ปัญหาการเปรอะเปื้อนของพอลิเมอไรเซชันในหม้อต้ม VCM
หม้อต้มโมโนเมอร์ไวนิลคลอไรด์ทำงานที่ 60 องศาถึง 90 องศาโดยสัมผัสกับโมโนเมอร์ที่เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องซึ่งเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชันจากกระแสไซด์สตรีม-อิสระบนพื้นผิวที่ให้ความร้อน คราบโพลีเมอร์ลดการถ่ายเทความร้อน เพิ่มแรงดันตกคร่อม และสร้างอันตรายด้านความปลอดภัยจากคายความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ พลังงานพื้นผิวของวัสดุทำความร้อนจะกำหนดระยะเวลาที่พื้นผิวยังคงสะอาดก่อนที่นิวเคลียสของโพลีเมอร์จะเกาะติดและเติบโตโดยตรง ข้อมูลเปรียบเทียบจากหน่วยการผลิต 18 VCM แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวเคลือบ PFA- ด้วยพลังงานพื้นผิว 18 ไดน์/ซม. จะช่วยยืดเวลาการเหนี่ยวนำสำหรับการยึดเกาะของคราบสะสมได้ 6 ถึง 10 เท่า เมื่อเทียบกับพื้นผิวสเตนเลสสตีลหรือเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่เคลือบผิว
พลังงานพื้นผิวและอุณหพลศาสตร์ของนิวเคลียสของโพลีเมอร์
การยึดเกาะของนิวเคลียสโพลีเมอร์ไวนิลคลอไรด์กับพื้นผิวเป็นไปตามสมการ Young-Dupré โดยที่การยึดเกาะจะลดลงเมื่อมีพลังงานพื้นผิวที่เป็นของแข็งลดลง เหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่เคลือบมีพลังงานพื้นผิว 45 ถึง 55 ไดน์/ซม. สแตนเลสวัดได้ 35 ถึง 45 ไดน์/ซม. ขึ้นอยู่กับพื้นผิว PFA ซึ่งมีแรงตึงผิววิกฤตที่ 18 ไดน์/ซม. แสดงถึงหนึ่งในพื้นผิวของแข็งที่มีพลังงานต่ำที่สุด-ที่มีอยู่ การทดสอบการเปรอะเปื้อนในห้องปฏิบัติการโดยใช้ VCM ที่ 75 องศา แสดงให้เห็นว่านิวเคลียสของโพลีเมอร์เกาะติดกับสเตนเลสสตีลที่ไม่เคลือบภายใน 30 นาทีหลังการสัมผัส โดยจะเกิดการสะสมตัวที่มองเห็นได้ที่ 2 ชั่วโมง บนพื้นผิว PFA การทดสอบเดียวกันนี้แสดงให้เห็นว่าไม่สามารถวัดการยึดเกาะได้ที่ 6 ชั่วโมง โดยนิวเคลียสที่ตรวจพบครั้งแรกจะปรากฏขึ้นที่ 8 ถึง 10 ชั่วโมง เวลาเหนี่ยวนำที่ขยายออกไปช่วยให้หม้อต้มซ้ำใช้เวลานานขึ้นระหว่างรอบการทำความสะอาด
อัตราการเติบโตของเงินฝากหลังจากการเหนี่ยวนำ
เมื่อช่วงการเหนี่ยวนำสิ้นสุดลงและนิวเคลียสของพอลิเมอร์เริ่มต้นเกาะติดกัน อัตราการเติบโตที่ตามมาจะขึ้นอยู่กับพลังงานพื้นผิวเช่นกัน บนเหล็กกล้าคาร์บอนที่ไม่เคลือบผิว ความหนาของชั้นสะสมจะเพิ่มขึ้นที่ 0.8 มม. ต่อวัน ภายใต้สภาวะหม้อต้มซ้ำ VCM ทั่วไป สำหรับเหล็กสเตนเลส โดยทั่วไปจะมีอัตราการเติบโต 0.4 ถึง 0.6 มม. ต่อวัน บนพื้นผิว PFA อัตราการเจริญเติบโตหลังการเหนี่ยวนำ-คือ 0.08 ถึง 0.12 มม. ต่อวัน ซึ่งลดลงห้าเท่าเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม พลังงานพื้นผิวที่ต่ำจะป้องกันการแพร่กระจายของสารตั้งต้นของโพลีเมอร์บนพื้นผิว ซึ่งจำกัดการเติบโตให้อยู่เฉพาะเกาะที่แยกออกไปซึ่งยังคงมีขนาดเล็กและถูกกำจัดออกได้ง่ายโดยแรงเฉือนของกระแสกระบวนการปกติ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของพื้นผิว PFA หลังจากการสัมผัสกับ VCM เป็นเวลา 14 วัน แสดงให้เห็นการกระจายตัวของก้อนโพลีเมอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 ถึง 100 ไมครอน
เสถียรภาพพลังงานพื้นผิวภายใต้บริการ VCM
พลังงานพื้นผิว 18 ไดน์/ซม. ของ PFA ไม่เสถียรอย่างถาวรในบริการ VCM เนื่องจากการดูดซับโมโนเมอร์เข้าไปในชั้นพื้นผิวที่อยู่ใกล้-สามารถปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของพื้นผิวได้ การวัดมุมสัมผัสบนตัวอย่าง PFA ที่แช่อยู่ใน VCM ที่ 80 องศาเป็นเวลา 30 วัน แสดงพลังงานพื้นผิวเพิ่มขึ้นจาก 18 เป็น 23 ไดน์/ซม. การเพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นจากการปรับพื้นผิวของกลุ่มปลายขั้วมากกว่าการย่อยสลายทางเคมี แม้จะเพิ่มขึ้นนี้ แต่พื้นผิวยังคงมีพลังงานต่ำกว่าโลหะที่ไม่เคลือบผิวอย่างมาก และประโยชน์ในทางปฏิบัติในการลดคราบสกปรกยังคงมีอยู่ หลังจากแช่ไว้ 60 วัน PFA ยังคงแสดงการยึดเกาะของคราบสะสมที่ลดลง 60% ถึง 70% เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าไร้สนิม
ประสิทธิภาพการเปรอะเปื้อนเปรียบเทียบตามประเภทพื้นผิว
| วัสดุพื้นผิวหม้อต้มซ้ำ | พลังงานพื้นผิว (ดายน์/ซม.) | เวลาเหนี่ยวนำให้เกิดการยึดเกาะของคราบ (ชั่วโมงที่ 75 องศา) | หลัง-อัตราการเติบโตของการเหนี่ยวนำ (มม./วัน) |
|---|---|---|---|
| เคลือบพีเอฟเอ | 18 ถึง 23 | 8 ถึง 10 | 0.08 ถึง 0.12 |
| สแตนเลสขัดเงาด้วยไฟฟ้า (Ra 0.4µm) | 35 ถึง 40 | 1.5 ถึง 2.0 | 0.35 ถึง 0.50 |
| สแตนเลสมาตรฐาน (Ra 0.8µm) | 38 ถึง 42 | 1.0 ถึง 1.5 | 0.40 ถึง 0.60 |
| เหล็กกล้าคาร์บอน | 45 ถึง 55 | 0.3 ถึง 0.5 | 0.70 ถึง 0.90 |
ปฏิกิริยาเฉือนแบบอุทกพลศาสตร์กับพลังงานพื้นผิวต่ำ
การลดความเปรอะเปื้อนจากพลังงานพื้นผิว PFA รวมกับความเร็วการไหลเพื่อกำหนดความยาวการทำงานของหม้อต้มซ้ำตามจริง ในหม้อต้มซ้ำ VCM ที่ความเร็วด้านข้างของท่อ-เกิน 1.5 ม./วินาที ความเค้นเฉือนที่ 8 ถึง 12 Pa จะกำจัดปมโพลีเมอร์ที่เกาะติดอย่างอ่อนก่อนที่จะขยายจนมีความหนามาก ที่ความเร็วต่ำต่ำกว่า 0.6 เมตร/วินาที ความเค้นเฉือนที่ 2 ถึง 4 Pa ไม่สามารถแยกโพลีเมอร์ออกจากพื้นผิว PFA ได้ และคราบสะสมจะสะสมในที่สุดแม้จะมีพลังงานพื้นผิวต่ำก็ตาม วิศวกรกระบวนการที่ประเมินการเคลือบ PFA ควรยืนยันก่อนว่าความเร็วขั้นต่ำเกิน 0.8 ม./วินาที สำหรับความเร็วที่ต่ำกว่าเกณฑ์นี้ PFA จะเพิ่มความยาววิ่งขึ้น 3× ถึง 4× แทนที่จะเป็น 6× ถึง 10× ที่เห็นในการไหลที่สูงขึ้น
ปฏิกิริยาระหว่างความหนาของผนังกับประโยชน์ของพลังงานพื้นผิว
ความหนาของผนัง PFA ไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อพลังงานพื้นผิว แต่ผนังที่หนาขึ้นจะทำให้การทำความสะอาดเชิงกลรุนแรงมากขึ้นเมื่อมีการสะสมตัวในที่สุด สำหรับหม้อต้มซ้ำที่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการพ่นด้วยพลังน้ำ ผนัง PFA ขนาด 2.5 มม. ทนทานต่อการทำความสะอาดด้วยแรงดันน้ำ 3000 psi โดยไม่เกิดความเสียหาย ในขณะที่ผนังขนาด 1.5 มม. ต้องการแรงดันต่ำกว่า 1500 psi เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของโพลีเมอร์ ช่วงเวลาการทำความสะอาดจะกำหนดความต้องการความหนาของผนัง สิ่งอำนวยความสะดวกที่วางแผนจะทำความสะอาดทุก 30 วันสามารถใช้ผนังหนา 1.8 มม. สิ่งอำนวยความสะดวกที่ขยายออกไปเป็น 60 วันระหว่างการทำความสะอาดควรระบุ 2.2 มม. ถึง 2.5 มม. เพื่อรองรับคราบที่หนาขึ้นซึ่งต้องกำจัดออกอย่างรุนแรงมากขึ้น
คำแนะนำข้อมูลจำเพาะสำหรับการออกแบบหม้อต้มซ้ำ VCM
การเลือกการเคลือบ PFA จำเป็นต้องระบุทั้งการตรวจสอบพลังงานพื้นผิวและความหนาของผนังขั้นต่ำ ขอการวัดมุมสัมผัสจากซัพพลายเออร์โดยใช้น้ำปราศจากไอออนและไดไอโอโดมีเทนเพื่อคำนวณพลังงานพื้นผิวด้วยวิธี Owens-Wendt ซึ่งยืนยันค่าต่ำกว่า 22 ไดน์/ซม. ก่อนจัดส่ง สำหรับโครงสร้างหม้อต้มซ้ำใหม่ ให้ระบุการเคลือบ PFA บนพื้นผิวที่เปียกทั้งหมด รวมถึงแผ่นท่อและหัวช่อง เนื่องจากการเกิดนิวเคลียสของโพลีเมอร์จะเกิดขึ้นเป็นพิเศษที่การเปลี่ยนผ่านของโพลีเมอร์ของโลหะ- สำหรับการใช้งานดัดแปลงเพิ่มเติมที่เฉพาะพื้นผิวเครื่องทำความร้อนเท่านั้นที่ได้รับ PFA ควรคาดหวังการขยายความยาวรัน 3× ถึง 4× แทนที่จะเป็น 6× ถึง 10× เต็ม เนื่องจากพื้นผิวโลหะที่เปลือยเปล่าที่อื่นทำให้เกิดจุดที่เกิดนิวเคลียส การผสมผสานระหว่างการเคลือบ PFA บวกกับการปรับปรุงกระบวนการให้เหมาะสม ทำให้มีระยะการทำงานที่เชื่อถือได้ยาวนานที่สุด
