Хлорната среда
Хлоратните и хлор{0}}алкалните процеси генерират хлорен газ, хипохлориста киселина и хипохлоритни йони-мощни окислителни видове, които атакуват повечето полимери и метали. Топлообменниците в тези процеси са изложени на технологични потоци, съдържащи разтворен хлор при повишени температури, често с ниско pH от страничен продукт солна киселина.
ECTFE (етилен-хлоротрифлуоретилен съполимер) е частично флуориран полимер с повтаряща се единица -CH₂-CFCl-CF₂-. Използва се в химическата обработка заради отличната си химическа устойчивост и механични свойства. PTFE е напълно флуориран. И двата са предназначени за обслужване с хлор, но техните механизми за устойчивост и начини на повреда се различават значително.
Механизмът на хлорната атака
Мокрият хлор атакува полимерите чрез комбинация от окисление и хлориране. Молекулите на хлора (Cl₂) се разтварят във вода, за да образуват хипохлорна киселина (HOCl) и солна киселина (HCl). HOCl е мощен окислител. Той може да отделя водородни атоми от C-H връзки в полимерния скелет, създавайки радикали, които реагират допълнително с хлор или кислород.
ECTFE съдържа C-H връзки в етиленовите комономерни единици (-CH₂-CH₂-). Тези връзки са уязвими към извличане на водород от HOCl. Получените въглеродни радикали реагират с хлор, за да образуват C-Cl връзки, или с кислород, за да образуват карбонилни групи. Хлорирането и окисляването разграждат полимера, причинявайки крехкост и евентуална повреда.
PTFE не съдържа C-H връзки. Всеки въглерод е напълно заместен с флуор. Няма водородни атоми, които да се извличат от HOCl. C-F връзките са твърде силни (485 kJ/mol), за да могат хлорът или HOCl да се разрушат. PTFE е имунизиран срещу механизма на хлорна атака, който разгражда ECTFE.
| Параметър на устойчивост на хлор | ECTFE | PTFE |
|---|---|---|
| C-H връзки в полимера | Да (етиленови единици) | Няма |
| Атака от мокър Cl₂ / HOCl | Извличане на водород → хлориране и окисление | Никаква реакция |
| Максимална работна температура при мокър Cl₂ (градус) | ~120 (ограничено от скоростта на атака) | 260 (независим-химия) |
| Запазване на якостта на опън след 1 година в Cl₂ при 80 градуса (%) | 60-80 | > 95 |
| Начало на крехкост | 6-18 месеца (в зависимост от температурата) | Не възниква |
| Срок на експлоатация при хлоратен процес (години) | 2-5 | 10+ |
Температурният ефект
Скоростта на разграждане на ECTFE при работа с хлор се ускорява с температурата. При 50 градуса атаката е бавна и експлоатационният живот може да достигне 10 години. При 80 градуса скоростта е значително по-висока и експлоатационният живот обикновено е 2-5 години. При 100 градуса повреда може да възникне в рамките на 12-18 месеца.
Скоростта на разграждане на PTFE е нула при всички температури под 260 градуса. Срокът на експлоатация при работа с хлор не зависи от температурата в нормалния диапазон на процеса. Животът на топлообменника- е ограничен от механично пълзене, а не от химическа атака.
Ръководството за кандидатстване
За хлоратни и хлор-алкални процеси, работещи при температури под 60 градуса, ECTFE може да осигури достатъчен експлоатационен живот при по-ниска първоначална цена от PTFE. За процеси над 80 градуса или където дългият експлоатационен живот и минималната поддръжка са приоритети, PTFE е предпочитаният материал.
Изборът трябва да вземе предвид и последствията от неуспех. При хлоратен процес изтичането на топлообменник може да освободи хлорен газ в кондензната-система за пара, което създава сериозна опасност за безопасността. По-дългият и по-предвидим експлоатационен живот на PTFE намалява този риск.
Резюме
PTFE топлообменниците са по своята същност устойчиви на мокър хлорен газ и хипохлоритни видове, тъй като напълно флуорираният полимер няма C-H връзки, за да атакува хлора. ECTFE, със своите етиленови комономерни единици, претърпява прогресивно хлориране и крехкост, със срок на експлоатация от 2-5 години при 80 градуса. PTFE осигурява 10+ години експлоатационен живот с независима от температурата химическа устойчивост. За хлоратни процеси над 80 градуса, PTFE е препоръчителният материал.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник в процеси,-съдържащи хлор, е достъпна при подаване на данни за концентрацията на хлор, pH, температурата и текущия експлоатационен живот на оборудването.
