घोल चुनौती
फॉस्फोरिक एसिड उत्पादन की गीली प्रक्रिया में सल्फ्यूरिक एसिड के साथ फॉस्फेट रॉक को पचाना शामिल है। परिणामी घोल में 28-32% P₂O₅ फॉस्फोरिक एसिड, कैल्शियम सल्फेट (जिप्सम) क्रिस्टल, अप्रतिक्रियाशील चट्टान कण और विभिन्न धात्विक अशुद्धियाँ होती हैं। घोल अपघर्षक है. यह संक्षारक है. पाचन प्रतिक्रिया को चलाने और बाद के वाष्पीकरण चरणों में एसिड को केंद्रित करने के लिए इसे 70-85 डिग्री तक गर्म किया जाता है।
इस सेवा में हीट एक्सचेंजर्स को गर्म फॉस्फोरिक एसिड के रासायनिक हमले और निलंबित ठोस पदार्थों के यांत्रिक क्षरण दोनों का विरोध करना चाहिए। ग्लास {{1}भरा पीटीएफई{{2}पीटीएफई 15-25% ग्लास फाइबर के साथ मिश्रित होता है - जिसे कभी-कभी इस अनुप्रयोग के लिए माना जाता है क्योंकि ग्लास भराव कठोरता बढ़ाता है और घर्षण प्रतिरोध में सुधार करने के लिए माना जाता है।
हालाँकि, ग्लास {{0}भरे PTFE में गर्म फॉस्फोरिक एसिड में एक गंभीर भेद्यता होती है: ग्लास फिलर पर एसिड द्वारा रासायनिक हमला किया जाता है। फॉस्फोरिक एसिड ग्लास फाइबर को घोलता है, जिससे एक झरझरा, यांत्रिक रूप से कमजोर पीटीएफई मैट्रिक्स निकल जाता है। भराव पर रासायनिक हमले और घोल से क्षरण का संयोजन एक क्षरण दर उत्पन्न करता है जो कि बिना भरे वर्जिन पीटीएफई से अधिक है।
ग्लास भराव विघटन तंत्र
पीटीएफई भराव के रूप में उपयोग किए जाने वाले ग्लास फाइबर आमतौर पर ई {{0} ग्लास {{1} एक कैल्शियम {{2} एल्युमिनोबोरोसिलिकेट संरचना होते हैं। गर्म फॉस्फोरिक एसिड में निम्नलिखित प्रतिक्रियाएँ होती हैं। एसिड सिलिका नेटवर्क पर हमला करता है, कांच की संरचना से सिलिकॉन को घोलता है। ग्लास में कैल्शियम, एल्यूमीनियम और बोरॉन ऑक्साइड फॉस्फोरिक एसिड के साथ प्रतिक्रिया करके घुलनशील फॉस्फेट नमक बनाते हैं।
ग्लास फाइबर, मूल रूप से पीटीएफई मैट्रिक्स में अलग-अलग मजबूत तत्वों के रूप में फैले हुए हैं, धीरे-धीरे सतह से अंदर की ओर घुलते हैं। प्रत्येक घुला हुआ फाइबर पीटीएफई में एक बेलनाकार शून्य छोड़ देता है। रिक्त स्थान तनाव को केंद्रित करते हैं और सामग्री में आगे एसिड प्रवेश के लिए मार्ग प्रदान करते हैं। जैसे ही भराव घुलता है, सतह खुरदरी हो जाती है, घर्षण कारक बढ़ जाता है और घर्षण प्रतिरोध कम हो जाता है।
वर्जिन पीटीएफई में घुलने के लिए कोई भराव नहीं है। फॉस्फोरिक एसिड केवल रासायनिक रूप से निष्क्रिय फ्लोरोपॉलीमर सतह से संपर्क करता है। क्षरण दर पूरी तरह से घोल के कणों द्वारा पीटीएफई के यांत्रिक घर्षण द्वारा निर्धारित की जाती है {{2}एक दर जो संयुक्त रसायन से कम होती है {{3}प्लस {{4}ग्लास के यांत्रिक क्षरण {{5}भरे पदार्थ।
| प्रदर्शन पैरामीटर | ग्लास-भरा हुआ पीटीएफई | वर्जिन पीटीएफई |
|---|---|---|
| भराव सामग्री (%) | 15-25 (ग्लास फाइबर) | 0 |
| गर्म H₃PO₄ में भराव रासायनिक प्रतिरोध | ख़राब (कांच घुल जाता है) | N/A |
| घोल में 2,000 घंटे के बाद सतह की स्थिति | खुरदरा, झरझरा (भराव विघटन रिक्तियाँ) | चिकना (केवल वर्दी पहनने के लिए) |
| 80 डिग्री पर घोल में क्षरण दर (सापेक्ष) | 1.5-2.5× वर्जिन पीटीएफई | 1.0 (बेसलाइन) |
| 2,000 घंटे के बाद तन्य शक्ति प्रतिधारण (%) | 50-70 | >90 |
| गर्मी हस्तांतरण स्थिरता | सतह के खुरदुरे होने पर ख़राब हो जाता है | स्थिर |
कटाव विरोधाभास
बेहतर घर्षण प्रतिरोध की उम्मीद के साथ, कठोरता और कठोरता को बढ़ाने के लिए पीटीएफई में ग्लास फिलर जोड़ा जाता है। सूखे या गैर-रासायनिक रूप से सक्रिय अपघर्षक वातावरण में, कांच से भरा PTFE वर्जिन PTFE की तुलना में बेहतर घर्षण प्रतिरोध दिखाता है। ग्लास फाइबर नरम पीटीएफई मैट्रिक्स की रक्षा करते हुए, घर्षण कणों से संपर्क भार सहन करते हैं।
गीले फॉस्फोरिक एसिड में, ग्लास फाइबर पर रासायनिक हमला इस रिश्ते को उलट देता है। एसिड सतह पर रेशों को घोल देता है। शेष पीटीएफई मैट्रिक्स, जो अब फिलर द्वारा समर्थित नहीं है, निरंतर, सजातीय कुंवारी पीटीएफई सतह की तुलना में क्षरण के प्रति अधिक संवेदनशील है। जिस भराव का उद्देश्य घर्षण प्रतिरोध में सुधार करना था वह त्वरित गिरावट के लिए तंत्र बन जाता है।
यह विरोधाभास रासायनिक प्रक्रिया उपकरणों के लिए सामग्री चयन में एक सबक है: भराव प्रदर्शन का मूल्यांकन सेवा की विशिष्ट रासायनिक स्थितियों के तहत किया जाना चाहिए, सामान्य यांत्रिक संपत्ति डेटा से नहीं माना जाता है।
सारांश
वर्जिन पीटीएफई हीट एक्सचेंजर्स गर्म फॉस्फोरिक एसिड घोल में ग्लास से भरे पीटीएफई से बेहतर प्रदर्शन करते हैं क्योंकि ग्लास फिलर एसिड में घुल जाता है, जिससे खाली जगह बन जाती है जो सतह को खुरदरा कर देती है और क्षरण को तेज कर देती है। यांत्रिक घोल क्षरण के साथ संयुक्त भराव पर रासायनिक हमला, बिना भरे पीटीएफई की तुलना में 1.5-2.5 गुना क्षरण दर पैदा करता है। वर्जिन पीटीएफई, जिसमें हमला करने के लिए कोई भराव नहीं है, एक चिकनी, रासायनिक रूप से निष्क्रिय सतह प्रदान करता है जो धीरे-धीरे और समान रूप से नष्ट हो जाती है। संक्षारक रासायनिक वातावरण में अपघर्षक घोल सेवा के लिए, बिना भरा हुआ पीटीएफई बेहतर सामग्री विकल्प है।
फॉस्फोरिक एसिड और अन्य संक्षारक घोल अनुप्रयोगों में पीटीएफई हीट एक्सचेंजर सामग्री चयन के लिए इंजीनियरिंग समर्थन एसिड एकाग्रता, घोल ठोस सामग्री और कण विशेषताओं, ऑपरेटिंग तापमान और वर्तमान उपकरण सेवा जीवन डेटा प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
