องค์ประกอบของกรดผสมที่กำหนดขอบเขต
ระบบการนำกรดกลับมาใช้ใหม่แบบผสมจะจัดการกับการผสมกรดที่แตกต่างกันหลายแบบ และการเลือกใช้วัสดุจะขึ้นอยู่กับว่ามีการผสมกรดแบบใด
ไนตริก-ของผสมไฮโดรฟลูออริกสิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับการดองสแตนเลสและการกัดไทเทเนียม กรดไนตริกให้ศักยภาพในการออกซิไดซ์ และกรดไฮโดรฟลูออริกให้กิจกรรมฟลูออไรด์ ส่วนผสมนี้สามารถกัดกร่อนโลหะส่วนใหญ่และเซรามิกหลายชนิดได้ PTFE ต้านทานส่วนผสมที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิทั้งหมดภายในช่วงของมัน ซิลิคอนคาร์ไบด์ต้านทานส่วนผสมที่อุณหภูมิสูงถึง 80 องศา แต่ฟลูออไรด์จะโจมตีซิลิกอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูงกว่า
ซัลฟิวริก-ของผสมไฮโดรฟลูออริกสิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับการกัดอะลูมิเนียมและการกัดกระจก กรดซัลฟูริกให้ความแรงของกรด และกรดไฮโดรฟลูออริกให้ฤทธิ์ของฟลูออไรด์ PTFE ต้านทานส่วนผสมที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิทั้งหมด ซิลิคอนคาร์ไบด์ต้านทานส่วนผสมที่อุณหภูมิสูงถึง 60 องศา แต่ฟลูออไรด์จะโจมตีซิลิกอนคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูงกว่า
ไนตริก-ของผสมซัลฟิวริกสิ่งเหล่านี้ใช้สำหรับการดองโลหะและการทู่ ของผสมถูกออกซิไดซ์อย่างแรง และศักยภาพในการออกซิไดซ์จะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของกรดไนตริก PTFE ต้านทานส่วนผสมที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิทั้งหมด ซิลิคอนคาร์ไบด์ต้านทานส่วนผสมที่อุณหภูมิสูงถึง 100 องศา แต่ศักยภาพในการออกซิไดซ์สามารถโจมตีเฟสขอบเขตเกรนในซิลิคอนคาร์ไบด์ได้
ช่องว่างการนำความร้อน
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนประมาณ 120 W/m·K เทียบกับ 0.25 W/m·K สำหรับ PTFE อัตราส่วนประมาณ 480:1
สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ให้กำลัง 60 kW ในระบบนำกรดกลับคืนที่ 70 องศา หน่วยซิลิกอนคาร์ไบด์ต้องการพื้นที่ผิวประมาณ 3 ตารางเมตร โดยพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวมที่ 1,000 วัตต์/ตารางเมตร·K และความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยบันทึกที่ 20 องศา หน่วย PTFE สำหรับงานเดียวกันต้องใช้พื้นที่ผิวประมาณ 15 ตร.ม. โดยพิจารณาจากค่าสัมประสิทธิ์โดยรวม 200 W/m·K และความแตกต่างของอุณหภูมิที่เท่ากัน
หน่วย PTFE มีขนาดใหญ่กว่าหน่วยซิลิคอนคาร์ไบด์ 5 เท่า ขนาดที่ใหญ่ขึ้นจะเพิ่มต้นทุนเงินทุน พื้นที่ และปริมาตรของเหลว ฟลักซ์ความร้อนที่ต่ำกว่าจะช่วยลดอุณหภูมิผนังท่อซึ่งเป็นประโยชน์ต่อกระบวนการนี้ แต่พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นยังทำให้พื้นผิวเกิดการสะสมตัวมากขึ้นและต้องใช้เวลาในการทำความสะอาดมากขึ้น
การโจมตีของฟลูออไรด์บนเซรามิกส์
ฟลูออไรด์ในระบบการนำกรดกลับมาใช้ใหม่จะโจมตีเซรามิกผ่านกลไกที่แตกต่างจากการโจมตีกับโลหะ ฟลูออไรด์ทำปฏิกิริยากับซิลิคอนไดออกไซด์หรืออลูมินาในเซรามิก ทำให้เกิดสารประกอบฟลูออไรด์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งจะละลายเซรามิก อัตราการโจมตีขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของฟลูออไรด์ อุณหภูมิ และส่วนประกอบเซรามิกเฉพาะ
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความทนทานต่อฟลูออไรด์ได้ดีกว่าเซรามิกที่ทำจากอลูมินา- เนื่องจากเม็ดซิลิกอนคาร์ไบด์จะยึดติดกับซิลิกอนไนไตรด์หรือเมทริกซ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งมีความทนทานต่อฟลูออไรด์มากกว่า อย่างไรก็ตาม ฟลูออไรด์สามารถโจมตีระยะขอบเขตของเกรนได้ที่อุณหภูมิสูง และการโจมตีจะทำให้เซรามิกอ่อนตัวลงและทำให้เกิดความล้มเหลวในที่สุด
PTFE ทนทานต่อฟลูออไรด์ที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิทุกระดับภายในช่วงการบริการ พันธะคาร์บอน-ฟลูออรีนไม่ถูกโจมตีโดยฟลูออไรด์ และโครงสร้างโพลีเมอร์ไม่ได้ถูกย่อยสลายโดยสภาพแวดล้อมทางเคมี นี่คือเหตุผลหลักที่มีการระบุ PTFE สำหรับระบบการนำกรดกลับมาใช้ใหม่ที่มีความเข้มข้นของฟลูออไรด์สูง
การเปรียบเทียบวัสดุสองชนิดในการนำกรดผสมกลับมาใช้ใหม่
ตารางต่อไปนี้สรุปประสิทธิภาพและลักษณะต้นทุนของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และซิลิคอนคาร์ไบด์ในบริการนำกรดกลับมาใช้ใหม่ที่ 70 องศา ด้วยกรดไนตริก 10% และกรดไฮโดรฟลูออริก 3%
| ลักษณะเฉพาะ | เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซิลิคอนคาร์ไบด์ | เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE | ข้อได้เปรียบ |
|---|---|---|---|
| การนำความร้อน | 120 W/m·K | 0.25 W/m·K | ซิลิคอนคาร์ไบด์ |
| ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม | 1,000 W/m²·K | 200 W/m²·K | ซิลิคอนคาร์ไบด์ |
| พื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับ 60 kW | 3 m² | 15 m² | ซิลิคอนคาร์ไบด์ |
| ทนต่อสารเคมีต่อไนตริก-ของผสมไฮโดรฟลูออริก | ดีที่ 70 องศา | ยอดเยี่ยม | ไฟเบอร์ |
| ทนต่อสารเคมีต่อฟลูออไรด์ | ปานกลาง | ยอดเยี่ยม | ไฟเบอร์ |
| อุณหภูมิในการทำงานสูงสุด | 80 องศา (มีฟลูออไรด์) | 260 องศา | ไฟเบอร์ |
| ความแข็งแรงทางกล | สูง | ปานกลาง | ซิลิคอนคาร์ไบด์ |
| ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน | ต่ำ | สูง | ไฟเบอร์ |
| ทนต่อแรงกระแทกทางกล | ต่ำ | สูง | ไฟเบอร์ |
| ความสามารถในการซ่อมแซม | จำกัด | ดี | ไฟเบอร์ |
| อายุการใช้งานในการให้บริการกรดผสม | 4-6 ปี | 10–15 ปี | ไฟเบอร์ |
| ต้นทุนทุนสำหรับภาษี 60 กิโลวัตต์ | $48,000 | $42,000 | ไฟเบอร์ |
| ค่าติดตั้ง | $6,000 | $4,000 | ไฟเบอร์ |
| ค่าบำรุงรักษาประจำปี | $5,000 | $2,000 | ไฟเบอร์ |
| ค่าใช้จ่ายทั้งหมดห้า-ปี | $109,000 | $72,000 | ไฟเบอร์ |
มูลค่าต้นทุนรวมห้า-ปีจะถือว่ามูลค่าการผลิตอยู่ที่ 600 เหรียญสหรัฐต่อชั่วโมง และรวมต้นทุนทุน ค่าติดตั้ง และค่าบำรุงรักษาตลอดระยะเวลาห้าปี
เมื่อเซรามิกเป็นทางเลือกที่ดีกว่า
เซรามิกเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง
บริการฟลูออไรด์ต่ำ-เมื่อความเข้มข้นของฟลูออไรด์ต่ำกว่า 1% อัตราการโจมตีของฟลูออไรด์เซรามิกจะต่ำ และยืดอายุการใช้งาน ในกรณีนี้ ค่าการนำความร้อนที่สูงขึ้นของซิลิคอนคาร์ไบด์จะช่วยลดพื้นที่ผิวที่ต้องการและต้นทุนเงินทุน
พื้นที่-การติดตั้งที่มีข้อจำกัดเมื่อพื้นที่ว่างมีจำกัดอย่างมาก หน่วยซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีขนาดเล็กลงอาจเป็นตัวเลือกเดียวที่เป็นไปได้ หน่วย PTFE จะต้องมีพื้นที่ผิวมากกว่า 5 เท่า ซึ่งอาจไม่พอดีกับพื้นที่ที่มีอยู่
บริการอุณหภูมิสูง-ที่ไม่มีฟลูออไรด์เมื่อกรดผสมไม่มีฟลูออไรด์และอุณหภูมิสูงกว่า 100 องศา ซิลิคอนคาร์ไบด์จะคงความแข็งแรงทางกลและทนต่อสารเคมี ในขณะที่ PTFE อ่อนตัวและสูญเสียความแข็งแรงที่สูงกว่า 200 องศา
บริการที่มีความบริสุทธิ์สูง-ซิลิคอนคาร์ไบด์ไม่ชะสารประกอบอินทรีย์เข้าไปในของไหลในกระบวนการ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูง- ซึ่งการชะอินทรีย์จาก PTFE เป็นเรื่องที่น่ากังวล
บริการขัด.ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงกว่า PTFE ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการซ่อมบำรุงกับสารแขวนลอยที่อาจกัดกร่อนพื้นผิวตัวแลกเปลี่ยนความร้อน
เมื่อ PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่า
PTFE เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในการใช้งานเฉพาะหลายอย่าง
บริการฟลูออไรด์สูง-PTFE ทนทานต่อฟลูออไรด์ที่ความเข้มข้นทุกระดับ ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกโจมตีโดยฟลูออไรด์ที่อุณหภูมิสูง
บริการปั่นจักรยานความร้อนPTFE มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้สูงกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการซ่อมบำรุงที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบ่อยครั้ง
บริการรับกระแทกทางกลPTFE ทนต่อแรงกระแทกทางกลได้ดีกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอาจมีการสั่นสะเทือนหรือการจัดการ
บริการซ่อมแซมได้สามารถซ่อมแซมเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ได้ที่ไซต์งานโดยช่างเทคนิคที่ผ่านการรับรอง ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานและการสูญเสียในการผลิต
บริการโหลดความร้อนขนาดใหญ่สำหรับภาระความร้อนขนาดใหญ่ ต้นทุนทุนที่ต่ำกว่าของ PTFE จะมีความสำคัญมากขึ้น และพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นก็มีข้อจำกัดน้อยลง
คุณสมบัติการออกแบบที่ยืดอายุการใช้งาน
คุณสมบัติการออกแบบหลายประการช่วยยืดอายุการใช้งานของทั้ง PTFE และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเซรามิกในบริการนำกรดผสมกลับมาใช้ใหม่
อุณหภูมิในการทำงานต่ำลงการลดอุณหภูมิในการทำงานจะช่วยลดการโจมตีของฟลูออไรด์บนเซรามิกและการแพร่กระจายของกรดเข้าไปใน PTFE
ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ลดลงการลดความเข้มข้นของฟลูออไรด์จะช่วยลดการโจมตีของเซรามิก ควรตรวจสอบความเข้มข้นของฟลูออไรด์อย่างต่อเนื่องและรักษาให้ต่ำกว่าเกณฑ์สำหรับวัสดุเซรามิกเฉพาะ
การควบคุมความเร็วการไหลการรักษาความเร็วการไหลในระดับปานกลางจะช่วยลดความหนาของชั้นขอบเขตและความเข้มข้นของฟลูออไรด์ที่ผิวท่อ
จัดให้มี-ข้อกำหนดในการทำความสะอาดการเชื่อมต่อสำหรับการจ่ายและส่งคืนน้ำยาทำความสะอาดทำให้สามารถทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้โดยไม่ต้องถอดชิ้นส่วน ซึ่งช่วยลดเวลาหยุดทำงานและการสูญเสียในการผลิต
การตรวจสอบอุณหภูมิเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ทางเข้าและทางออกของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนช่วยให้สามารถตรวจสอบประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้ ซึ่งช่วยให้ตรวจพบการเปรอะเปื้อนหรือการเสื่อมสภาพได้ตั้งแต่เนิ่นๆ
พารามิเตอร์ข้อมูลจำเพาะสำหรับการนำกรดกลับมาใช้ใหม่
วิศวกรอุปกรณ์ที่ประเมินเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE และเซรามิกสำหรับการนำกรดกลับมาใช้ใหม่ควรยืนยันพารามิเตอร์ต่อไปนี้กับซัพพลายเออร์
องค์ประกอบของกรดผสมระบุความเข้มข้นของกรดไนตริก กรดซัลฟูริก กรดไฮโดรฟลูออริก และส่วนประกอบอื่นๆ
อุณหภูมิในการทำงานระบุอุณหภูมิการทำงานสูงสุดและโปรไฟล์อุณหภูมิที่คาดหวัง
ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ระบุความเข้มข้นของฟลูออไรด์สูงสุดและวิธีการตรวจสอบ
สารแขวนลอย.ระบุความเข้มข้นและขนาดอนุภาคของสารแขวนลอยใดๆ ในกรด
ภาระความร้อนและพื้นที่ผิวระบุภาระความร้อนและพื้นที่ผิวที่ต้องการสำหรับตัวเลือกวัสดุแต่ละรายการ
ข้อจำกัดด้านพื้นที่ระบุพื้นที่ว่างและขนาดพื้นที่สูงสุดที่อนุญาต
ความสามารถในการบำรุงรักษาระบุความสามารถในการบำรุงรักษาของสถานที่ รวมถึงความสามารถในการซ่อมแซมตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ไซต์งาน
ความต้องการอายุการใช้งานระบุอายุการใช้งานที่คาดไว้และกำหนดการเปลี่ยน
การจับคู่การเลือกวัสดุกับเงื่อนไขการบริการกรดผสม
การเลือกระหว่าง PTFE และตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเซรามิกในการนำกรดกลับมาใช้ใหม่จะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของฟลูออไรด์ อุณหภูมิ ข้อจำกัดของพื้นที่ และข้อกำหนดด้านอายุการใช้งาน เซรามิกมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าและต้องการพื้นที่ผิวน้อยกว่า แต่ก็ไวต่อการโจมตีของฟลูออไรด์และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว PTFE มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าและต้องการพื้นที่ผิวมากขึ้น แต่ทนทานต่อฟลูออไรด์และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
การตัดสินใจเลือกควรขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์เฉพาะของโรงงาน-ที่รวมต้นทุนทุน ค่าติดตั้ง ค่าบำรุงรักษา และความเสี่ยงต่อการสูญเสียจากการผลิต แบบจำลองสเปรดชีตอย่างง่ายที่มีส่วนประกอบต้นทุนเหล่านี้จะให้ข้อมูลที่จำเป็นในการตัดสินใจ
สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกในการนำกรดกลับคืนมาแบบผสมที่ประเมินตัวเลือกตัวแลกเปลี่ยนความร้อน การเลือกวัสดุควรขึ้นอยู่กับต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของตลอดอายุการใช้งานที่คาดหวัง ไม่ใช่แค่ประสิทธิภาพการระบายความร้อนหรือต้นทุนเงินทุน หน่วยเซรามิกที่มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอาจมีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่สูงขึ้น หากความเข้มข้นของฟลูออไรด์สูงและจำเป็นต้องเปลี่ยนหน่วยบ่อยครั้ง
วิศวกรอุปกรณ์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อที่ประเมินข้อกำหนดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE สำหรับการนำกรดผสมกลับมาใช้ใหม่หรือบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอื่นๆ สามารถขอการตรวจสอบการออกแบบที่ครอบคลุมองค์ประกอบของกรดผสม อุณหภูมิในการทำงาน ความเข้มข้นของฟลูออไรด์ ของแข็งแขวนลอย และข้อจำกัดด้านพื้นที่ เพื่อยืนยันว่าการเลือกวัสดุนั้นตรงกับเงื่อนไขการบริการจริงและโครงสร้างต้นทุนของโรงงาน
