Продавница за завршну обраду метала заменила је неисправан ПТФЕ урањајући грејач са кварцном јединицом сличне снаге и димензија. Кварцни грејач је био јефтинији и нудио је бољи пренос топлоте. Трајало је једанаест дана у врућој алкалној кади за чишћење на 75 степени пре него што се цев угризла и елемент кратко спојио. Квар није био производни недостатак. Кварц и алкална хемија су суштински некомпатибилне.
Кварц{0}}таљени силицијум{1}} је одличан материјал за киселу употребу. Отпоран је на већину минералних киселина, нуди добру отпорност на топлотни удар и ефикасно преноси инфрацрвену енергију. Ова својства га чине уобичајеним избором за киселе купке, посебно у полупроводничким и лабораторијским апликацијама. Али кварц је силицијум диоксид, а силицијум се раствара у алкалним растворима. Брзина растварања се повећава са температуром, пХ и временом. У врућој алкалној купки за чишћење, кварц се троши.
Хемија растварања кварца
Кварц је силицијум диоксид (СиО₂). У присуству хидроксидних јона (ОХ⁻), силицијум се раствара и формира растворљиви силикат:
СиО₂ + 2ОХ⁻ → СиО₃²⁻ + Х2О
Реакција је спора на собној температури и неутралном пХ. На 75 степени и пХ 12 или више, наставља се стабилно. Кварцна цев са зидом од 2 мм може изгубити 0,1–0,3 мм месечно у врућој алкалној купки. Стањивање је у почетку једнолико, а затим се убрзава како зид слаби. До квара долази када цев више не може да издржи термичка и механичка напрезања апликације.
ПТФЕ урањајући грејачи не реагују са хидроксидним јонима. Полимер је инертан на натријум хидроксид, калијум хидроксид и друге алкалне врсте у свим индустријским концентрацијама и температурама. ПТФЕ грејач у истом алкалном купатилу трајао би годинама, а не данима.
| Батх Цхемистри | пХ | Температура | Стопа корозије кварца | Погодност ПТФЕ |
|---|---|---|---|---|
| каустична сода, 5% | 13–14 | 60 степени | 0,1–0,2 мм/месечно | Одлично |
| каустична сода, 5% | 13–14 | 80 степени | 0,2–0,4 мм/месечно | Одлично |
| Алкално средство за чишћење, пХ 11 | 11 | 70 степени | 0,02–0,05 мм/месечно | Одлично |
| Амонијум хидроксид, 5% | 10–11 | 50 степени | 0,01–0,03 мм/месечно | Одлично |
| натријум силикат, 3% | 11–12 | 75 степени | 0,05–0,15 мм/месечно | Одлично |
Стопе корозије кварца у алкалним купатилима у поређењу са погодношћу ПТФЕ
Зашто се кварц користи у киселој служби
Кварц се добро понаша у киселинама јер је силицијум стабилан у окружењима са ниским{0}}пХ пХ. Хлороводонична, сумпорна, азотна и фосфорна киселина не нападају кварц на типичним температурама грејача за урањање. Флуороводонична киселина је изузетак-она брзо раствара силицијум диоксид, због чега се кварцни грејачи не користе у ВФ сервисима.
Термичка својства кварца су такође повољна за киселину. Његова топлотна проводљивост је приближно 1,4 В/м·К- већа од ПТФЕ, али нижа од метала. Његов коефицијент топлотног ширења је веома низак, што му даје добру отпорност на топлотни удар. Ова својства омогућавају кварцним грејачима да раде на већим густинама у ватима од ПТФЕ-а у компатибилним хемијама.
| Материјал | Тхермал Цондуцтивити | Сигурна густина вати у киселини | Сигурна густина вати у алкалним | Релативни трошак |
|---|---|---|---|---|
| кварц | 1.4 W/m·K | 1,5–2,5 В/цм² | Није прикладно | Ниско–умерено |
| ПТФЕ | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 В/цм² | 1,2–1,5 В/цм² | Умерено |
| Титанијум | 22 W/m·K | 2–4 В/цм² | 2–3 В/цм² | Више |
| Нерђајући челик 316 | 16 W/m·K | 1–3 В/цм² | 2–4 В/цм² | Ниско |
Границе густине у ватима и поређење трошкова за материјале за урањање грејача у киселој и алкалној употреби
Практичне последице коришћења кварца у алкалним купатилима
Први знак неуспеха кварца у алкалним купатилима је обично промена у изгледу цеви. Површина постаје смрзнута или урезана како се силицијум диоксид раствара. Зид се тањи. Цев може постати крхка и подложнија механичким оштећењима.
Како се зид тањи, топлотни отпор се смањује и температура омотача благо опада. У почетку се може чинити да грејач ради боље. Али проређивање се наставља све док зид више не може да садржи елемент. Квар је често изненадна-пукотина или рупа која омогућава да алкални раствор дође у контакт са грејним елементом.
Неуспех може бити опасан. Алкални раствори су проводљиви. Када раствор дође до елемента под напоном, долази до кратког споја. Заштита од земљоспоја би требало да се активира, али ако не дође, грејач и резервоар могу да се оштете.
Када је кварц прави избор
Кварц је прави избор за киселе купке где његова већа густина у ватима и нижа цена дају предност. Обично се користи у:
Резервоари за испирање разблажене сумпорне киселине
Купке за кисељење азотне киселине без ХФ
Раствори за чишћење фосфорне киселине
Резервоари за испирање дејонизоване воде
Полупроводничке мокре клупе са киселом хемијом
У овим применама, кварц има добре перформансе и кошта мање од ПТФЕ. Ограничење је алкална хемија и купке које садрже ХФ-, где се кварц раствара или угризе.
Када је ПТФЕ бољи избор
ПТФЕ је бољи избор за алкалне купке, купке које садрже ХФ- и мешане хемије где пХ може да варира између киселог и алкалног. Такође је боље за купатила са високим садржајем растворених чврстих материја, где се на површини грејача формирају наслаге и захтевају периодично чишћење алкалним или киселим растворима.
Мања густина ПТФЕ-а значи да је потребна већа површина за исту снагу. У компактним резервоарима ово може бити ограничење. Али у резервоарима са адекватним простором, дужи радни век и шира хемијска компатибилност ПТФЕ-а надмашују недостатак величине.
Када ниједан материјал не одговара апликацији
Неке апликације представљају хемију са којом ни кварц ни ПТФЕ не рукују добро. Купатило у коме се смењују јака киселина и јака алкална-као што је линија за чишћење са киселим и каустичним фазама које деле заједнички грејач-захтева материјал који је отпоран на оба. ПТФЕ је једини уобичајени материјал за урањање грејача који ради.
Прилагођена конфигурација ПТФЕ потопног грејача са малом густином у ватима, великом површином и запечаћеним терминалним кућиштима се односи на апликације где кварц поквари и нерђајући челик кородира. Процес спецификације захтева хемију купатила, пХ опсег, радну температуру, димензије резервоара и потребну снагу. За објекте са алкалним или мешовитим-хемијским купатилима, овај приступ{3}}специфичан за апликацију пружа поуздану услугу тамо где стандардни материјали недостају.
