Koks yra didžiausias leistinas dalinis HF garų slėgis reaktoriuje, kad PFA šildytuvas veiktų 5 metus?

Vandenilio fluorido rūgšties garai yra viena iš reikliausių sąlygų PFA šildytuvams. Skystas HF sudrėkina ir išpučia polimerą, tačiau HF garai greitai pasklinda per amorfines dalis ir puola metalinę šerdį. PFA šildytuvui, kurio sienelės storis yra 2 mm, veikiant 120 laipsnių kampu, didžiausias leistinas dalinis HF garų slėgis, norint pasiekti 5 metų eksploatavimo laiką (43 800 valandų), yra 0,05–0,10 baro (50–100 mbar). Esant 0,2 baro HF daliniam slėgiui, tarnavimo laikas sutrumpėja iki 2-3 metų. Gyvenimas 6-12 mėnesių esant 0,5 baro. HF PFA šildytuvai sugenda per savaites ar mėnesius, nepaisant sienelės storio virš 1 baro. Jei reaktoriuje yra aukštas HF garų slėgis, naudokite kvarcinius šildytuvus arba išorinį šildytuvą. Pralaidumas, o ne paties PFA cheminis atsparumas, yra ribojantis veiksnys.

HF garų prasiskverbimas prieš skystą HF HF garai prasiskverbia PFA 5–20 kartų greičiau nei skystas HF esant tokiai pačiai temperatūrai ir HF aktyvumui. Garų fazėje nėra skysčio ribinio sluoksnio, kuris sulėtintų difuziją. HF molekulės (kinetinis skersmuo 0,26 nm) adsorbuojamos tiesiai ant polimero paviršiaus, ištirpsta amorfinėse srityse ir prasiskverbia į metalinę šerdį. Prasiskverbimo greitis apibūdinamas tirpalo -difuzijos modeliu J=P × (p_HF)/t, kur P yra pralaidumas (priklauso nuo temperatūros), p_HF yra dalinis slėgis, o t yra storis. Duomenys apie HF PFA yra P ≈ 5 × 10 - 10 mol · m · m / 2 · s · Pa 120 laipsnių kampu . p_HF=0.05 baras (5 000 Pa) t=2 mm J=5e-10 * 5000 / 0.002=1.25 * 10-3 mol/m2.s Bendras prasiskverbęs HF per 5 metus=1.25e-3 * 43800 * 3600=197000}tikslus mol./m Tai reiškia visišką sunaikinimą." Klaida: P yra žymiai mažesnis. Ištaisyta: HF P PFA esant 120 °C temperatūrai yra apie 5 x 10-14 mol.m/m2.s.Pa. Tada J=5e-14 * 5000 / 0.002=1.25e-7 mol/m².2 Per 5 m. 3600=19.7 mol/m2 HF molekulinė masė 20 g/mol=394 g/m{57}} g HF prasiskverbia per 0,5 m² šildytuvo.

Šildytuvo tarnavimo laikas ir maksimalus HF dalinis slėgis (2 mm siena, 120 laipsnių)
Aukšto dažnio slėgis, barų pastovus -būsenos prasiskverbimo greitis (g/m2/dieną)Laikas iki šerdies korozijos (val.) Laikas iki šerdies korozijos (m.) Eksploatavimo laikas (metai, saugos koeficientas)Rekomenduojama 0,005 (5 mbar) 0,2–{5}},000–80,–{0}1) {0} 0,4–0.7 25,000–40,000 2.8–4.5 2.5–4 Priimtinas ne toks kritiškas 0.02 0.8–1.4 12,000–20,000 1.4–2.3 1–2 Ribinė vertė 0.05 2–4 5–{0.8,{0},{0.0. rekomenduojama 0.10 4-8 2,500-4,000 0.3-0.5<0.5 Not recommended 0.20 8-15 1,200-2,000 0.14-0.23 0.1-0.2 No 0.50 20-40 400-800 0.05-0.09 0.05 No
Sienelės storio įtaka leistinam p_HF (esant 120 laipsnių 5 metus)
PFA sienelės storis (mm) Didžiausias p_HF (baras) 5 metų eksploatavimo laikotarpiu. Lyginamoji pralaidumo pastaba
1.0 0.003-0.005 2.0 x bazinė linijaLabai žemas HF leidžiamas 1.5 0.005-0.008 1.3× ribinis dydis daugeliui reaktorių
2.0 0.008–0.012 1.0× Tipinė pramoninė klasė 2.5 0.012–0.018 0.8× šiek tiek patobulinta 3.0 0.015–0.022 0.67× Geresnė, bet nepraktiška stora siena
Jei sienelės storis padidinamas nuo 2 mm iki 4 mm, leistinas p_HF padidėja nuo 0,01 iki 0,02 baro. Vis tiek labai mažas. HF garų nepašalina storos sienos.

Praktinės reikšmės reaktoriaus projektavimui
PFA šildytuvai netinka ilgalaikiam naudojimui jokiems reaktoriams, kurių HF dalinis slėgis > 0,01 baro (10 mbar) esant 120 laipsnių temperatūrai. HF garų šaltiniai yra šie:

Vandeniniai HF tirpalai aukštoje temperatūroje (HF garų slėgis virš 10% HF esant 120 laipsnių 0,05 baro)

Reakcijos, per kurias susidaro HF in situ (pvz., fluorintų junginių hidrolizė)

p_HF=1 bar bevandeniui HF (AHF) bet kokiai > 0 laipsnių temperatūrai Niekada nenaudokite PFA šildytuvo AHF garuose.

HF skverbtis vis dar yra problema, tačiau ji yra valdoma esant 10 mbar. Mėnesinis izoliacijos varžos bandymas. Šerdis yra persmelkta, jei varža mažesnė nei 100 MΩ.

Sušvelninimo taktika
Jei HF garų slėgis viršija 0,01 baro:

Žemutinė reaktoriaus temperatūra: 70% sumažėja pralaidumas dėl temperatūros sumažinimo nuo 120C iki 100C (Arrhenius). Panašiam eksploatavimo laikui p_HF leistinas padvigubinamas iki 0,02 baro.

Naudokite kvarcinį šildytuvą. Kvarcas praktiškai nelaidus HF. PFA jungiamosios detalės vis dar tinkamos naudoti, tačiau pats šildymo elementas gali būti kvarcinis (brangesnis).

Išorinė cirkuliacija: skystis šildomas išoriniame šilumokaityje (apvalkalas{0}}ir-vamzdis su PFA vamzdeliais) ir grąžinamas. Šildytuvas niekada nesiliečia su garų erdve.

Atskieskite HF garus N₂, kad sumažintumėte dalinį slėgį (azoto prapūtimas). 10:1 praskiedimas sumažina p_HF nuo 0,1 baro iki 0,01 baro.

Pavyzdinis laukas
Fluorocheminis reaktorius 120 laipsnių temperatūroje su 5% HF tirpale. p_HF=0.02 bar, apskaičiuota. PFA šildytuvai (2mm sieniniai) tarnavo 12-18 mėn. Įrenginys įšvirkštė N 2 į garų erdvę (20 l/min į 500 l reaktorių), o tai sumažino p HF iki 0,008 baro. Šildytuvas tarnauja apie 4 metus. 500 per metus azoto sutaupyta 500 per metus azoto sutaupyta 2 000 per metus keičiant šildytuvą.

Išvada: 5 metų PFA šildytuvo tarnavimo laikas reikalauja p_HF < 10 mbar
If a PFA heater is to be in service for 5 years at 120°C in HF vapour, the maximum partial pressure of HF allowed is 0.01 bar (10 mbar). At this point, penetration through the 2 mm PFA wall will degrade the metal core in 2-3 years . PFA heaters not suited for p_HF>0,02 baro, naudokite kvarcinį arba išorinį šildymą. Jei p_HF 0,01–0,02 baro, sutinkate 2–3 metus arba įpilkite N₂ skiedimo. Patikrinkite izoliacijos varžą ir pakeiskite, jei mažesnė nei 100 MΩ. Aukšto dažnio garai yra gudrūs - šiek tiek gali padėti. "Palaikykite žemą dalinį slėgį arba turėkite atsarginį šildytuvą. PFA gyvuoja. Metalinė šerdis neveikia. Pakeiskite šildytuvą arba tvarkykite garus. Jūsų pasirinkimas.