Хлор{0}}алкални процес, који производи хлор и каустичну соду, укључује неке од најкорозивнијих течности у индустријској хемији-врући концентровани слани раствор, влажни хлорни гас и јак каустику. Измењивачи топлоте у овим постројењима морају да издрже низ агресивних услова.ПТФЕ измењивач топлоте хлор алкална индустријаапликације су постале од суштинског значаја за поуздано руковање овим струјама, пошто изузетна хемијска отпорност флуорополимера надмашује већину метала у овим услугама.
Корозивно окружење хлор{0}}алкалних постројења
Три примарна тока процеса доминирају производњом хлор{0}}алкалија (преко технологија дијафрагме, живе или мембранских ћелија):
Расол (раствор натријум хлорида): Засићене или скоро засићене, обично на 60-90 степени, често садрже нечистоће калцијума, магнезијума и сулфата. Врућа слана вода је веома корозивна за угљенични челик и многе нерђајуће челике због корозије удубљења и пукотина изазване хлоридом-.
каустична сода (натријум хидроксид): Концентрисан (32–50% НаОХ) на температурама у распону од 80 степени у ћелијском ефлуенту до 150 степени током испаравања. Врућа каустика изазива корозионо пуцање у аустенитним нерђајућим челицима и брзо напада алуминијум и цинк.
Влажни хлорни гас: Хлор засићен воденом паром је изузетно оксидирајући. Формира хлороводоничну и хлороводоничну киселину која уништава већину метала, укључујући нерђајући челик и титан, за кратко време.
Измењивачи топлоте такође морају да рукују анодном течношћу (осиромашеним сланим раствором), кондензатом хлора и разним рециклажним токовима. Конвенционални метални измењивачи топлоте брзо покваре у једном или више ових окружења, што флуорополимере чини атрактивном алтернативом.
Кључне примене ПТФЕ измењивача топлоте у хлор{0}}алкалним постројењима
ПТФЕ (политетрафлуороетилен) измењивачи топлоте се користе у неколико критичних услуга где отпорност на корозију има приоритет над топлотном ефикасношћу. Ниска топлотна проводљивост ПТФЕ (≈0,25 В/м·К) је компензована великим површинама (нпр. више- снопови цеви или дизајном намотаја) и елиминисањем застоја изазваног кваровима металног измењивача.
Предгрејачи слане воде
Сирови слани раствор се мора загрејати до радне температуре ћелије (обично 70-85 степени за мембранске ћелије) пре електролизе. ПТФЕ урањајући намотаји или измењивачи омотача-и-се постављају директно у резервоаре за слани раствор или у рециркулацијске петље. Сланица је често засићена хлором и може садржати хипохлорит из повратних токова ћелије. ПТФЕ је отпоран на све ове врсте без јамичасте или пукотине корозије.
У биљкама са мембранским ћелијама, чистоћа сланог раствора је критична да би се избегло тровање мембрана за јонску{0}}имену. ПТФЕ измењивачи не уносе јоне метала у раствор соли, чиме се чува живот мембране. Измењивачи метала (нпр. титанијум) и даље могу кородирати у присуству слободног хлора или испод наслага, док ПТФЕ остаје инертан.
Цаустиц Цоолерс
Ефлуент католита из хлор{0}}алкалних ћелија садржи 32–35% НаОХ на приближно 80–90 степени. Ово се мора охладити пре складиштења или даље концентрације. ПТФЕ измењивачи топлоте -и- се користе са расхладном водом на страни кућишта и каустиком која тече кроз ПТФЕ цеви. Флуорополимер је отпоран на каустику на овим температурама без ризика од каустичног кртљења или пуцања од корозије под напоном.
За нагризајуће на вишим температурама (изнад 110 степени, као што је у круговима испаривача), преферирани су ПФА (перфлуороалкокси) измењивачи или егзотични метали као што је никл 200 јер ПТФЕ почиње да омекшава мало изнад 120 степени, иако његова хемијска отпорност остаје нетакнута. Међутим, за типичан опсег од 80–90 степени, ПТФЕ је потпуно прикладан.
Расхладни уређаји на влажни хлор
Хлор који излази из ћелије је врућ (80-95 степени) и засићен воденом паром. Хлађењем кондензује велики део воде и смањује корозију низводно. Користи се измењивач ПТФЕ цеви-и-оклопа, са влажним гасом хлора који пролази кроз ПТФЕ цеви и расхладном водом око њих. ПТФЕ површина не реагује са влажним хлором или са хлороводоничном и хипохлороводоничном киселином која настаје при кондензацији.
Метални хладњаци за мокри хлор захтевају скупе легуре (нпр. тантал, Хастеллои Ц‑22) и још увек имају ограничен век трајања. ПТФЕ измењивачи, иако су већи за исту функцију, раде годинама без корозије. Користе се и као кондензатори хлора после торња за сушење, где је гас много сувљи, али и даље агресиван.
Грејач/хладњак за дехлорисање слане воде
Осиромашени раствор соли (анолит) који излази из ћелије садржи растворени хлор. Пре него што се слани раствор рециклира и поново{1}}засити, хлор се мора уклонити (дехлорисање) вакуумом или уклањањем ваздуха. Сланица се често загрева на 85–95 Ц да би се помогло дехлоринацији. ПТФЕ измењивачи се користе за рекуперацију топлоте из одлазећег дехлорисаног сланог раствора, претходно загревање улазног свежег раствора соли. Ова петља за размену топлоте управља течностима које су корозивне и могу садржати заостали хлор, што ПТФЕ чини практичним избором.
Неутрализација тока отпада
Кисели или алкални токови отпада из хлор{0}}алкалних постројења се неутралишу пре испуштања. ПТФЕ измењивачи топлоте се понекад користе за поврат топлоте из ових реакција неутрализације или за хлађење неутрализованог ефлуента. Широк распон пХ вредности (од високо киселих до високо базичних) не утиче на ПТФЕ.
Зашто је ПТФЕ пожељнији у односу на метале за ове услуге
| Процесна течност | Проблеми са размењивачем метала | ПТФЕ Предност |
|---|---|---|
| Врући засићени слани раствор (са Цл₂, ОЦл⁻) | Титанијум може кородирати у присуству слободног хлора; питтинг од нерђајућег челика; легуре никла скупе | ПТФЕ инертан према свим компонентама слане воде; нема испирања металних јона |
| Врућа каустична сода (32-50%, 80-90 степени) | Корозионо пуцање од нерђајућег челика; легуре никла скупе | ПТФЕ отпоран на каустику; нема механизам за пуцање |
| Влажни хлорни гас | Преживе само тантал или специјалне легуре; висока цена и време испоруке | ПТФЕ потпуно отпоран; нижи капитални трошкови (иако већа величина) |
| Мешане киселине/алкалије у отпадним токовима | Брза корозија услед промена пХ вредности | ПТФЕ на који пХ не утиче |
Материјал избора за многе услуге у хлор{0}}алкалним постројењима је ПТФЕ када радна температура не прелази око 110 степени. Изнад тога, разматрају се ПФА или металне алтернативе, али већина обавеза измене топлоте у третману слане воде, ћелијској кући и руковању хлором спада у температурни опсег ПТФЕ-а.
Разматрање дизајна за ПТФЕ измењиваче у хлор{0}}алкалној служби
Температурна ограничења
ПТФЕ има ограничење континуиране употребе од приближно 260 степени у апликацијама које не носе-оптерећење-, али за измењиваче топлоте где је полимер под унутрашњим притиском медија за грејање/хлађење, практична ограничења су нижа. За хлор{4}}алкалне апликације, ПТФЕ измењивачи су типично специфицирани за течности испод 110 степени. За каустичне испариваче који раде изнад 120 степени, користе се измењивачи са ПФА (тачка топљења 305 степени) или перфлуорисаним еластомером-.
Оцене притиска
ПТФЕ цеви нису структуралне. Подржани су лимовима цеви или омотани око оквира. Притисци са стране -бочне стране су ограничени на 3–5 бара (мерач) у зависности од дизајна. Притисци са стране цеви- за унутрашње медије (пара, вода, гликол) су такође умерени. За апликације високог{8}}притиска, метални измењивачи са ПТФЕ облогама се користе уместо чврстих ПТФЕ јединица.
Грејање на пару
Када се пара користи као медијум за грејање за слани раствор или каустичну, препоручује се пара ниског-притиска (обично 1–2 бара, што одговара 120–130 степени) како би се избегло прегревање ПТФЕ површине на интерфејсу цеви за пару{5}}. Ако су потребни виши притисци паре, користи се ПФА измењивач или измењивач топлоте-на-вода са ПТФЕ секундарним измењивачем.
Прљање и чишћење
Нелепљива површина од ПТФЕ-а-минимизира адхезију каменца од сланих соли или каустика. Ако дође до стварања каменца, измењивач се може очистити разблаженом хлороводоничном киселином (за карбонатне каменце) или механичким мешањем без оштећења цеви. Испирање паром или топлом водом је такође ефикасно. За разлику од металних измењивача, хемијско чишћење не кородира ПТФЕ површину.
Типичне примене ПТФЕ измењивача у хлор{0}}алкалној фабрици – табела резимеа
| Апликација | Процесна течност | Температурни опсег | Средњи за грејање/хлађење | Тип ПТФЕ измењивача |
|---|---|---|---|---|
| Предгрејач саламуре | Засићени раствор НаЦл, може садржати Цл₂ | 25 степени → 75–85 степени | Пара ниског{0}}притиска или топла вода | Урањајући калем или шкољка{0}}и-цев |
| Каустични хладњак | 32–50% НаОХ | 85 степени → 40 степени | Вода за хлађење | Оклоп{0}}и-цев (каустика у цевима) |
| Хладњак за мокри хлор | Цл₂ гас засићен са Х2О | 80 степени → 25–30 степени | Вода за хлађење | Оклоп{0}}и-цев (гас у цевима) |
| Грејач за дехлорисање сланог раствора | Осиромашени раствор соли са заосталим Цл₂ | 65 степени → 85 степени | Топла вода или пара | Имерзиони калем |
| Анолит хладњак | Анолит (осиромашени раствор соли + Цл₂) | 85 степени → 50 степени | Вода за хлађење | Оклоп{0}}и-цев |
| Хладњак за неутрализацију отпада | Кисели или алкални ефлуент | Променљиво → 30 степени | Вода за хлађење | Урањајући калем или шкољка{0}}и-цев |
Ограничења и алтернативе
Иако је ПТФЕ веома отпоран, он није универзално решење. За следеће услове препоручују се алтернативни материјали:
Каустика изнад 110 степени: ПФА или никл 200 (за 50% НаОХ на 150 степени). ПТФЕ омекшава и може да пузи под притиском.
High-pressure steam (>5 бара): Метални измењивачи са флуорополимерним облогама или ПФА цеви са металним носачем.
Рециклирајућа киселина у кули за сушење хлора (93–98% Х₂СО₄): Висока{0}}концентрација сумпорне киселине на умереним температурама је прихватљива за ПТФЕ, али многе фабрике користе нерђајући челик или челик обложен тефлоном{1}}.
Течни хлор (безводни): ПТФЕ је компатибилан, али се обично користи угљенични челик јер течни хлор није корозиван у одсуству воде.
Закључак
ПТФЕ размењивачи топлоте су радни коњ у индустрији хлор-алкалне индустрије за корозивне, умерене{1}}температуре услуге. Поуздано рукују врућим сланим раствором, влажним гасом хлора и каустичном содом на температурама до 110 степени, где метали трпе руптуре, пуцање или брзу општу корозију. Непријањајућа, хемијски инертна природа ПТФЕ-а такође минимизира прљање и поједностављује чишћење. Примене обухватају предгрејаче слане воде, каустичне хладњаке, хладњаче гаса хлора и грејаче за дехлорисање. Док ниска топлотна проводљивост ПТФЕ захтева веће површине преноса топлоте, смањење времена застоја у одржавању и замени више него компензује. Доказане перформансе материјала подржавају поуздану хемијску производњу, иПТФЕ измењивач топлоте хлор алкална индустријаапликације настављају да се шире јер оператери постројења траже дугорочна решења-без корозије{1}}.
