Хемија која напада титанијум
Титанијум је отпоран на натријум хипохлорит кроз формирање пасивног оксидног филма који је стабилан у неутралним и алкалним растворима. Филм је разлог зашто се титанијум добро понаша у избељивању при умереној температури и концентрацији. Филм се распада када температура порасте изнад 70 степени, када концентрација порасте изнад 15%, или када пХ падне испод 9.
Стопа корозије титанијума у хипохлоритној употреби на 60 степени и 12% хипохлорита је типично мања од 0,05 мм годишње. На 80 степени и 15% хипохлорита, стопа се повећава на 0,3-0,8 мм годишње. На 90 степени и 15% хипохлорита, стопа може премашити 1,5 мм годишње.
Корозија обично почиње на ивицама плоче где је брзина протока ниска, а температура висока, и на монтажним рупама где геометрија пукотина концентрише корозивне врсте. Корозија се манифестује као рупица која продире у зид плоче и изазива цурење.
Хемија која напада ПТФЕ
ПТФЕ је отпоран на натријум хипохлорит при свим концентрацијама и температурама унутар свог радног опсега. Хипохлорит или каустична сода која стабилизује избељивач не нападају везе угљеника{1}}флуора. Материјал не кородира, а радни век је одређен механичким факторима, а не хемијским нападом.
Једини механизам деградације ПТФЕ-а у употреби хипохлорита је дифузија хипохлорита и каустике у аморфне делове полимера. Дифузија је спора, а утицај на механичка својства је скроман. Век трајања ПТФЕ грејне плоче у хипохлоритној употреби је типично 12-18 година.
Тхермал Цондуцтивити Гап
Топлотна проводљивост титанијума је приближно 22 В/м·К, у поређењу са 0,25 В/м·К за ПТФЕ. Однос је приближно 88:1.
За грејну плочу која испоручује 40 кВ у 12% хипохлориту на 60 степени, јединица од титанијума захтева приближно 1,5 м² површине, на основу густине у ватима од 2,5 В/цм². ПТФЕ јединица за исту функцију захтева приближно 8,0 м² површине, на основу густине вати од 0,5 В/цм².
ПТФЕ јединица је 5 пута већа од титанијумске јединице. Већа величина повећава капиталне трошкове, површину и запремину течности. Мања густина у ватима смањује температуру површине плоче, што је корисно за процес, али већа површина такође обезбеђује више површине за наслаге и захтева више времена за чишћење.
Проблем разградње на повишеној температури
Натријум хипохлорит се разлаже брзином која расте са температуром. На 60 степени, стопа разлагања је приближно 2% дневно. На 70 степени, стопа је приближно 5% дневно. На 80 степени, стопа је приближно 10% дневно. Разлагањем се стварају гасовити хлор и хлороводонична киселина, који су корозивни за оба материјала.
Брзина разлагања ограничава практичну радну температуру и за титан и за ПТФЕ. На температурама изнад 70 степени, брзина разлагања је довољно висока да се концентрација хипохлорита мора континуирано допуњавати, а гасовити хлор мора бити одзрачен. Одабир материјала мора узети у обзир гасни хлор и продукте распадања.
Титан је посебно осетљив на хлороводоничну киселину која настаје разлагањем. Киселина снижава пХ и убрзава корозију титанијума. ПТФЕ је отпоран на хлороводоничну киселину и гас хлор, тако да разлагање не утиче на век трајања ПТФЕ.
Поређење два материјала у служби за избељивање хипохлорита
Следећа табела сумира карактеристике перформанси и цене ПТФЕ и титанијумских грејних плоча у сервису за избељивање хипохлорита на 60 степени са 12% натријум хипохлорита.
| Карактеристично | Титанијумска грејна плоча | ПТФЕ грејна плоча | Предност |
|---|---|---|---|
| Топлотна проводљивост | 22 W/m·K | 0.25 W/m·K | Титанијум |
| Укупан коефицијент преноса топлоте | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | Титанијум |
| Потребна површина за 40 кВ | 1.5 m² | 8.0 m² | Титанијум |
| Хемијска отпорност на 12% хипохлорита на 60 степени | Одлично | Одлично | Једнако |
| Хемијска отпорност на 15% хипохлорита на 80 степени | Јадно | Одлично | ПТФЕ |
| Хемијска отпорност на гасни хлор | Умерено | Одлично | ПТФЕ |
| Максимална радна температура | 70 степени (практично) | 260 степени | ПТФЕ |
| Механичка чврстоћа | Високо | Умерено | Титанијум |
| Отпорност на топлотни удар | Умерено | Високо | ПТФЕ |
| Поправљивост | Ограничено | Добро | ПТФЕ |
| Век трајања у хипохлоритној служби | 5–8 година | 12–18 година | ПТФЕ |
| Капитални трошкови за рад од 40 кВ | $32,000 | $34,000 | Титанијум |
| Трошкови инсталације | $4,000 | $3,500 | ПТФЕ |
| Годишњи трошкови одржавања | $4,000 | $1,500 | ПТФЕ |
| Укупни трошкови за пет- година | $76,000 | $55,500 | ПТФЕ |
Вредности укупних пет{0}}годишњих трошкова претпостављају производну вредност од 600 УСД по сату и укључују капиталне трошкове, трошкове инсталације и трошкове одржавања током пет година.
Када је титанијум бољи избор
Титанијум је бољи избор у неколико специфичних примена.
Ниска{0}}услуга.На температурама испод 50 степени, титан је без потешкоћа отпоран на хипохлорит, а већа топлотна проводљивост смањује потребну површину и капиталне трошкове.
Ниска{0}}услуга концентрације.При концентрацијама испод 10% титанијум је отпоран на хипохлорит на температурама до 60 степени, а већа топлотна проводљивост смањује потребну површину.
Инсталације{0}}ограничене у простору.Када је расположиви простор озбиљно ограничен, мања јединица од титанијума може бити једина изводљива опција. ПТФЕ јединица би захтевала 5 пута већу површину, што можда неће стати у расположиви простор.
Услуга високог{0}}притиска.Титанијум има већу механичку чврстоћу од ПТФЕ и може издржати веће притиске. За употребу хипохлорита при притисцима изнад 10 бара, титан може бити једина одржива опција.
Када је ПТФЕ бољи избор
ПТФЕ је бољи избор у неколико специфичних примена.
Висока{0}}услуга.На температурама изнад 60 степени, ПТФЕ је отпорнији на продукте распадања боље од титанијума, а век трајања је дужи.
Услуга високе{0}}концентрације.У концентрацијама изнад 12%, ПТФЕ је отпорнији на хипохлорит и каустику боље од титанијума.
Излагање гасу хлора.Ако разлагање генерише гас хлор, ПТФЕ је отпорнији на гас боље од титанијума.
Термални бициклистички сервис.ПТФЕ има већу отпорност на термички удар од титанијума, што га чини погодним за рад са честим променама температуре.
Захтев за дуг радни век.Када се очекује да грејна плоча има век трајања од 10 година или више, ПТФЕ је бољи избор јер је отпоран на хемијски напад током дужег периода.
Дизајнерске карактеристике које продужавају век трајања
Неколико карактеристика дизајна продужава век трајања и ПТФЕ и титанијумских грејних плоча у сервису за избељивање хипохлоритом.
Нижа радна температура.Смањење радне температуре са 70 степени на 50 степени смањује брзину разлагања и хемијски напад на материјал грејне плоче.
Нижа концентрација.Смањење концентрације хипохлорита са 15% на 10% смањује хемијски напад и брзину разлагања.
пХ контрола.Одржавање пХ вредности изнад 10 смањује корозију титанијума и разлагање хипохлорита.
Контрола брзине протока.Одржавање умерене брзине протока смањује дебљину граничног слоја и концентрацију производа распадања на површини плоче.
На{0}}одредбе за чишћење.Прикључци за довод и поврат раствора за чишћење омогућавају чишћење грејне плоче без демонтаже, што смањује време застоја и губитке у производњи.
Параметри спецификације за услугу избељивања хипохлорита
Инжењери опреме који процењују ПТФЕ и титанијумске грејне плоче за услугу избељивања хипохлоритом треба да потврде следеће параметре са добављачем.
Концентрација хипохлорита.Наведите максималну концентрацију и очекивани опсег.
Радна температура.Одредите максималну радну температуру и очекивани температурни профил.
пХ.Наведите пХ опсег и метод контроле.
Радни притисак.Одредите максимални радни притисак.
Топлотно оптерећење и површина.Одредите топлотно оптерећење и потребну површину за сваку опцију материјала.
Брзина разлагања.Наведите очекивану брзину разлагања и брзину стварања гаса хлора.
Просторна ограничења.Наведите расположиви простор и максималан дозвољени отисак.
Захтев радног века.Наведите очекивани радни век и распоред замене.
Усклађивање избора материјала са условима рада хипохлорита
Избор између ПТФЕ и титанијумских грејних плоча у сервису за избељивање хипохлоритом зависи од температуре, концентрације, пХ и захтева за животним веком. Титанијум има већу топлотну проводљивост и захтева мању површину, али је подложан корозији на повишеној температури и високој концентрацији. ПТФЕ има нижу топлотну проводљивост и захтева већу површину, али је отпоран на хипохлорит при свим концентрацијама и температурама.
Одлука о избору треба да се заснива на{0}}специфичној анализи објекта која укључује капиталне трошкове, трошкове одржавања и изложеност губитку у производњи. Једноставан модел табеле са овим компонентама трошкова пружа информације потребне за доношење одлуке.
За објекте за сервисирање хипохлоритног избељивача који процењују опције грејних плоча, избор материјала треба да се заснива на укупним трошковима власништва током очекиваног века трајања, а не само на капиталним трошковима или термичким перформансама. Јединица од титанијума са нижим капиталним трошковима може имати већи животни век ако захтева честу замену.
Инжењери опреме и стручњаци за набавку који процењују спецификације ПТФЕ грејне плоче за хипохлоритно избељивач или друге услуге оксидације могу да захтевају преглед дизајна који покрива концентрацију хипохлорита, радну температуру, пХ, радни притисак и захтеве радног века како би потврдили да је избор материјала усклађен са стварним условима рада и структуром трошкова објекта.
