Предизвикателството при високо{0}}проникване на HCl при производството на силициев диоксид
Хидролизата на хексахлородисилан (HCDS) при 180 градуса и 30 бара произвежда силициев диоксид с висока-чистота. Процесът генерира концентрирани HCl пари, които проникват в PFA облицовките. Кристалността на полимера, измерена чрез диференциална сканираща калориметрия, определя устойчивостта на проникване. Количествен анализ от 5 усъвършенствани съоръжения за материали показва, че PFA с 60% кристалност показва HCl проникване от 0,12 mg/cm²·ден при 180 градуса, 30 бара, докато 50% кристалност PFA прониква при 0,35 mg/cm²·ден, намалявайки корозионния живот на сърцевината от 2 години на 9 месеца.
Кинетика на проникване на HCl при високо{0}}налягане
При 30 бара проникването на HCl следва закона на Фик с-зависима от налягането разтворимост. По-високата кристалност намалява свободния аморфен обем, ограничавайки дифузията. Тестване при 180 градуса, 30 бара HCl (100% газ), 4000 часа:
| PFA кристалност | Аморфно съдържание | Скорост на проникване на HCl (mg/cm²·ден) | Време до корозия на сърцевината (2,0 мм стена, часове) | Дълбочина на корозия на сърцевината при 4000h (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 45% | 55% | 0.45 | 2,500 | 0.25 |
| 50% (стандартно) | 50% | 0.35 | 3,200 | 0.18 |
| 55% (закален) | 45% | 0.22 | 5,000 | 0.10 |
| 58% | 42% | 0.16 | 7,000 | 0.07 |
| 60% (бавно-охлаждане) | 40% | 0.12 | 9,000 | 0.05 |
DSC измерване на кристалност
DSC измерва кристалността от топлината на топене (ΔH_f) в сравнение със 100% кристален PFA (ΔH_f степен=95 J/g). За услугата HCDS посочете:
| Диапазон на кристалност | Класификация на степента | Ефективност на проникване на HCl | Препоръчително приложение |
|---|---|---|---|
| <45% | Загасени | беден | Не е подходящо |
| 45-50% | Стандартен | Маргинален | Само краткосрочно- |
| 50-55% | Променен | Приемливо | Прекъснато обслужване |
| 55-58% | Закален | добре | Непрекъснато (2 години) |
| 58-62% | Бавно{0}}охлаждане | Отлично | Непрекъснато (3+ години) |
Ефекти от високо-налягане върху проникването
Налягането ускорява проникването чрез два механизма: увеличен градиент на концентрация и -индуцирано от налягането разширяване на свободния обем. Коефициент на проникване P(30 bar)/P(1 bar):
| Кристалност | Коефициент на пропускливост (30 bar/1 bar) | Доминиране на механизма |
|---|---|---|
| 45% | 4.5x | Безплатно разширяване на обема |
| 50% | 4.0x | Смесени |
| 55% | 3.2x | Концентрационен градиент |
| 60% | 2.8x | Само градиент на концентрация |
Избор на материал за сърцевина за HCl под високо{0}}налягане
Проникналият HCl бързо атакува повечето метали. За 0,12 mg/cm²·ден проникване (60% кристалност PFA, 2,0 mm стена):
| Основен метал | Скорост на корозия при 180 градуса (mm/година) | Експлоатационен живот (до 1 mm корозия) | Съвместимост |
|---|---|---|---|
| Hastelloy C-276 | 0.08 | 12,5 години | Отлично |
| Титан клас 2 | 0,25 (питинг) | 4 години | беден |
| Тантал | 0.002 | 500+ години | Превъзходно (прекалено) |
| Цирконий 702 | 0.01 | 100 години | Отлично |
Дебелина на стената и синергия на кристалност
За целта от 4000 часа обслужване, различни комбинации постигат живот:
| Кристалност | Необходима дебелина на стената (mm) | Проникване на HCl при целевия живот (mg/cm²·ден) | Корозия на сърцевината (мм/година при скорост 0,08 мм/година) |
|---|---|---|---|
| 50% | 3.0 | 0.15 | 0.012 |
| 55% | 2.5 | 0.12 | 0.010 |
| 58% | 2.2 | 0.12 | 0.010 |
| 60% | 2.0 | 0.12 | 0.010 |
| 62% | 1.8 | 0.12 | 0.010 |
Производство за висока кристалност
Постигането на 60% кристалност изисква бавно охлаждане от стопилката (1-2 градуса /мин) или продължително отгряване (180 градуса за 12 часа). Стандартното производство (10 градуса /мин охлаждане) дава 50-52% кристалност. За услугата HCDS посочете бавно охлаждан PFA с документирана скорост на охлаждане.
Спецификация Ръководство за HCDS хидролиза
За HCDS хидролиза при 180 градуса, 30 бара, посочете PFA с минимум 58% кристалност (DSC, бавно-охлаждане), дебелина на стената 2,2 mm и ядро от Hastelloy C-276. Изисква се сертификат от доставчика за проникване на HCl под 0,15 mg/cm²·ден при 180 градуса, 30 бара. За непрекъснато 24/7 производство на силициев диоксид (8000 часа/година), посочете 60% кристалност с 2,5 mm стени и мониторинг на дебелината на сърцевината. Премията за PFA с висока-кристалност (25-40% над стандарта) е оправдана от 3-4 пъти по-дълъг живот при обслужване с HCl под високо налягане, където непланираното спиране струва $10 000-50 000 на ден. За автоклави за научноизследователска и развойна дейност с групова работа може да се приеме 55% кристалност PFA с 3,0 mm стени.
