ब्रोमीन चुनौती
ब्रोमीन और ब्रोमीन युक्त यौगिकों का उपयोग ज्वाला मंदक संश्लेषण, फार्मास्युटिकल ब्रोमिनेशन प्रतिक्रियाओं और जल उपचार रासायनिक उत्पादन में किया जाता है। एलिमेंटल ब्रोमीन परिवेश के तापमान पर एक भारी, गहरे लाल रंग का तरल है जो संक्षारक, विषाक्त वाष्प बनाने के लिए आसानी से वाष्पित हो जाता है। कार्बनिक सॉल्वैंट्स या जलीय घोल में घुला हुआ, यह एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण और ब्रोमिनेटिंग एजेंट है।
ब्रोमीन सेवा में हीट एक्सचेंजर्स को दोहरे खतरे का सामना करना पड़ता है: स्वयं ब्रोमीन से रासायनिक हमला, और उस हमले के यांत्रिक परिणाम {{0}भंगुरता, सूजन, और अंततः विफलता। दो फ़्लोरोपोलिमर इस सेवा के लिए उम्मीदवार हैं: पीवीडीएफ और पीटीएफई। दोनों को रासायनिक रूप से प्रतिरोधी के रूप में विपणन किया जाता है। ब्रोमीन युक्त धाराओं में उनका वास्तविक प्रदर्शन उनकी आणविक संरचना में मूलभूत अंतर के कारण काफी भिन्न होता है।
हैलोजनीकरण हमला तंत्र
पीवीडीएफ पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड है, जिसकी दोहराई जाने वाली इकाई -CH₂-CF₂- है। प्रत्येक पॉलिमर रिपीट इकाई में कार्बन से बंधे दो हाइड्रोजन परमाणु होते हैं। ये सीएच बांड बहुलक संरचना में कमजोर बिंदु हैं।
ब्रोमीन एक मुक्त {{0}कट्टरपंथी प्रतिस्थापन तंत्र के माध्यम से पीवीडीएफ पर हमला करता है। ब्रोमीन अणु थर्मल या फोटोलिटिक दीक्षा के तहत अलग होकर ब्रोमीन रेडिकल बनाते हैं। ये रेडिकल्स पीवीडीएफ बैकबोन से हाइड्रोजन परमाणुओं को अलग कर देते हैं, जिससे कार्बन रेडिकल्स निकल जाते हैं। इसके बाद कार्बन रेडिकल अतिरिक्त ब्रोमीन के साथ प्रतिक्रिया करके C-Br बांड बनाते हैं, या ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बोनिल और कार्बोक्सिल समूह बनाते हैं। परिणाम कम आणविक भार, परिवर्तित क्रिस्टलीयता और अवक्रमित यांत्रिक गुणों वाला एक रासायनिक रूप से संशोधित बहुलक है।
जैसे-जैसे प्रतिस्थापन की डिग्री बढ़ती है, ब्रोमिनेटेड पीवीडीएफ बदरंग हो जाता है {{0}पीला से भूरा से काला हो जाता है{{1}और क्षत-विक्षत हो जाता है। टूटने पर बढ़ाव 100% से घटकर 20% से कम हो जाता है। सामग्री थर्मल या यांत्रिक तनाव के तहत टूट सकती है।
PTFE में दोहराई जाने वाली इकाई -CF₂-CF₂- है। हमला करने के लिए कोई C-H बांड नहीं हैं। ब्रोमीन रेडिकल्स का सामना केवल C-F बांड से होता है, जिसकी वियोजन ऊर्जा ब्रोमीन रेडिकल प्रतिक्रिया से उपलब्ध ऊर्जा से लगभग 485 kJ/mol-बहुत अधिक होती है। कोई हाइड्रोजन अमूर्तन नहीं हो सकता. पॉलिमर संरचना बरकरार रहती है.
| ह्रास पैरामीटर | पीवीडीएफ | पीटीएफई |
|---|---|---|
| C-H बांड रिपीट यूनिट में | हाँ (प्रति यूनिट दो) | कोई नहीं |
| आक्रमण तंत्र | मुफ़्त-रेडिकल हैलोजनेशन (एच अमूर्तन) | कोई प्रतिक्रिया मार्ग नहीं |
| 60 डिग्री पर Br₂ वाष्प में 1,000 घंटे के बाद दृश्य परिवर्तन | पीला से गहरा भूरा | कोई परिवर्तन नहीं होता है |
| 1,000 घंटे के बाद तन्य शक्ति प्रतिधारण (%) | 40-60 | >95 |
| 1,000 घंटे के बाद बढ़ाव प्रतिधारण (%) | 20-40 | >90 |
| 1,000 घंटे के बाद वजन में बदलाव (%) | +2 से +8 (ब्रोमीन निगमन) | <0.5 |
| गीले Br₂ में अधिकतम सेवा तापमान (डिग्री) | ~60 (हमले की दर तक सीमित) | 260 (रसायन विज्ञान-स्वतंत्र) |
तापमान त्वरण कारक
ब्रोमीन सेवा में पीवीडीएफ क्षरण की दर अरहेनियस कैनेटीक्स का अनुसरण करती है: प्रत्येक 10 डिग्री तापमान वृद्धि के लिए दर लगभग दोगुनी हो जाती है। 30 डिग्री पर, पीवीडीएफ कई वर्षों की सेवा प्रदान कर सकता है। 60 डिग्री पर, सेवा जीवन 12-18 महीने तक कम हो सकता है। 80 डिग्री पर, 3-6 महीनों के भीतर विफलता हो सकती है।
260 डिग्री से नीचे के सभी तापमानों पर पीटीएफई की गिरावट दर शून्य है। ब्रोमीन में सेवा जीवन सामान्य रासायनिक प्रसंस्करण सीमा के भीतर तापमान से स्वतंत्र है। हीट एक्सचेंजर का जीवन भाप के दबाव से यांत्रिक रेंगने तक सीमित है, प्रक्रिया धारा से रासायनिक हमले से नहीं।
यह तापमान स्वतंत्रता उन प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण है जहां ब्रोमीन सांद्रता या तापमान भिन्न होता है। पीवीडीएफ सामान्य परिचालन स्थिति में जीवित रह सकता है लेकिन भ्रमण के दौरान तापमान में वृद्धि या ब्रोमीन सांद्रता में वृद्धि के दौरान तेजी से विफल हो जाता है। पीटीएफई किसी से भी अप्रभावित है।
सामग्री चयन त्रुटि के परिणाम
विशिष्ट ब्रोमीन संगतता की जांच किए बिना इसकी कम लागत और इसके "फ्लोरोपॉलीमर" पदनाम के आधार पर ब्रोमीन सेवा के लिए पीवीडीएफ का चयन करना {{1}दस्तावेज हीट एक्सचेंजर विफलताओं का कारण रहा है। एक पीवीडीएफ एक्सचेंजर जो प्रारंभिक ऑपरेशन के दौरान स्वीकार्य प्रतीत होता है वह उत्तरोत्तर कमजोर होता जाता है। विफलता का पहला संकेत थर्मल चक्र या यांत्रिक झटके के दौरान अचानक ट्यूब का टूटना हो सकता है। टूटना संभावित रूप से ब्रोमीन युक्त प्रक्रिया धारा को भाप संघनित प्रणाली या पर्यावरण में छोड़ता है।
पीटीएफई की लागत समतुल्य हीट एक्सचेंजर के लिए पीवीडीएफ से 30-50% अधिक है लेकिन इस विफलता के जोखिम को समाप्त कर देती है। किसी भी तापमान पर ब्रोमीन सेवा के लिए, पीटीएफई उपयुक्त फ्लोरोपॉलीमर विकल्प है।
सारांश
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स स्वाभाविक रूप से ब्रोमीन और ब्रोमीन युक्त यौगिकों के प्रति प्रतिरोधी होते हैं क्योंकि पूरी तरह से फ्लोरिनेटेड पॉलिमर में ब्रोमीन रेडिकल्स पर हमला करने के लिए कोई सी - एच बांड नहीं होता है। पीवीडीएफ, अपने -CH₂- समूहों के साथ, प्रगतिशील हैलोजनीकरण और भंगुरता से गुजरता है, जिसमें गिरावट की दर तापमान के साथ तेज हो जाती है। पीटीएफई तापमान स्वतंत्र, आजीवन ब्रोमीन प्रतिरोध प्रदान करता है। पीवीडीएफ को निरंतर ब्रोमीन सेवा के लिए अनुशंसित नहीं किया जाता है, विशेष रूप से परिवेश के तापमान से ऊपर।
ब्रोमीन और हैलोजनेशन प्रक्रिया धाराओं में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर विनिर्देश के लिए इंजीनियरिंग समर्थन ब्रोमीन एकाग्रता, कार्बनिक या जलीय माध्यम, ऑपरेटिंग तापमान और किसी भी पिछले पॉलिमर संगतता परीक्षण डेटा प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
