ऑक्सीजन-समृद्ध भाप की स्थिति
औद्योगिक भाप प्रणालियों में आम तौर पर प्रति अरब स्तर पर घुलनशील ऑक्सीजन होती है, जो यांत्रिक विचलन और रासायनिक ऑक्सीजन सफाई द्वारा नियंत्रित होती है। जब डीएरेशन उपकरण खराब हो जाता है या ऑक्सीजन स्केवेंजर फ़ीड बाधित हो जाती है, तो घुली हुई ऑक्सीजन प्रति मिलियन स्तर तक बढ़ सकती है। कुछ विशेष प्रक्रियाओं में, सफाई या निष्क्रियता उद्देश्यों के लिए जानबूझकर भाप में ऑक्सीजन मिलाया जाता है।
यह ऑक्सीजन, दबाव के आधार पर 130-200 डिग्री भाप के ऊंचे तापमान पर एक ऑक्सीडेटिव वातावरण बनाता है। पॉलिमर जो निष्क्रिय वायुमंडल में थर्मल रूप से स्थिर होते हैं, ऑक्सीजन की उपस्थिति में ऑक्सीडेटिव गिरावट से गुजर सकते हैं। गिरावट की शुरुआत का तापमान, और उस तापमान से ऊपर गिरावट की दर, बहुलक की आणविक संरचना पर निर्भर करती है।
पीटीएफई और एफईपी दोनों परफ्लोरिनेटेड पॉलिमर हैं और उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध साझा करते हैं। हालाँकि, ऑक्सीजन की उपस्थिति में ऊंचे तापमान पर उनकी प्रतिक्रिया श्रृंखला वास्तुकला और क्रिस्टलीयता में अंतर के कारण भिन्न होती है। इस अंतर को समझना हीट एक्सचेंजर अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां भाप गुणवत्ता नियंत्रण अपूर्ण है।
ऑक्सीकरण रसायन अंतर
PTFE में -CF₂-CF₂- दोहराई जाने वाली इकाइयाँ शामिल हैं। पॉलिमर श्रृंखला पूरी तरह से फ्लोरीन से संतृप्त है। कोई C-H बॉन्ड नहीं है, कोई C-Cl बॉन्ड नहीं है, और कोई असंतृप्ति नहीं है। C-F बांड पृथक्करण ऊर्जा लगभग 485 kJ/mol है। कार्बन बैकबोन पूरी तरह से फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा परिरक्षित है, जो श्रृंखला के चारों ओर एक तंग पेचदार आवरण बनाते हैं।
ऊंचे तापमान पर ऑक्सीजन की उपस्थिति में, पीटीएफई केवल उस तापमान पर ऑक्सीडेटिव क्षरण से गुजरता है जहां हवा में लगभग 300 डिग्री से ऊपर C{0}}C रीढ़ की हड्डी के बंधन टूटने लगते हैं। ऑक्सीकरण उत्पाद कार्बोनिल फ्लोराइड (COF₂) और ट्राइफ्लूरोएसिटाइल फ्लोराइड (CF₃COF) हैं, जो HF और CO₂ में हाइड्रोलाइज होते हैं। 260 डिग्री से नीचे, व्यावहारिक उपकरण जीवनकाल के लिए दर नगण्य है।
एफईपी टेट्राफ्लुओरोएथिलीन और हेक्साफ्लोरोप्रोपाइलीन का एक कोपोलिमर है। एचएफपी कोमोनोमर -CF(CF₃)-CF₂- इकाइयों का परिचय देता है, जो तृतीयक कार्बन साइट बनाता है जहां कार्बन तीन अन्य कार्बन और एक CF₃ साइड ग्रुप से बंधा होता है। ये तृतीयक कार्बन साइटें पीटीएफई श्रृंखला में द्वितीयक कार्बन की तुलना में थर्मल और ऑक्सीडेटिव हमले के प्रति अधिक संवेदनशील हैं। शाखा बिंदु पर C-C बंधन में बंधन पृथक्करण ऊर्जा थोड़ी कम होती है। अनियमित श्रृंखला संरचना भी क्रिस्टलीयता को कम करती है, जिससे अनाकार क्षेत्रों में ऑक्सीजन का प्रवेश बढ़ जाता है।
| थर्मल डिग्रेडेशन पैरामीटर | पीटीएफई | एफईपी |
|---|---|---|
| श्रृंखला संरचना | रैखिक -CF₂-CF₂- | -CF(CF₃)-CF₂- इकाइयों के साथ शाखाबद्ध |
| क्रिस्टलीयता (%) | 50-70 | 30-45 |
| हवा में मापने योग्य वजन घटाने की शुरुआत (डिग्री) | ~350 | ~300 |
| हवा में सतत सेवा तापमान (डिग्री) | 260 | 204 |
| 200 डिग्री पर 1 पीपीएम O₂ के साथ भाप में गिरावट की दर (% द्रव्यमान हानि/1,000 घंटा) | <0.01 | 0.05-0.2 |
| 200 डिग्री पर 10 पीपीएम O₂ के साथ भाप में गिरावट की दर (% द्रव्यमान हानि/1,000 घंटा) | <0.02 | 0.2-0.5 |
| 180 डिग्री (वर्ष) पर ऑक्सीजन युक्त भाप में व्यावहारिक सेवा जीवन | 15+ | 5-10 |
अनाकार चरण भेद्यता
एफईपी की कम क्रिस्टलीयता का मतलब है कि बहुलक का एक बड़ा अंश उच्च मुक्त मात्रा के साथ अनाकार चरण {{0} अव्यवस्थित श्रृंखलाओं के रूप में मौजूद है। अनाकार क्षेत्रों के माध्यम से ऑक्सीजन अधिक आसानी से प्रवेश करती है। पॉलिमर में उच्च ऑक्सीजन सांद्रता और अधिक प्रतिक्रियाशील तृतीयक कार्बन साइटों का संयोजन एक मापनीय रूप से तेज़ ऑक्सीडेटिव गिरावट दर उत्पन्न करता है।
सामान्य घुलित ऑक्सीजन के साथ भाप में (<10 ppb), the oxygen concentration is too low to cause measurable degradation of either polymer. The difference between PTFE and FEP is irrelevant. In oxygen-enriched steam-from a deaerator malfunction, chemical cleaning with oxygenated water, or intentional oxygen addition-the difference becomes significant.
10 पीपीएम घुलित ऑक्सीजन के साथ 200 डिग्री पर, एफईपी ऑक्सीडेटिव श्रृंखला विखंडन और अस्थिर उत्पाद विकास के माध्यम से प्रति 1,000 घंटे में अपने द्रव्यमान का 0.2 - 0.5% खो देता है। 10,000-घंटे के परिचालन वर्ष में, यह 2-5% सामूहिक हानि का प्रतिनिधित्व करता है। समान परिस्थितियों में पीटीएफई प्रति 1,000 घंटे में 0.02% से कम खो देता है - 10-25× धीमी गिरावट दर।
डिज़ाइन निहितार्थ
विश्वसनीय डीएरेशन और ऑक्सीजन स्केवेंजिंग के साथ भाप प्रणालियों के लिए {{0}अच्छी तरह से संचालित औद्योगिक संयंत्रों में मानक {{2}पीटीएफई और एफईपी दोनों पर्याप्त सेवा जीवन प्रदान करते हैं। एफईपी की कम लागत और वेल्डेबिलिटी इन अनुप्रयोगों में इसका पक्ष ले सकती है।
ज्ञात ऑक्सीजन भ्रमण वाली भाप प्रणालियों के लिए, उन प्रक्रियाओं के लिए जहां ऑक्सीजन जानबूझकर भाप में मौजूद होती है, या उन अनुप्रयोगों के लिए जहां भाप की गुणवत्ता को कसकर नियंत्रित नहीं किया जाता है, पीटीएफई की बेहतर ऑक्सीडेटिव स्थिरता इसे कम जोखिम वाला विकल्प बनाती है। ऑक्सीजन से समृद्ध भाप में पीटीएफई के लिए तापमान सीमा 260 डिग्री पर बनाए रखी जा सकती है; एफईपी की व्यावहारिक सीमा लगभग 180 डिग्री तक घटाई जानी चाहिए।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर ट्यूब तृतीयक कार्बन साइटों की अनुपस्थिति, फ्लोरीन शीथ द्वारा कार्बन बैकबोन की मजबूत परिरक्षण और उच्च क्रिस्टलीयता के कारण ऑक्सीजन समृद्ध भाप में एफईपी की तुलना में ऑक्सीडेटिव थर्मल गिरावट के लिए काफी बेहतर प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं। कम घुलनशील ऑक्सीजन वाली सामान्य भाप में, दोनों पॉलिमर पर्याप्त रूप से कार्य करते हैं। ऑक्सीजन से समृद्ध भाप में, पीटीएफई एफईपी की तुलना में 10-25× धीमी गति से विघटित होता है और अपनी पूर्ण तापमान रेटिंग बनाए रखता है, जबकि एफईपी की व्यावहारिक तापमान सीमा कम होनी चाहिए।
विशिष्ट भाप गुणवत्ता स्थितियों में फ़्लोरोपॉलीमर सामग्री चयन के लिए इंजीनियरिंग सहायता भाप दबाव, घुलित ऑक्सीजन सांद्रता (सामान्य और भ्रमण), और आवश्यक उपकरण सेवा जीवन प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
