Το πρόβλημα της φθοράς του πολτού
Οι δεξαμενές αναδευόμενου πολτού κατά την επεξεργασία ορυκτών, την παραγωγή φωσφορικού οξέος και την επεξεργασία λυμάτων αιωρούν τα λειαντικά στερεά σωματίδια σε διαβρωτικά υγρά. Οι σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας που βυθίζονται σε αυτό το περιβάλλον παρουσιάζουν συνεχή πρόσκρουση σωματιδίων. Κάθε σύγκρουση σωματιδίων αφαιρεί μια μικροσκοπική ποσότητα υλικού από την επιφάνεια του σωλήνα. Με μήνες και χρόνια, η αθροιστική διάβρωση λεπταίνει το τοίχωμα του σωλήνα.
PTFE με αλουμίνα-γεμάτο από αλουμίνα-PTFE σε συνδυασμό με 10-20% οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) σε σκόνη-διατίθεται στο εμπόριο ως εναλλακτική λύση ανθεκτική στην τριβή του παρθένου PTFE. Τα σωματίδια κεραμικού πληρωτικού, που είναι πιο σκληρά από τη μήτρα PTFE, προορίζονται να παρεμποδίζουν τα σωματίδια πολτού που προσκρούουν και να προστατεύουν το πολυμερές από τη φθορά.
Η ιδέα ισχύει για ξηρή συρόμενη φθορά. Στη διάβρωση υγρού πολτού, το χημικό περιβάλλον και η διεπαφή μήτρας-πλήρωσης δημιουργούν επιπλοκές που μπορούν να αντιστρέψουν το αναμενόμενο πλεονέκτημα απόδοσης. Η κατανόηση αυτών των επιπλοκών είναι απαραίτητη για τη σωστή επιλογή υλικού στην υπηρεσία λειαντικών χημικών.
Μηχανισμός διάβρωσης ιλύος
Η διάβρωση του πολτού σε μια αναδευόμενη δεξαμενή περιλαμβάνει σωματίδια που αιωρούνται σε ένα υγρό που προσκρούουν στην επιφάνεια του σωλήνα του εναλλάκτη θερμότητας με μέτριες ταχύτητες-συνήθως 1-5 m/s. Η πρόσκρουση των σωματιδίων δημιουργεί τοπική πλαστική παραμόρφωση στην επιφάνεια PTFE. Οι επαναλαμβανόμενες κρούσεις συσσωρεύουν καταπόνηση, αποσπώντας τελικά μικρά θραύσματα πολυμερούς.
Στο παρθένο PTFE, η επιφάνεια ανταποκρίνεται στην κρούση σωματιδίων μέσω ιξωδοελαστικής παραμόρφωσης. Οι αλυσίδες πολυμερούς απορροφούν την ενέργεια κρούσης και ανατρέπονται ελαστικά εάν η τάση είναι κάτω από το όριο διαρροής. Η διάβρωση εμφανίζεται μέσω μιας διαδικασίας κόπωσης-μετά από πολλές επιπτώσεις. Το ποσοστό είναι χαμηλό και ομοιόμορφο.
Σε PTFE γεμάτο-αλουμίνα, τα σωματίδια πλήρωσης είναι άκαμπτα. Δεν παραμορφώνονται υπό την κρούση. Η ενέργεια κρούσης συγκεντρώνεται στη διεπιφάνεια μεταξύ του σκληρού σωματιδίου αλουμίνας και της μαλακότερης μήτρας PTFE. Η συγκέντρωση τάσεων προκαλεί μικρο-ρωγμές στο όριο της μήτρας πλήρωσης-. Αυτές οι ρωγμές αναπτύσσονται υπό επαναλαμβανόμενες κρούσεις. Τελικά, το περιβάλλον PTFE αποσπάται, παίρνοντας το σωματίδιο πλήρωσης μαζί του. Ο ρυθμός διάβρωσης δεν καθορίζεται από τη σκληρότητα του πληρωτικού αλλά από την πρόσφυση του πληρωτικού στη μήτρα και την αντίσταση κόπωσης αυτής της διεπαφής.
| Παράμετρος διάβρωσης | Virgin PTFE | PTFE γεμάτο αλουμίνα- |
|---|---|---|
| Μηχανισμός προστασίας από τη διάβρωση | Ιξωδοελαστική απορρόφηση ενέργειας | Τα σωματίδια πλήρωσης παρεμποδίζουν τις κρούσεις |
| Διεπαφή μητρών{0}}filler | N/A (ομογενές) | Θέση συγκέντρωσης στρες |
| Έναρξη μικρο-ρωγμής | Αργή (ομοιόμορφο υλικό) | Επιταχύνθηκε στα όρια πλήρωσης |
| Ρυθμός διάβρωσης σε αναδευόμενο πολτό πυριτίου (σχετικός) | 1.0 (βασική γραμμή) | 1.2-1.8× |
| Κατάσταση επιφάνειας μετά από 1.000 ώρες | Ομαλή, ομοιόμορφη φθορά | Τραχιά, εκτεθειμένα σωματίδια πλήρωσης |
| Σταθερότητα συντελεστή μεταφοράς θερμότητας | Σταθερό (λεία επιφάνεια) | Αποδομείται (τραχύτερη επιφάνεια) |
| Χημική αντοχή | Εξοχος | Διακυβεύεται εάν το οξύ επιτεθεί στο πληρωτικό |
Η αλληλεπίδραση χημικού-γεμιστικού
Η αλουμίνα είναι χημικά ανθεκτική σε πολλά οξέα, αλλά προσβάλλεται από ορισμένα κοινά διαλύματα διεργασίας. Στους πολτούς φωσφορικού οξέος, η αλουμίνα αντιδρά αργά για να σχηματίσει φωσφορικό αργίλιο. Σε αλκαλικούς πολτούς, η αλουμίνα διαλύεται ως αργιλικό άλας. Η χημική επίθεση στα σωματίδια πλήρωσης στην επιφάνεια του σωλήνα τα αφαιρεί, αφήνοντας κοιλώματα στην επιφάνεια PTFE. Οι λάκκοι συγκεντρώνουν την πίεση και επιταχύνουν τη μηχανική διάβρωση.
Ακόμη και σε χημικά καλοήθεις πολτούς, η έκθεση των σωματιδίων πληρωτικού στην επιφάνεια-που συμβαίνει καθώς η μήτρα PTFE διαβρώνεται ελαφρά-δημιουργεί τραχύτητα επιφάνειας. Η τραχιά επιφάνεια αυξάνει την αντίσταση του υγρού και μειώνει τον εξωτερικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας. Η απόδοση μεταφοράς θερμότητας του γεμισμένου με αλουμίνα-σωλήνα υποβαθμίζεται με την πάροδο του χρόνου, ακόμη και αν ο ρυθμός διάβρωσης είναι χαμηλός.
Το Virgin PTFE διαβρώνεται ομοιόμορφα. Η επιφάνεια παραμένει λεία. Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας είναι σταθερός σε όλη τη διάρκεια ζωής του σωλήνα.
Ο Οδηγός Εφαρμογής
Για χημικά επιθετική υπηρεσία υδαρούς πολτού -φωσφορικό οξύ, όξινο νερό ορυχείων, καυστικοί πολτές-το προτιμώμενο υλικό είναι το παρθένο PTFE. Η χημική επίθεση στο πληρωτικό αλουμίνας σε γεμισμένες ποιότητες αναιρεί κάθε όφελος αντοχής στην τριβή και μπορεί να επιταχύνει την υποβάθμιση.
Για χημικά καλοήθεις, εξαιρετικά αποξεστικούς πολτούς σε μέτρια θερμοκρασία, το PTFE γεμάτο αλουμίνα-μπορεί να παρέχει καλύτερη διάρκεια φθοράς εάν το πληρωτικό είναι καλά-δεμένο στη μήτρα και η ενέργεια πρόσκρουσης σωματιδίων είναι εντός της χωρητικότητας του πληρωτικού. Συνιστάται η δοκιμή υπό-συγκεκριμένες συνθήκες τοποθεσίας πριν από τον καθορισμό γεμισμένου PTFE για σέρβις πολτού.
Περίληψη
Οι παρθένοι σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας PTFE συχνά ταιριάζουν ή υπερβαίνουν τις επιδόσεις τους με αλουμίνα-γεμάτο από αλουμίνα σε δεξαμενές αναδευόμενης ιλύος επειδή η διεπαφή μήτρας πλήρωσης-γίνεται σημείο επιταχυνόμενης εκκίνησης μικρο-ρωγμών υπό κρούση σωματιδίων και επειδή η χημική προσβολή στο πληρωτικό σε όξινα ή αλκαλικά σωματίδια απομακρύνει την επιφάνεια πλήρωσης και τα σωματίδια. Η ομοιογενής δομή του Virgin PTFE διαβρώνεται αργά και ομοιόμορφα, διατηρώντας λεία επιφάνεια και σταθερή μεταφορά θερμότητας. Το γεμισμένο PTFE θα πρέπει να προσδιορίζεται για σέρβις πολτού μόνο αφού επιβεβαιωθεί τόσο η χημική αντοχή του πληρωτικού υλικού όσο και η πρόσφυση του πληρωτικού στη μήτρα υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες διεργασίας.
Η τεχνική υποστήριξη για την επιλογή υλικού PTFE σε εφαρμογές λειαντικού πολτού είναι διαθέσιμη με την υποβολή της σύνθεσης του πολτού, του μεγέθους και της σκληρότητας των σωματιδίων, της συγκέντρωσης στερεών, της έντασης ανάδευσης και της θερμοκρασίας λειτουργίας.
