מהנדס מפעל כימי סקר רשימה של אמבטיות תהליך ושאל שאלה פשוטה: באילו מהן אפשר להשתמש בתנור טבילה PTFE, ואילו לא? הרשימה כללה חומצה גופרתית, חומצה הידרוכלורית, חומצה חנקתית, חומצה הידרופלואורית, נתרן הידרוקסיד, חומצה כרומית, ממיסים וכמה ניסוחים מיוחדים. התשובה לא הייתה פשוטה כן או לא לכל אחד. PTFE עמיד לרוב הכימיה הללו ברוב התנאים. אבל ישנן סביבות ספציפיות שבהן PTFE הוא הבחירה השגויה, והשימוש בו מוביל לכשל בטרם עת.
PTFE מתואר לעתים קרובות כעמיד כימית אוניברסלית. תיאור זה מדויק עבור הרוב המכריע של הכימיה התעשייתית. אבל זה לא מוחלט. ישנן שלוש קטגוריות של סביבות שבהן אין להשתמש במחממי טבילה מסוג PTFE: מתכות אלקליות מותכות, פלואור יסודי ושילובים מסוימים של טמפרטורה גבוהה- של חומרים קאוסטיים וחומרים מחמצנים.
מתכות אלקליות מותכות
נתרן מותך, אשלגן וליתיום מגיבים באלימות עם PTFE. התגובה משחררת את הפולימר, משחררת חום ויוצרת מצב מסוכן. זו אינה השפלה הדרגתית-זוהי תגובה אקסותרמית מהירה שיכולה להרוס את המחמם תוך שניות.
מתכות אלקליות מותכות אינן נפוצות בציפוי או בעיבוד כימי, אך הן משמשות ביישומים מיוחדים, כולל תהליכים גרעיניים ומטלורגיים מסוימים. מחממי טבילה מסוג PTFE אינם מתאימים לסביבות אלו.
פלואור אלמנטרי וחומרי פלואור חזקים
פלואור אלמנטרי תוקף PTFE בטמפרטורות גבוהות. בטמפרטורת החדר, התגובה איטית. מעל 100 מעלות, פלואור יכול לשחרר את הפולימר, ליצור משטח תגובתי ולפגוע במעטפת. לכלור טריפלואור ולחומרי הפלרה חזקים אחרים יש השפעות דומות.
פלואור וחומרי פלואור משמשים בכמה תהליכים מוליכים למחצה וכימיקלים מיוחדים. בסביבות אלו, PTFE אינו הבחירה הנכונה. לעתים קרובות נעשה שימוש בתנורי טבילה ניקל או מונל.
| סְבִיבָה | טֶמפֶּרָטוּרָה | מנגנון תקיפה | התאמה ל-PTFE | חומר חלופי |
|---|---|---|---|---|
| נתרן מותך | >100 מעלות | דפלורציה אלימה | לא מתאים | נירוסטה, ניקל |
| אשלגן מותך | >100 מעלות | דפלורציה אלימה | לא מתאים | נירוסטה, ניקל |
| פלואור יסודי | >100 מעלות | דה פלואורינציה | לא מתאים | ניקל, מונל |
| כלור טריפלואוריד | >50 מעלות | דה פלואורינציה | לא מתאים | ניקל, מונל |
| קאוסטית חמה מרוכזת | >95 מעלות | דה פלואורינציה על פני השטח | שולי - לא מתאים | טיטניום, 316 ל' |
| חומצה חנקתית מרוכזת חמה | >100 מעלות | חִמצוּן | שׁוּלִי | סיליקון קרביד, טיטניום |
סביבות שבהן מחממי טבילה מסוג PTFE אינם מתאימים
חמה מרוכזת קאוסטית בטמפרטורות קיצוניות
PTFE מתנגד לתמיסות קאוסטיות בטמפרטורות מתונות. ב-60-70 מעלות ובריכוזים מתחת ל-20%, ההתקף זניח. בריכוז של 95 מעלות ו-25%, שיעור הדפלואור הופך להיות משמעותי. פני הפולימר מתכלים, והמעטפת נכשלת תוך חודשים.
זה לא איסור מוחלט-ניתן להשתמש ב-PTFE בשירות קאוסטי חם אם הטמפרטורה והריכוז נשמרים בגבולות, או אם צפיפות הוואטים מופחתת כדי לשמור על טמפרטורת הנדן נמוכה. אבל בקצה הקיצוני של הספקטרום הקוסטי, PTFE אינו הבחירה הנכונה.
חומצות חמצון מרוכזות חמות
PTFE עמיד בפני חומצה חנקתית וחומצה כרומית בטמפרטורות מתונות. בריכוזים גבוהים ובטמפרטורות מעל 90-100 מעלות, קצב החמצון מואץ. משטח הפולימר מתכלה, והמעטה הופך שביר.
בסביבות אלה, סיליקון קרביד או קוורץ עשויים להתאים יותר. קוורץ עמיד בפני חומצות חנקתיות וכרום אך לא לתנאים בסיסיים. סיליקון קרביד מתנגד לשניהם אך הוא יקר יותר.
ממיסים בטמפרטורה גבוהה
PTFE עמיד לרוב הממיסים בטמפרטורת החדר. בטמפרטורות גבוהות, ממיסים בעלי זיקה גבוהה לפולימר חודרים מהר יותר. ממיסים כלוריים וארומטיים ב-60-70 מעלות יכולים לחדור לנדן תוך שבועות או חודשים.
PTFE אינו הבחירה הנכונה עבור שירות ממיסים-בטמפרטורה גבוהה. קוורץ או נירוסטה מתאימים יותר, תלוי בממס ובטמפרטורה.
כאשר PTFE הוא שולי, לא אסור
סביבות רבות אינן איסורים מוחלטים אלא תנאים שוליים שבהם חיי השירות של PTFE מתקצרים. חומצות חמצון מרוכזות חמות,-בטמפרטורה גבוהה וממיסים אגרסיביים נכללים בקטגוריה זו. בסביבות אלה, ניתן להשתמש ב-PTFE עם מפרט זהיר-צפיפות וואט נמוכה יותר, מעטה עבה יותר וניטור תכוף-אך חיי השירות יהיו קצרים יותר מאשר בתנאים קלים יותר.
| סְבִיבָה | מַצָב | התאמה ל-PTFE | הערות |
|---|---|---|---|
| נתרן הידרוקסיד, 25% | 95 מעלות | לא מומלץ | השתמש בטיטניום או 316L |
| נתרן הידרוקסיד, 15% | 80 מעלות | שׁוּלִי | הפחת את צפיפות הוואטים |
| חומצה חנקתית, 50% | 90 מעלות | שׁוּלִי | הפחת את צפיפות הוואטים |
| חומצה כרומית, 20% | 80 מעלות | שׁוּלִי | מעקב אחר התנגדות בידוד |
| ממס כלור | 60 מעלות | לא מומלץ | השתמש בקוורץ |
| ממס ארומטי | 70 מעלות | לא מומלץ | השתמש בקוורץ או נירוסטה |
סביבות שוליות ואסורות עבור מחממי טבילה מסוג PTFE
כאשר חומרים סטנדרטיים אינם יכולים לעמוד ביישום
חלק מהסביבות הכימיות אינן תואמות PTFE וגם אינן תואמות לחלופות הנפוצות. לאמבטיה המתחלפת בין חומצה לבסיסית, או שמכילה גם מינים מחמצנים וגם מפחיתים, אולי אין חומר אחד הכי טוב. במקרים אלה, ייתכן שתידרש גישה מותאמת אישית-פולימר אחר, סגסוגת מיוחדת או מבנה היברידי.
תצורת תנור טבילה PTFE מותאמת אישית עם צפיפות וואט נמוכה יותר, מעטפים עבים יותר וגישה משופרת לזרימה מרחיבה את הטווח של PTFE לסביבות שוליות. תהליך המפרט דורש את כימיה האמבטיה, הריכוז, הטמפרטורה והיסטוריית הכשלים של מחממים קודמים. עבור מתקנים עם מספר אמבטיות תהליך, גישה ספציפית ליישום-מזהה אילו אמבטיות יכולות להשתמש ב-PTFE ואילו דורשות חלופה.
