בעיית ה-pH הזוחל
אמבטיות ציפוי פח חומצי המבוססות על חומצה מתאן סולפונית או חומצה גופרתית פועלות ב-pH מתחת ל-1.0. החומציות הגבוהה מונעת מפח סטאני (Sn²⁺) להידרוליזה ולהשקיע כתחמוצת סטאנית. ה-pH צפוי להישאר יציב למעט תנודות קלות כתוצאה מגרירה- וחידוש. עם זאת, המפעילים צופים בעליית pH איטית ומתקדמת במשך שבועות של פעולה. ה-pH מטפס מ-0.5 ל-1.5, ומתקרב לסף שבו מתחילים משקעי פח.
המקור לעליית ה-pH אינו גרירה-או שגיאת הוספה כימית. זהו דוד הטבילה מנירוסטה. האלקטרוליט החומצי מאכל את פני המחמם, וצורך יוני מימן בתגובת החצי- הקתודית של תהליך הקורוזיה. כל יון מימן שנצרך מעלה את ה-pH באמבטיה בתוספת זעירה. במשך שבועות של קורוזיה מתמשכת, עליית ה-pH המצטברת הופכת משמעותית.
מחליף חום PTFE אינו משחית. זה לא צורך יוני מימן. עליית ה-pH ממקור זה מתבטלת.
מנגנון השינוי ב-PH המונע על ידי קורוזיה-
נירוסטה באלקטרוליט של פח חומצה חמה משחתה באמצעות מנגנון גלווני. התגובה האנודית היא פירוק של ברזל, כרום וניקל מהסגסוגת: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. התגובה הקתודית על אותו משטח היא הפחתת יוני מימן: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂. יוני המימן מגיעים מהאלקטרוליט החומצי. כל אטום מתכת מומס צורך שני יוני מימן.
קצב הקורוזיה של נירוסטה בחומצה סולפונית מתאן ב-50 מעלות הוא בערך 0.05-0.15 מ"מ לשנה. במשך שנה של פעולה רציפה, מחמם עם שטח פנים של 2 מ"ר מאבד כ-150-450 גרם מתכת. צריכת יוני המימן הקשורה מבחינה סטוכיומטרית לאובדן מתכת זה היא 5-16 מולים של H⁺ בשנה.
עבור אמבטיה של 8,000-ליטר המכילה 0.1 M חומצה (800 מולים של H⁺ בתחילה), הצריכה השנתית של 5-16 מולים מייצגת ירידה של 0.6-2.0% בריכוז החומצה. בעוד שהאחוז נראה קטן, סולם ה-pH הוא לוגריתמי. הפחתה של 2% בריכוז יוני המימן בחומצה חזקה מעבירה את ה-pH באופן מדיד-אופייני מ-0.5 ל-1.0-1.5 במשך שנה.
| פרמטר יציבות pH | מחמם נירוסטה | מחמם טיטניום | מחליף חום PTFE |
|---|---|---|---|
| קצב קורוזיה ב-MSA ב-50 מעלות (מ"מ לשנה) | 0.05-0.15 | 0.02-0.08 | 0 |
| פירוק מתכת שנתי (גרם) | 150-450 | 60-240 | 0 |
| צריכת H⁺ שנתית (שומות) | 5-16 | 2-8 | 0 |
| שינוי pH במהלך 12 חודשים (מ-0.5) | 0.5 → 1.0-1.5 | 0.5 → 0.8-1.2 | אין משמרת |
| תוספות חומצה מתקנות בשנה | 4-8 | 2-4 | 0 |
ההשפעות המשניות של מתכות מומסות
ליוני הברזל, הכרום והניקל המשתחררים על ידי קורוזיה יש השפעות נוספות על אמבט הפח. ברזל ברזל (Fe²⁺) מתחמצן על ידי חמצן מומס לברזל ברזל (Fe³⁺). ברזל ברזל מחמצן אז בדיל סטאני (Sn²⁺) לפח סטאני (Sn⁴⁺), אשר מבצע הידרוליזה ומשקע כבוצת תחמוצת סטאנית. הברזל פועל כזרז לחמצון בדיל, ומאיץ את אובדן הפח יקר הערך מהאמבטיה.
המתכות המומסות תורמות גם לחספוס משקעים ולנקבוביות. ברזל משקעי צד עם פח, משנה את הרכב הפיקדון ומפחית את עמידות הקורוזיה שלו. ההשפעות על איכות הפיקדון מרכיבות את בעיית יציבות ה-pH.
PTFE מבטל גם את שינוי ה-pH וגם את זיהום המתכת. כימיית האמבט נשארת יציבה. חמצון בדיל מוגבל לתגובה הבלתי נמנעת עם חמצן אטמוספרי, אותה ניתן לנהל באמצעות שמיכת גז אינרטי או תוספות נוגדי חמצון.
פישוט בקרת התהליך
עם מחמם מתכתי, על המפעיל לנטר את ה-pH ולהוסיף חומצה מעת לעת כדי לפצות על הצריכה המונעת מהקורוזיה.- התוספות נעשות תגובתיות-כשה-pH כבר נסחף-והאמבט חווה מחזור pH בין תוספות. תהליך הציפוי פועל ב-pH משתנה, עם שינויים תואמים באיכות הפיקדון.
עם מחליף PTFE, ה-pH יציב. תוספות חומצה נחוצות רק להחלפת-גרירה. האמבטיה פועלת ב-pH קבוע. איכות ההפקדה עקבית. זמן המפעיל והעלות הכימית של התאמת pH תגובתי מבוטלים.
תַקצִיר
עליית pH בלתי מוסברת באמבטיות פח חומצה נגרמת על ידי צריכת יוני מימן בתגובת החצי-קתודית של קורוזיה של מחמם נירוסטה. בכל שנה, 5-16 מולים של H⁺ נצרכים, מה שמעביר את ה-pH מ-0.5 ל-1.0-1.5 באמבטיה של 8,000 ליטר. מחליפי חום PTFE אינם מאכלים, אינם צורכים יוני מימן ושומרים על רמת ה-pH יציב. סילוק זיהום מתכת מומסת מונע גם חמצון בדיל מזורז ברזל והשפלה באיכות המשקעים.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE באמבטיות ציפוי רגישות-ל-pH אחרות זמינה עם הגשת כימיית האמבט, טמפרטורת ההפעלה, נתוני מגמת ה-pH הנוכחיים ורמות זיהום המתכת.
