ़िगरेशन म्यान तापमान और ऑक्सीकरण दर को कम करता है। यह सुधार सीमांत ऑक्सीकरण एसिड स्थितियों में सेवा जीवन को महीनों से लेकर एक वर्ष तक बढ़ा सकता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए एसिड रसायन विज्ञान, एकाग्रता, ऑपरेटिंग तापमान और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। 90 डिग्री से ऊपर ऑक्सीडाइजिंग एसिड स्नान वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन विशिष्ट दृष्टिकोण एक समाधान प्रदान करता है जहां मानक हीटर नहीं हो सकते हैं।
