סביבת סולפט פרי
תמיסות סולפט ברזל משמשות בכבישת פלדה, ייצור פיגמנט טיטניום דו חמצני וכחומרי תחריט בגימור מתכת. התמיסה מכילה ברזל ברזל בריכוזים של 50-200 גרם/ליטר כמו Fe₂(SO₄)₃, עם חומצה גופרתית חופשית של 20-100 גרם/ליטר, הפועלת ב-60-90 מעלות. השילוב של כוח חמצון חזק מיון הברזל והחומציות של החומצה הגופרית יוצר סביבה אגרסיבית לחומרים רבים.
גרפיט אטום-ספוג בשרף פנולי או פוראן כדי למנוע נקבוביות-נמצא בשימוש נרחב עבור מחליפי חום בשירות זה. הגרפיט עצמו מתנגד גם לחומצה גופרתית וגם לסולפט ברזל. עם זאת, הספוג שרף אינו שותף להתנגדות זו. לאורך זמן בטמפרטורה גבוהה, תמיסת הברזל סולפט מחמצנת את השרף, וגורמת לפירוק מתקדם.
ל-PTFE אין שרף ספוג לפירוק. החומר כולו אינרטי מבחינה כימית לסולפט ברזל וחומצה גופרתית. ההשוואה בין גרפיט אטום ל-PTFE בשירות זה היא בין חומר מרוכב שהקלסר שלו נכשל באיטיות לבין חומר הומוגני שאינו יכול להגיב כימית עם נוזל התהליך.
מנגנון פירוק השרף
גרפיט אטום מיוצר על ידי הספגה של גרפיט נקבובי בשרף תרמוסטי-בדרך כלל פנולי או פוראן-תחת ואקום ולחץ. השרף ממלא את הנקבוביות המחוברות זו לזו, מה שהופך את החומר לבלתי חדיר לעיבוד נוזלים. הגרפיט מספק מוליכות תרמית ועמידות כימית. השרף מספק אטימות.
סולפט ברזל תוקף את השרף באמצעות חמצון. יון הברזל (Fe³⁺) הוא מחמצן חזק. הוא מוציא מימן מפולימר השרף, יוצר רדיקלים חופשיים המגיבים עם חמצן מומס ליצירת קבוצות קרבוניל וקרבוקסיל. השרף המחומצן הופך שביר. מתפתחים סדקים מיקרו-. הסדקים חושפים משטח שרף טרי לתמיסה, ומנציחים את ההתקפה.
ככל שהשרף מתכלה, מתפתחים מספר מצבי כשל. קשר הגרפיט שרף- נחלש, וחלקיקי גרפיט יכולים להשתחרר לזרם התהליך. אובדן השרף מהמשטח יוצר נקבוביות פני השטח, מגדיל את שטח הפנים האמיתי ומאיץ התקפה נוספת. בסופו של דבר, נקבוביות מחוברת מתפתחת דרך דופן הצינור, ונוזל התהליך דולף דרך דופן מחליף החום.
| פרמטר השפלה | גרפיט אטום (שרף פנולי) | גרפיט אטום (שרף פוראן) | PTFE |
|---|---|---|---|
| מבנה קלסר/חומר | שרף פנולי במטריקס גרפיט | שרף פוראן במטריקס גרפיט | פלואורפולימר הומגני |
| עמידות לחמצון קלסר | גרוע (התקף על ידי Fe³⁺) | בינוני (עדיף על פנולי) | לא רלוונטי (ללא קלסר) |
| קצב פירוק שרף ב-80 מעלות ב-Fe₂(SO₄)₃ | 0.1-0.3 מ"מ לשנה (מיתון פני השטח) | 0.05-0.15 מ"מ לשנה | 0 |
| שחרור חלקיקי גרפיט | כן (כאשר שרף מתכלה) | כן (תעריף מופחת) | אַף לֹא אֶחָד |
| מצב פני השטח לאחר שנתיים | נקבובי, מחוספס | מחוספס במידה בינונית | חלק, ללא שינוי |
| חדירות לאחר 3-5 שנים | עלול להתפתח באמצעות-דליפות קיר | עלול להתפתח באמצעות-דליפות קיר | לעולם לא (אפס חדירות) |
| חיי שירות ב-Fe₂(SO₄)₃ ב-80 מעלות (שנים) | 3-6 | 5-8 | 15+ |
משוב השחיקה-המורכב
פירוק השרף יוצר נקבוביות פני השטח. המשטח הנקבובי חלש יותר מבחינה מכנית מהמשטח המקורי שהוספג בשרף-. בתמיסת סולפט ברזל זורמת, המשטח הנקבובי נשחק מהר יותר מאשר משטח חלק ואטום. שחיקה מסירה שרף מושפל וחלקיקי גרפיט מנותקים חלקית, וחושפת חומר טרי להתקפה כימית.
לולאת משוב זו -מתקפה כימית יוצרת נקבוביות, נקבוביות מאיץ שחיקה, שחיקה החושפת משטח טרי- פירושה שקצב הפירוק של גרפיט אטום הוא מהיר יותר ממה שקצב החמצון הכימי לבדו היה מנבא. הפירוק הכימי המשולב-מכני קובע את חיי השירות בפועל.
ל-PTFE אין משוב כזה. משטח הפולימר ההומוגני נשחק באיטיות ובאחידות בזרימה, ללא תרומה כימית לאובדן החומר. קצב השחיקה נקבע אך ורק על ידי מהירות הנוזל והשחיקה של כל גורמי מוצקים מרחפים- המשפיעים על שני החומרים אך מורכבים על ידי התקפה כימית רק בגרפיט.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE מעלים ביצועים של גרפיט אטום בתמיסות סולפט ברזל חמות מכיוון ש-PTFE הוא חומר הומוגני ללא חומר מקשר שרף לחמצון. גרפיט אטום מסתמך על חומר ספוג שרף פנולי או פוראן המותקף בהדרגה על ידי יון הברזל המחמצן, יוצר נקבוביות פני השטח שמאיצה שחיקה ובסופו של דבר מובילה לדליפה דרך-קיר. PTFE מספק משטח חלק ואינרטי מבחינה כימית שמתכלה רק על ידי שחיקה מכנית איטית, ומספק חיי שירות של 15+ שנים לעומת 3-8 שנים עבור גרפיט אטום.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE ביישומי פתרונות מחמצנים אחרים זמינה עם הגשת הרכב התמיסה, הטמפרטורה, מהירות הזרימה ונתוני חיי השירות הנוכחיים של הציוד.
