สายการดองที่ทำจากสเตนเลสสตีลจำเป็นต้องมีเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ทดแทนสำหรับอ่างกรดไนตริก-ไฮโดรฟลูออริกที่อุณหภูมิ 60 องศา เครื่องทำความร้อนที่มีอยู่ล้มเหลวหลังจากใช้งานไปเพียงหกเดือน- ปลอก PTFE พองและแตกร้าวตลอดส่วนที่ทำความร้อนทั้งหมด ทีมบำรุงรักษาสงสัยว่าเครื่องทำความร้อนมีขนาดเล็กเกินไปและทำงานที่ความหนาแน่นของวัตต์สูงเกินไป
อ่างแช่กรดผสมเป็นหนึ่งในสารเคมีที่มีความต้องการมากที่สุดสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE ส่วนประกอบของกรดไฮโดรฟลูออริกโจมตี PTFE ผ่านการซึมผ่าน และส่วนประกอบของกรดไนตริกจะออกซิไดซ์ที่พื้นผิวโพลีเมอร์ การผสม HF และกรดไนตริกที่อุณหภูมิ 60 องศา จำเป็นต้องมีการออกแบบที่อนุรักษ์นิยม โดยมีความหนาแน่นของวัตต์ต่ำและพื้นที่ผิวขนาดใหญ่
เหตุใดการดองด้วยกรดผสมจึงต้องมีความหนาแน่นวัตต์ต่ำ
กรดไฮโดรฟลูออริกซึมผ่าน PTFE ในอัตราที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความเข้มข้น กรดไนตริกออกซิไดซ์พื้นผิวโพลีเมอร์ เมื่อรวมกันแล้ว สารเคลือบจะเสื่อมสภาพเร็วกว่ากรดอย่างใดอย่างหนึ่งเพียงอย่างเดียว
ความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัยสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE ในการดองกรดผสมที่ 60 องศาคือ 0.8–1.0 วัตต์/ซม.² เหนือช่วงนั้น อุณหภูมิพื้นผิวเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัยสำหรับโพลีเมอร์ และอัตราการย่อยสลายจะเร่งขึ้น
| องค์ประกอบของกรด | อุณหภูมิ | ความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัย | พื้นที่ผิว 5 kW | อายุการใช้งานที่คาดหวัง |
|---|---|---|---|---|
| 10% HNO₃ + 2% HF | 50 องศา | 1.0–1.2 วัตต์/ซม.² | 4,167–5,000 ตร.ซม | 3-5 ปี |
| 10% HNO₃ + 2% HF | 60 องศา | 0.8–1.0 วัตต์/ซม.² | 5,000–6,250 ตร.ซม | 2–4 ปี |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 60 องศา | 0.7–0.9 วัตต์/ซม.² | 5,556–7,143 ตร.ซม | 18–36 เดือน |
| 20% HNO₃ + 4% HF | 60 องศา | 0.6–0.8 วัตต์/ซม.² | 6,250–8,333 ตร.ซม | 12–24 เดือน |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 70 องศา | 0.5–0.7 วัตต์/ซม.² | 7,143–10,000 ตร.ซม | 8–18 เดือน |
ข้อกำหนดความหนาแน่นวัตต์และพื้นที่ผิวที่ปลอดภัยสำหรับการดองกรดผสม
เพดานอุณหภูมิสำหรับบริการกรดผสม
อุณหภูมิพื้นผิวเป็นตัวแปรควบคุม สำหรับการดองกรดผสมที่อุณหภูมิ 60 องศา อุณหภูมิพื้นผิวไม่ควรเกิน 85–90 องศา เหนือช่วงนั้น อัตราการซึมผ่านของ HF และอัตราการออกซิเดชันของกรดไนตริกจะเร่งตัวขึ้น และ PTFE จะสลายตัวอย่างรวดเร็ว
เพื่อรักษาอุณหภูมิพื้นผิวให้ต่ำกว่า 90 องศา ความหนาแน่นของวัตต์ต้องถูกจำกัดไว้ที่ 0.8–1.0 วัตต์/ซม.² ในอ่างที่ปั่นป่วนปานกลาง ในเขตที่มีอัตราการไหลต่ำ- ขีดจำกัดจะลดลงเหลือ 0.6–0.8 วัตต์/ซม.²
การคำนวณพื้นที่ผิวที่ต้องการ
ความต้องการพื้นที่ผิวขึ้นอยู่กับกำลังไฟและความหนาแน่นของวัตต์ สำหรับหน้าที่ 5 kW ที่ 0.9 W/cm² พื้นที่ผิวที่ต้องการคือ 5,556 cm² เครื่องทำความร้อนแบบตรงเครื่องเดียวที่มีปลอกเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. และความยาวที่ให้ความร้อน 1,500 มม. ให้ความร้อนประมาณ 2,356 ซม.²-น้อยกว่าความต้องการครึ่งหนึ่ง จำเป็นต้องมีการกำหนดค่าหลายรอบหรือเครื่องทำความร้อนหลายเครื่อง
หากถังไม่สามารถรองรับเครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียวได้ เครื่องทำความร้อนขนาดเล็กหลายเครื่องที่กระจายอยู่รอบถังสามารถให้พื้นที่ผิวที่ต้องการในขณะที่ยังคงความหนาแน่นของวัตต์ต่ำไว้
| วัตต์ | ความหนาแน่นวัตต์ที่ปลอดภัย | พื้นที่ผิวที่ต้องการ | ความยาวเครื่องทำความร้อนเดี่ยว (เปลือก 50 มม.) | การกำหนดค่าหลาย-ผ่าน |
|---|---|---|---|---|
| 3 กิโลวัตต์ | 0.9 วัตต์/ซม.² | 3,333 ตร.ซม | 2,122 มม | 2 รอบ × 1,061 มม |
| 4 กิโลวัตต์ | 0.9 วัตต์/ซม.² | 4,444 ตร.ซม | 2,829 มม | 3 รอบ × 943 มม |
| 5 กิโลวัตต์ | 0.9 วัตต์/ซม.² | 5,556 ตร.ซม | 3,537 มม | 4 รอบ × 884 มม |
| 6 กิโลวัตต์ | 0.9 วัตต์/ซม.² | 6,667 ตร.ซม | 4,244 มม | 5 รอบ × 849 มม |
| 8 กิโลวัตต์ | 0.9 วัตต์/ซม.² | 8,889 ตร.ซม | 5,659 มม | 6 รอบ × 943 มม |
ข้อกำหนดการกำหนดค่าพื้นที่ผิวและเครื่องทำความร้อนสำหรับการดองกรดผสมที่ 0.9 วัตต์/ซม.²
ขั้นตอนข้อกำหนดเชิงปฏิบัติสำหรับบริการกรดผสม
เริ่มต้นด้วยองค์ประกอบของกรด ความเข้มข้นของ HF และกรดไนตริกที่สูงขึ้นจะต้องมีความหนาแน่นของวัตต์ต่ำกว่า สำหรับ 10% HNO₃ + 2% HF ความหนาแน่นของวัตต์ไม่ควรเกิน 1.0 วัตต์/ซม.² สำหรับ 15% HNO₃ + 3% HF ขีดจำกัดจะลดลงเหลือ 0.9 วัตต์/ซม.²
เลือกความหนาแน่นของวัตต์จากสภาพการไหลจริงที่ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน ในอ่างที่มีการปั่นปานกลาง 0.9 วัตต์/ซม.² ถือว่าเหมาะสม ในเขตการไหลต่ำ- ลดเหลือ 0.7 วัตต์/ซม.²
คำนวณพื้นที่ผิวที่ต้องการจากกำลังไฟฟ้าและความหนาแน่นของวัตต์ หน้าที่ 5 kW ที่ 0.9 วัตต์/ซม.² ต้องใช้ 5,556 ซม.² หากเครื่องทำความร้อนเครื่องเดียวไม่สามารถให้พื้นที่นั้นภายในถังได้ ให้พิจารณาเครื่องทำความร้อนหลายเครื่องที่กระจายอยู่รอบปริมณฑล
ตรวจสอบว่าอุณหภูมิพื้นผิวเครื่องทำความร้อนยังคงอยู่ต่ำกว่า 90 องศา หากอุณหภูมิพื้นผิวที่คำนวณได้เกินขีดจำกัดดังกล่าว ให้ลดความหนาแน่นของวัตต์ลงอีกหรือปรับปรุงการไหลที่พื้นผิวตัวทำความร้อน
เมื่อเครื่องทำความร้อนมาตรฐานไม่สามารถตอบสนองความต้องการความหนาแน่นของวัตต์ได้
ถังดองกรดผสมที่มีความต้องการกำลังไฟสูงและพื้นที่ต่อพ่วงที่จำกัด มักจะไม่สามารถรองรับเครื่องทำความร้อนแบบจุ่ม PTFE มาตรฐานที่มีความหนาแน่นวัตต์ต่ำตามที่เคมีต้องการ การกำหนดค่าเครื่องทำความร้อนแบบแช่ PTFE แบบกำหนดเองที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ความหนาแน่นของวัตต์ต่ำ และตำแหน่งการไหลที่ปรับให้เหมาะสม- จะช่วยแก้ไขสาเหตุที่แท้จริงของความหนาแน่นของวัตต์ที่ไม่ตรงกัน กระบวนการกำหนดคุณสมบัติต้องใช้องค์ประกอบของกรด อุณหภูมิในการทำงาน ขนาดของถัง สภาพการไหล และกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ สำหรับโรงงานที่มีสายการดองด้วยกรดผสม แอปพลิเคชัน-แนวทางเฉพาะนี้ช่วยลดการเสื่อมสภาพของสารเคลือบและยืดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน
