Kaip fluoropolimero keitikliai palaiko fosforo rūgšties koncentravimo įrenginius?

Fosfatinę uolieną apdorojant sieros rūgštimi, susidaro fosforo rūgštis. Susidariusi silpna rūgštis koncentruojama išgarinant į prekybinę arba maistinę rūgštį. Šiame koncentravimo procese naudojami šilumokaičiai turi būti atsparūs karštai, koncentruotai fosforo rūgščiai, turinčiai korozinių fluoro ir chlorido priemaišų.

Fosforo rūgšties koncentracijos procesas
Fosforo rūgštis paprastai gaunama apdorojant fosfatinę uolieną sieros rūgštimi, kad būtų gautas praskiestas rūgšties tirpalas, kuriame yra apie 28-32 % P2O5. Silpna rūgštis vėliau koncentruojama pašalinant vandenį, paprastai vakuume, kad sumažėtų virimo temperatūra. Rūgštis koncentruojama iki P2 O5 kiekio, priimtino komerciniam naudojimui, pavyzdžiui, trąšoms gaminti arba maistui naudoti.

Šilumokaičiai yra būtini koncentracijos procese. Jie naudojami iš anksto-įkaitinti gaunamą silpną rūgštį prieš patenkant į garinimo stadijas ir kondensuoti garų metu susidariusius garus. Šilumokaičiai regeneruoja proceso šilumą, taip padidindami energijos vartojimo efektyvumą ir sumažindami eksploatavimo išlaidas.

Fosforo rūgšties koncentracijos korozijos problema
Viena iš pagrindinių fosforo rūgšties koncentracijos problemų yra rūgšties korozinis pobūdis, ypač esant aukštai temperatūrai (80-100 laipsnių), kuri reikalinga koncentravimo procesui. Fosforo rūgštis jau yra agresyvi daugeliui medžiagų, tačiau dėl priemaišų, tokių kaip fluoras (iš fosfato uolienų) ir chloridas, rūgštis tampa daug šarmesnė. Tokios priemaišos skatina nerūdijančio plieno ir kai kurių lydinių, kurių sudėtyje yra daug nikelio, koroziją, kuri sukelia ankstyvą gedimą ir dažną šilumokaičių priežiūrą bei keitimą.

Politetrafluoretilenas (PTFE) ir perfluoralkoksi (PFA) pasižymi labai dideliu atsparumu fosforo rūgščiai ir jos korozinėms priemaišoms, todėl yra geras pasirinkimas šilumokaičiams. Cheminis inertiškumas reiškia, kad šilumokaičiai nesuges esant fluoro ir chlorido priemaišoms ir gali būti patikimai eksploatuojami ilgą laiką tokiomis sudėtingomis sąlygomis.

Fluoropolimero šilumokaičio konstrukcija
Shell{0}}ir-vamzdiniai šilumokaičiai yra plačiausiai naudojami fosforo rūgšties koncentravimo įrenginiuose. Šiuo atveju koncentruota fosforo rūgštis praleidžiama per fluoropolimero vamzdžius, o garai arba karštas vanduo paleidžiamas iš korpuso pusės, kad gautų reikiamą šilumą garavimui. Vamzdžiai yra pagaminti iš fluoropolimero medžiagos, kuri yra atspari korozinei fosforo rūgščiai ir fluoro bei chlorido priemaišoms, kad užtikrintų ilgaamžiškumą ir našumą.

PTFE šilumokaičiai plačiai naudojami esant temperatūrai iki 110 laipsnių, įskaitant įprastas koncentravimo proceso darbines temperatūras. Aukštesnės temperatūros reikmėms taip pat yra PFA šilumokaičių. PFA gali toleruoti šiek tiek aukštesnę temperatūrą (iki maždaug 260 C) ir prideda šiek tiek saugos buferio, kad būtų galima naudoti griežtesnius darbus.

Nustatyta, kad fluoropolimeriniai šilumokaičiai gali įveikti karštos, koncentruotos fosforo rūgšties keliamus iššūkius, o tai yra patikimas ir korozijai-atsparus šilumos perdavimo sprendimas fosforo rūgšties koncentravimo gamykloms.

Fosforo rūgšties koncentracijos šilumokaičių medžiagos parinkimas
Tinkamos medžiagos parinkimas šilumokaičiams fosforo rūgšties koncentracijos įrenginiuose yra labai svarbus siekiant užtikrinti patikimą veikimą ir sumažinti techninę priežiūrą. Daugelio medžiagų tinkamumas naudoti karštoje koncentruotoje fosforo rūgštyje su fluoro ir chlorido priemaišomis palyginamas šioje lentelėje:

Medžiaga Maks. Temp. Atsparumas korozijai fosforo rūgščiai Atsparumas fluoridui Atsparumas chloridui Atsparumas fosforo rūgščiai Koncentracija Tinkamumas PTFE 110 laipsnių Puikus Puikus Puikus Tinka vidutiniškai aukštos temperatūros situacijose, kuriose yra rūgščių ir priemaišų.
PFA ~260 laipsnių Puikus Puikus Puikus Geriausias aukštoje temperatūroje.
Grafitas ~200 laipsnių Geras Prastas Prastas Apribotas žemoje temperatūroje ir mažiau tinkamas dėl fluoro poveikio.
Hastelloy ~500 laipsnių Fair Fair FairBrangi. Prastas atsparumas fluoridui ir chloridui karštoje fosforo rūgštyje.
Kaip matyti, PTFE ir PFA yra pasirinktos medžiagos, nes jie puikiai atsparūs rūgštinei aplinkai ir korozinėms fluoro bei chlorido priemaišoms. Hastelloy ir grafitas yra šiek tiek atsparūs, bet ne tokie patikimi kaip fluoropolimerai.

Išvada
Fluoropolimeriniai šilumokaičiai (ypač PTFE ir PFA) yra svarbios technologijos, leidžiančios užtikrinti patikimą ir efektyvią fosforo rūgšties koncentraciją. Medžiagos yra atsparios koroziniam karštos fosforo rūgšties ir jos fluoro bei chlorido priemaišų poveikiui ir taip garantuoja ilgalaikį šilumokaičių veikimą{1}}. Specialios medžiagos (pvz., PTFE ir PFA) būtinos labai korozinėms aplinkoms (pvz., fosforo rūgšties koncentracijos gamykloje). Šios medžiagos yra labai atsparios cheminiam poveikiui ir yra naudojamos siekiant sumažinti koroziją, pailginti įrangos eksploatavimo laiką ir sumažinti priežiūros išlaidas. Tinkamos medžiagos pasirinkimas yra labai svarbus šių labai pageidaujamų operacijų tvarumui ir efektyvumui.