Kodėl kvarcinis stiklas negali sudaryti apsauginės plėvelės, kuri būtų atspari šarminei skysčio erozijai?

# Kodėl kvarcinis stiklas negali sukurti apsauginės plėvelės, kuri atlaikytų šarminių skysčių eroziją? Dėl stabilios kvarcinių šildymo vamzdžių silicio dioksido kristalinės struktūros, kuri atspari rūgšties ir fluoro erozijai, jie yra populiarus pasirinkimas fermentacijos procesams, kuriuose yra daug chlorido ir vandenilio fluorido rūgšties. Tačiau kvarcinis stiklas nesugeba sudaryti jokio savaiminio apsauginio sluoksnio, kai liečiasi su šarminiu plovikliu, priešingai nei metaliniai šildymo vamzdžiai, pvz., 316 nerūdijantis plienas ir 2 klasės titanas, kurie gamina regeneruojamas antikorozines pasyvines plėveles. Kai šarminis skystis susiliečia su vamzdelio sienele, jis sukelia nuolatinį ėsdinimo pažeidimą, dėl kurio kyla paslėptas mikrobinio užteršimo ir vėlesnio vamzdelio plyšimo pavojus. Šioje lentelėje nagrinėjami keturių antikorozinių šildymo vamzdžių medžiagų apsauginių mechanizmų skirtumai.|Šildymo vamzdžio medžiaga|Apsauginės plėvelės tipas|Plėvelės regeneravimo būklė|Reakcija su šarminiu skysčiu|Žalos grąžinamumas|| ----|----|----|----|----|| 316 nerūdijantis plienas|Chromo turtinga oksido pasyvioji plėvelė|Atsigauna marinavimo pasyvavimo būdu|Laikinas plėvelės ištirpimas žemesnėje nei 60 laipsnių šarminėje temperatūroje|Remontuojamas pakartotinio pasyvavimo būdu|| 2 laipsnio titanas|Pasyvioji titano dioksido plėvelė|Savarankiškas remontas su ištirpusiu deguonimi|Nedidelis plėvelės plonėjimas esant silpnam šarmui|Atkuriama naudojant deguonies turtingą cirkuliaciją|| Kvarcinis stiklas|Nėra antrinės apsauginės plėvelės, pats kristalas tarnauja kaip barjeras|Nėra regeneravimo mechanizmo|Cheminis SiO₂ kristalo skilimas|Negrįžtamas nuolatinis ofortas|| PFA padengtas šildytuvas|Fluoropolimero dangos barjeras|Nėra savaiminio taisymo funkcijos|Lėtos molekulinės grandinės dangos lūžis|Po pažeidimo reikalingas dalinis pakeitimas|Pagrindinė didelio grynumo pramoninio kvarcinio stiklo cheminė sudėtis yra silicio dioksidas, kurio grynumas viršija 99,99%, o jo vidinė struktūra yra stabilus trimatis tinklas, sudarytas iš kovalentinių silicio ir deguonies jungčių. Šio visapusiško kristalų tinklo cheminis inertiškumas yra jo atsparumo rūgštims šaltinis. Jokia cheminė poslinkio reakcija nevyksta, kai kristalo paviršius yra veikiamas rūgštinės arba fluoro terpės, o kristalo paviršius natūraliai lieka nepažeistas. Vadinasi, nereikia gaminti papildomos apsauginės plėvelės izoliacijai. Didelis kiekis hidroksido jonų yra šarminiuose tirpaluose, kuriuos vaizduoja natrio hidroksidas. Stabilus silicio ir deguonies kovalentinis ryšys ant kvarco paviršiaus bus nutrauktas hidroksido jonų CIP cirkuliacijos šildymo temperatūroje, todėl susidaro tirpus natrio silikatas. Kvarco kristalinį kūną tiesiogiai sunaudoja cirkuliuojantis skystis, kuris nuolat nuplauna tirpų produktą, o ne tik pažeidžia ploną paviršiaus plėvelę. Pažeisto apšalusio sluoksnio negalima atkurti valant, neutralizuojant ar prižiūrint, nes kvarcas nesugeba susintetinti naujo silicio dioksido, kad užpildytų išgraviruotas duobes. Pirminė metalo matrica, esanti po plėvele, lieka nepakitusi, o metaliniai šildymo vamzdžiai priklauso nuo plonų paviršiaus plėvelių. Pagrindinė medžiaga tam tikromis aplinkybėmis gali pagaminti naują plėvelę, net jei plėvelė iš dalies pažeista. Tačiau kvarce nėra skirtumo tarp „matricos“ ir „apsauginio sluoksnio“. Pagrindinė šildymo vamzdžio laikančioji konstrukcija yra matomas lygus paviršius. Vamzdžio sienelė suplonės netolygiai, kristale susidarys nematomi mikro įtrūkimai, o galiausiai staigus plyšimas įvyks esant šaltam ir karštam kintamajam įtempimui gamybos metu – visa tai dėl nuolatinės šarminės erozijos. Fermentacijos laboratorijose, kuriose įrengti kvarciniai šildymo vamzdžiai, šarminiuose vamzdynuose turi būti įrengti mechaniniai kietieji blokatoriai, kad būtų visiškai atskirtos rūgšties ir šarmo cirkuliacijos kilpos. Kas dvi savaites tikrinant šviesos pralaidumą, operatoriai turi sutelkti dėmesį į vamzdžių sienelių šerkšno ir matinių sričių, atsirandančių dėl atsitiktinio šarmo nuotėkio, apžiūrą. Vamzdžių ryšulėlis turi būti nedelsiant išmestas, kai apšalęs plotas viršija 30% viso paviršiaus, nes konstrukcijos stiprumas nukrito iki nesaugaus lygio. Apibendrinant galima pasakyti, kad dėl išskirtinės kvarco kristalinės struktūros jis negali sukurti regeneruojamos apsauginės plėvelės, galinčios atlaikyti šarminę eroziją. Vienintelis patikimas būdas užtikrinti saugų kvarcinių šildymo vamzdžių veikimą ir ilgesnį tarnavimo laiką yra visiškas šarminio ploviklio izoliavimas.