אתגר הסלורי
ייצור חומצה זרחתית- רטוב כולל עיכול סלע פוספט עם חומצה גופרתית. התרחיץ המתקבל מכיל 28-32% P₂O₅ כחומצה זרחתית, גבישי סידן גופרתי (גבס), חלקיקי סלע שלא הגיבו וזיהומים מתכתיים שונים. התרחיץ הוא שוחק. זה מאכל. הוא מחומם ל-70-85 מעלות כדי להניע את תגובת העיכול ולרכז את החומצה בשלבי האידוי הבאים.
מחליפי חום בשירות זה חייבים להתנגד הן להתקפה הכימית של חומצה זרחתית חמה והן לשחיקה המכנית של המוצקים המרחפים. PTFE-מילוי זכוכית-PTFE בשילוב עם 15-25% סיבי זכוכית - נחשב לפעמים ליישום זה מכיוון שחומר מילוי הזכוכית מגביר את הקשיחות ונתפש כמשפר את עמידות השחיקה.
עם זאת, ל-PTFE במילוי זכוכית- יש פגיעות קריטית בחומצה זרחתית חמה: חומר מילוי הזכוכית מותקף כימית על ידי החומצה. החומצה הזרחתית ממיסה את סיבי הזכוכית, ומותירה מטריצת PTFE נקבוביות, מוחלשת מכנית. השילוב של התקפה כימית על חומר המילוי והשחיקה מהסילון מייצר קצב פירוק העולה על זה של PTFE בתולי לא ממולא.
מנגנון פירוק מילוי הזכוכית
סיבי זכוכית המשמשים כחומר מילוי PTFE הם בדרך כלל E-glass-רכב סידן-אלומינובורוסיליקט. בחומצה זרחתית חמה מתרחשות התגובות הבאות. החומצה תוקפת את רשת הסיליקה, וממיסה סיליקון ממבנה הזכוכית. תחמוצות סידן, אלומיניום ובור בזכוכית מגיבות עם חומצה זרחתית ליצירת מלחי פוספט מסיסים.
סיבי הזכוכית, שהתפזרו במקור כאלמנטים מחזקים נפרדים לאורך מטריצת ה-PTFE, מתמוססים בהדרגה מהמשטח פנימה. כל סיב מומס משאיר חלל גלילי ב-PTFE. החללים מרכזים מתח ומספקים מסלולים לחדירת חומצה נוספת לתוך החומר. המשטח הופך מחוספס ככל שחומר המילוי מתמוסס, מגדיל את גורם החיכוך ומפחית את ההתנגדות לשחיקה.
ל-Virgin PTFE אין חומר מילוי להמסה. החומצה הזרחתית נוגעת רק במשטח הפלואורופולימר האדיש מבחינה כימית. קצב השחיקה נקבע אך ורק על ידי שחיקה מכנית של ה-PTFE על ידי חלקיקי התרחיץ-קצב נמוך מהכימיקלים המשולבים-בתוספת-השפלה המכנית של החומר הממולא בזכוכית.
| פרמטר ביצועים | מזכוכית-ממולא PTFE | PTFE בתולה |
|---|---|---|
| תוכן מילוי (%) | 15-25 (סיבי זכוכית) | 0 |
| עמידות כימית למילוי ב-H₃PO₄ חם | גרוע (זכוכית מתמוססת) | N/A |
| מצב פני השטח לאחר 2,000 שעות בשפשוף | מחוספס, נקבובי (חללים של פירוק מילוי) | חלק (בלאי אחיד בלבד) |
| קצב שחיקה בשפשוף ב-80 מעלות (יחסית) | 1.5-2.5× PTFE בתולי | 1.0 (קו בסיס) |
| שימור חוזק מתיחה לאחר 2,000 שעות (%) | 50-70 | >90 |
| יציבות העברת חום | מתכלה כאשר פני השטח מתחספסים | יַצִיב |
פרדוקס השחיקה
מילוי הזכוכית מתווסף ל-PTFE כדי להגביר את הקשיות והקשיחות, עם ציפייה לשיפור ההתנגדות לשחיקה. בסביבות שוחקות יבשות או לא-כימיות-פעילות, PTFE במילוי זכוכית- אכן מציג עמידות טובה יותר בפני שחיקה מאשר PTFE בתולי. סיבי הזכוכית נושאים את עומס המגע מחלקיקים שוחקים, ומגנים על מטריצת ה-PTFE הרכה יותר.
בחומצה זרחתית רטובה, ההתקפה הכימית על סיבי הזכוכית הופכת את הקשר הזה. החומצה ממיסה את הסיבים על פני השטח. מטריצת ה-PTFE הנותרת, שאינה נתמכת כעת על ידי חומר המילוי, רגישה יותר לשחיקה מאשר משטח ה-PTFE הבתולי הרציף וההומוגני. חומר המילוי שנועד לשפר את העמידות בפני שחיקה הופך למנגנון הפירוק המואץ.
פרדוקס זה הוא שיעור בבחירת חומרים עבור ציוד תהליכים כימיים: יש להעריך את ביצועי המילוי בתנאים הכימיים הספציפיים של השירות, ללא הנחה מנתוני מאפיינים מכניים כלליים.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE בתוליים מתקדמים בביצועים של PTFE במילוי זכוכית- בתמיסות חומצה זרחתית חמה, מכיוון שמילוי הזכוכית מתמוסס בחומצה, ויוצר חללים המחספסים את פני השטח ומאיצים את השחיקה. ההתקפה הכימית על חומר המילוי בשילוב עם שחיקת תרחיץ מכנית מייצרת קצב פירוק פי 1.5-2.5 מזה של PTFE לא ממולא. Virgin PTFE, ללא חומר מילוי לתקוף, מספק משטח חלק, אינרטי מבחינה כימית, שנשחק באיטיות ובאחידות. עבור שירות תרחיץ שוחק בסביבות כימיות קורוזיביות, PTFE לא ממולא הוא הבחירה החומר המעולה.
תמיכה הנדסית לבחירת חומרי מחליף חום PTFE ביישומי תרחיץ מאכלים וחומצה זרחתית זמינה עם הגשת ריכוז החומצה, תכולת מוצקי התרחיץ ומאפייני החלקיקים, טמפרטורת הפעולה ונתוני חיי השירות הנוכחיים של הציוד.
