סביבת הכלור
תהליכי כלור וכלור-אלקלי מייצרים גז כלור, חומצה היפוכלורית ויוני היפוכלוריט-זנים מחמצנים רבי עוצמה שתוקפים את רוב הפולימרים והמתכות. מחליפי חום בתהליכים אלו נחשפים לזרמי תהליך המכילים כלור מומס בטמפרטורות גבוהות, לרוב עם pH נמוך מתוצר לוואי של חומצה הידרוכלורית.
ECTFE (אתילן-כלורוטריפלואורואתילן קופולימר) הוא פולימר מופלר חלקית עם היחידה החוזרת -CH₂-CFCl-CF₂-. הוא משמש בעיבוד כימי בשל העמידות הכימית המצוינת והתכונות המכניות שלו. PTFE מופלר במלואו. שניהם מוגדרים עבור שירות כלור, אך מנגנוני ההתנגדות ומצבי הכשל שלהם שונים באופן משמעותי.
מנגנון התקפת הכלור
כלור רטוב תוקף פולימרים באמצעות שילוב של חמצון והכלרה. מולקולות כלור (Cl₂) מתמוססות במים ליצירת חומצה היפוכלורית (HOCl) וחומצה הידרוכלורית (HCl). HOCl הוא מחמצן רב עוצמה. הוא יכול להפיק אטומי מימן מקשרי C-H בעמוד השדרה של הפולימר, וליצור רדיקלים שמגיבים עוד יותר עם כלור או חמצן.
ECTFE מכיל קשרי C-H ביחידות הקומונומר אתילן (-CH₂-CH₂-). קשרים אלה פגיעים להפשטת מימן על ידי HOCl. רדיקלי הפחמן שנוצרו מגיבים עם כלור ליצירת קשרי C-Cl, או עם חמצן ליצירת קבוצות קרבוניל. ההכלה והחמצון מפרקים את הפולימר, מה שגורם להתפרקות ולכשלון בסופו של דבר.
PTFE אינו מכיל קשרי C-H. כל פחמן מוחלף במלואו בפלואור. אין אטומי מימן להפשטה של HOCl. קשרי C-F חזקים מדי (485 קילו ג'ל/מול) מכדי שכלור או HOCl יישברו. PTFE חסין בפני מנגנון התקפת הכלור המפרק ECTFE.
| פרמטר התנגדות לכלור | ECTFE | PTFE |
|---|---|---|
| קשרי C-H בפולימר | כן (יחידות אתילן) | אַף לֹא אֶחָד |
| התקפה על ידי Cl₂ / HOCl רטוב | הפקת מימן → הכלרה וחמצון | אין תגובה |
| טמפרטורת שירות מקסימלית ב-Cl₂ רטוב (מעלה) | ~120 (מוגבל על ידי קצב התקיפה) | 260 (בלתי תלוי-כימיה) |
| שימור חוזק מתיחה לאחר שנה ב-Cl₂ ב-80 מעלות (%) | 60-80 | > 95 |
| תחילת שבריריות | 6-18 חודשים (תלוי בטמפרטורה) | לא מתרחש |
| חיי שירות בתהליך כלורט (שנים) | 2-5 | 10+ |
אפקט הטמפרטורה
קצב הפירוק של ECTFE בשירות כלור מואץ עם הטמפרטורה. ב-50 מעלות, ההתקפה איטית, וחיי השירות עשויים להגיע ל-10 שנים. ב-80 מעלות, השיעור גבוה משמעותית, וחיי השירות הם בדרך כלל 2-5 שנים. ב-100 מעלות, כישלון יכול להתרחש בתוך 12-18 חודשים.
קצב הפירוק של PTFE הוא אפס בכל הטמפרטורות מתחת ל-260 מעלות. חיי השירות בשירות כלור אינם תלויים בטמפרטורה בטווח התהליך הרגיל. מחליף החום מוגבל-על ידי זחילה מכנית, לא התקפה כימית.
המדריך ליישום
עבור תהליכי כלור-אלקליים הפועלים בטמפרטורות מתחת ל-60 מעלות, ECTFE יכול לספק חיי שירות נאותים בעלות התחלתית נמוכה יותר מ-PTFE. עבור תהליכים מעל 80 מעלות, או שבהם חיי שירות ארוכים ותחזוקה מינימלית הם בראש סדר העדיפויות, PTFE הוא החומר המועדף.
הבחירה צריכה לשקול גם את ההשלכות של כישלון. בתהליך כלורט, דליפת מחליף חום עלולה לשחרר גז כלור למערכת הקיטור-, וליצור סכנה בטיחותית חמורה. חיי השירות הארוכים והצפויים יותר של PTFE מפחיתים את הסיכון הזה.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE עמידים מטבעם בפני גז כלור רטוב ומיני היפוכלוריט מכיוון שלפולימר המופלר במלואו אין קשרי C-H לכלור לתקוף. ECTFE, עם יחידות האתילן הקומונומר שלו, עוברת הכלרה הדרגתית והתפרקות, עם חיי שירות של 2-5 שנים ב-80 מעלות. PTFE מספק חיי שירות של 10+ שנים עם עמידות כימית בלתי תלויה בטמפרטורה. עבור תהליכי כלורט מעל 80 מעלות, PTFE הוא החומר המומלץ.
תמיכה הנדסית במפרט מחליף חום PTFE בתהליכים המכילים-כלור זמינה עם הגשת נתוני ריכוז הכלור, ה-pH, הטמפרטורה ונתוני חיי השירות הנוכחיים של הציוד.
