एक रासायनिक संयंत्र ने पांच महीने की सेवा के बाद 30% नाइट्रिक एसिड स्नान से 85 डिग्री पर एक पीटीएफई विसर्जन हीटर निकाला। हीटर की सतह ने पूरे गर्म खंड में महीन, एक दूसरे को काटती हुई दरारों का एक पैटर्न दिखाया{{3}एक पागलपन भरा पैटर्न{{4}। पीटीएफई कठोर और भंगुर महसूस हुआ, नरम और लचीला नहीं जैसा होना चाहिए। इन्सुलेशन प्रतिरोध 500 MΩ से गिरकर 30 MΩ हो गया था। नाइट्रिक एसिड ने पॉलिमर को ऑक्सीकृत कर दिया था, जिससे सतह ख़राब हो गई और उसमें दरार आ गई।
हॉट नाइट्रिक एसिड पीटीएफई के लिए सबसे आक्रामक ऑक्सीकरण एसिड में से एक है। मध्यम तापमान पर, ऑक्सीकरण दर धीमी होती है और PTFE लचीला रहता है। 80 डिग्री से अधिक ऊंचे तापमान पर -डिग्री से ऊपर ऑक्सीकरण दर तेज हो जाती है और पॉलिमर की सतह ख़राब होने लगती है। पॉलिमर श्रृंखलाएँ टूट जाती हैं, और सतह कठोर और भंगुर हो जाती है।
कैसे नाइट्रिक एसिड पीटीएफई को नष्ट कर देता है
नाइट्रिक एसिड श्रृंखला के सिरों पर और पॉलिमर में संरचनात्मक दोषों पर पीटीएफई को ऑक्सीकरण करता है। ऑक्सीकरण से कार्बोनिल फ्लोराइड और अन्य ऑक्सीकृत प्रजातियां बनती हैं जो बहुलक श्रृंखला को बाधित करती हैं। श्रृंखला विच्छेदन से पॉलिमर का आणविक भार और उसकी यांत्रिक शक्ति कम हो जाती है।
ऑक्सीकृत सतह परत में बल्क पॉलिमर की तुलना में भिन्न गुण होते हैं। यह अधिक कठोर, अधिक भंगुर तथा कम लचीला होता है। जब हीटर थर्मल रूप से चक्र करता है, तो भंगुर सतह तनाव को समायोजित नहीं कर पाती है। यह टूट जाता है.
| नाइट्रिक एसिड एकाग्रता | तापमान | ऑक्सीकरण दर | सतह को सख्त करने का समय | क्रैकिंग का समय |
|---|---|---|---|---|
| 10% | 60 डिग्री | बहुत कम | >36 महीने | >48 महीने |
| 20% | 70 डिग्री | कम | 18-30 महीने | 24-36 महीने |
| 30% | 80 डिग्री | मध्यम | 8-14 महीने | 12-20 महीने |
| 40% | 85 डिग्री | उच्च | 4-8 महीने | 6-12 महीने |
| 50% | 90 डिग्री | बहुत ऊँचा | 2–4 months | 3-8 महीने |
पीटीएफई भंगुरता पर नाइट्रिक एसिड एकाग्रता और तापमान प्रभाव
दरारें एक भयानक पैटर्न क्यों बनाती हैं?
क्रेज़िंग पैटर्न {{0}बारीक, एक दूसरे को काटती हुई दरारें{{1}एक लचीले सब्सट्रेट पर भंगुर सतह परत की विशेषता है। जब हीटर गर्म होता है, तो धातु का आवरण फैलता है, और विस्तार को समायोजित करने के लिए भंगुर सतह परत को फैलना चाहिए। यदि सतह की परत खिंच नहीं पाती, तो वह टूट जाती है। दरारें एक यादृच्छिक पैटर्न में बनती हैं क्योंकि सतह की परत एक समान होती है और तनाव वितरित होता है।
क्रेज़िंग पैटर्न थर्मल थकान या यांत्रिक क्षति के कारण होने वाली दरारों से भिन्न होता है। थर्मल थकान दरारें आमतौर पर तनाव बिंदुओं पर केंद्रित होती हैं। यांत्रिक क्षति दरारें स्थानीयकृत हैं। क्रेजिंग दरारें पूरी प्रभावित सतह पर फैली हुई हैं।
हॉट नाइट्रिक एसिड सेवा विशेष रूप से मांग वाली क्यों है?
नाइट्रिक अम्ल एक ऑक्सीकरण अम्ल है। सांद्रता और तापमान के साथ ऑक्सीकरण क्षमता बढ़ती है। 85 डिग्री और 30% सांद्रता पर, ऑक्सीकरण दर कुछ महीनों के भीतर पीटीएफई सतह को भंगुर करने के लिए पर्याप्त है।
नाइट्रिक एसिड भी पीटीएफई में प्रवेश करता है। तापमान के साथ पारगमन दर बढ़ती है। आंतरिक इन्सुलेशन तक पहुंचने वाला एसिड इन्सुलेशन प्रतिरोध को कम कर देता है। सतह के भंगुरता और आंतरिक पारगम्यता के संयोजन के कारण हीटर अकेले किसी भी तंत्र की तुलना में तेजी से विफल हो जाता है।
गर्म नाइट्रिक एसिड में सतह के घर्षण को रोकना
सबसे प्रभावी रोकथाम सतह के तापमान को कम करना है। कम वाट घनत्व -0.8–1.0 डब्लू/सेमी²-सतह के तापमान को उस सीमा के भीतर रखता है जहां ऑक्सीकरण दर कम होती है। 0.9 डब्लू/सेमी² पर एक हीटर 1.4 डब्लू/सेमी² पर एक हीटर की तुलना में 10-15 डिग्री ठंडा चल सकता है, जो सतह को सख्त करने में लगने वाले समय को दोगुना कर सकता है।
एक मोटी PTFE कोटिंग ऑक्सीकरण को अवशोषित करने के लिए अधिक सामग्री प्रदान करती है। ऑक्सीकृत सतह परत बलिदायी होती है। मोटी कोटिंग में ऑक्सीकृत परत के नीचे अधिक पॉलिमर होता है, इसलिए हीटर अपने अवरोधक गुणों को लंबे समय तक बरकरार रखता है।
निरीक्षण और प्रतिस्थापन के लिए कम सेवा अंतराल एक व्यावहारिक दृष्टिकोण है। हॉट नाइट्रिक एसिड सेवा में, हीटर का हर 2-3 महीने में निरीक्षण किया जाना चाहिए। यदि सतह सख्त होने का पता चलता है, तो दरारें कोटिंग में घुसने से पहले हीटर को बदल दिया जाना चाहिए।
| रोकथाम के उपाय | भंगुरता पर प्रभाव | कार्यान्वयन |
|---|---|---|
| कम वाट घनत्व, 0.8–1.0 W/cm² | धीमी ऑक्सीकरण | हीटर डिजाइन |
| मोटी कोटिंग, 2.5-3.0 मिमी | अधिक यज्ञ सामग्री | कोटिंग प्रक्रिया |
| छोटा निरीक्षण अंतराल | शीघ्र पता लगाना | रखरखाव कार्यक्रम |
| तापमान में कमी | कम ऑक्सीकरण दर | प्रक्रिया नियंत्रण |
गर्म नाइट्रिक एसिड में सतह के भंगुर होने की रोकथाम के उपाय
जब सतह का क्षरण एक डिज़ाइन समस्या का संकेत देता है
एक हीटर जो कम वाट घनत्व और मोटी कोटिंग के बावजूद सिकुड़ता और टूटता है, यह दर्शाता है कि हीटर सामग्री या डिज़ाइन गर्म नाइट्रिक एसिड सेवा के लिए उपयुक्त नहीं है। बहुत कम वाट घनत्व, मोटी कोटिंग और तापमान प्रतिरोधी पॉलिमर ग्रेड के साथ एक कस्टम पीटीएफई इमर्शन हीटर कॉन्फ़िगरेशन, भंगुरता के मूल कारण को संबोधित करता है। विनिर्देशन प्रक्रिया के लिए नाइट्रिक एसिड सांद्रता, ऑपरेटिंग तापमान और आवश्यक वाट क्षमता की आवश्यकता होती है। गर्म नाइट्रिक एसिड स्नान वाली सुविधाओं के लिए, यह एप्लिकेशन - विशिष्ट दृष्टिकोण सतह के भंगुरता को कम करता है और हीटर सेवा जीवन को बढ़ाता है।
