Polimerizācijas piesārņojuma problēma VCM reboileros
Vinilhlorīda monomēra katli darbojas no 60 līdz 90 grādiem, nepārtraukti pakļaujot tiem reaktīvo monomēru, kas tiek pakļauts brīvās -radikālas sānu plūsmas polimerizācijai uz sakarsētām virsmām. Polimēru nogulsnes samazina siltuma pārnesi, palielina spiediena kritumu un rada drošības apdraudējumu no nekontrolētas eksotermas. Sildītāja materiāla virsmas enerģija tieši nosaka, cik ilgi virsma paliek tīra, pirms polimēra kodoli pielīp un aug. Salīdzinoši dati no 18 VCM ražošanas vienībām liecina, ka ar PFA-pārklātām virsmām ar virsmas enerģiju 18 dīni/cm, salīdzinot ar nepārklātām nerūsējošā tērauda vai oglekļa tērauda virsmām, nogulšņu adhēzijas indukcijas laiku pagarina 6 līdz 10 reizes.
Virsmas enerģija un polimēru kodolu termodinamika
Vinilhlorīda polimēru kodolu saķere ar virsmu notiek pēc Jangs-Duprē vienādojuma, kur adhēzijas darbs W= _sv + _lv - _sl. Zemāka cietās virsmas enerģija (_sv) samazina termodinamisko virzošo spēku polimēru nogulsnēšanai. Nepārklāta oglekļa tērauda virsmas enerģija ir no 45 līdz 55 dīniem/cm. Nerūsējošā tērauda izmēri ir no 35 līdz 45 dīniem/cm atkarībā no apdares. PFA ar kritisko virsmas spraigumu 18 dīni/cm ir viena no pieejamajām cietajām virsmām ar viszemāko{14}}enerģijas līmeni. Laboratorijas piesārņojuma testi, izmantojot VCM 75 grādu temperatūrā, liecina, ka polimēru kodoli pielīp nepārklātam nerūsējošajam tēraudam 30 minūšu laikā pēc iedarbības, un redzami nosēdumi veidojas pēc 2 stundām. Uz PFA virsmām tas pats tests neuzrāda izmērāmu adhēziju pēc 6 stundām, un pirmie nosakāmie kodoli parādās pēc 8 līdz 10 stundām. Pagarinātais indukcijas laiks nodrošina ilgāku katla darbības garumu starp tīrīšanas cikliem.
Noguldījumu pieauguma temps pēc indukcijas
Kad indukcijas periods beidzas un sākotnējie polimēra kodoli pielīp, turpmākais augšanas ātrums ir atkarīgs arī no virsmas enerģijas. Uz nepārklāta oglekļa tērauda nogulsnes biezums palielinās par 0,8 mm dienā tipiskos VCM reboilera apstākļos. Nerūsējošajam tēraudam raksturīgs augšanas ātrums no 0,4 līdz 0,6 mm dienā. Uz PFA virsmām pēc-indukcijas augšanas ātrums ir 0,08–0,12 mm dienā, kas ir piecas reizes mazāks nekā nerūsējošā tērauda gadījumā. Zemā virsmas enerģija novērš polimēru prekursoru izplatīšanos pa virsmu, ierobežojot augšanu izolētās salās, kas paliek mazas un viegli noņemamas ar parasto procesa plūsmas bīdi. PFA virsmu elektronu mikroskopija pēc 14 dienu ilgas VCM iedarbības parāda izkliedētus polimēru mezgliņus ar diametru 50 līdz 100 mikroni, savukārt uz nerūsējošā tērauda virsmām identiskos apstākļos ir redzama nepārtraukta polimēra plēve 800 mikronu biezumā.
Virsmas enerģijas stabilitāte saskaņā ar VCM pakalpojumu
PFA virsmas enerģija 18 dīni/cm nav pastāvīgi stabila, izmantojot vinilhlorīda monomēru, jo monomēra absorbcija tuvākajā-virsmas slānī var mainīt virsmas īpašības. Kontakta leņķa mērījumi PFA paraugiem, kas 30 dienas iegremdēti VCM 80 grādos, liecina, ka virsmas enerģija palielinās no 18 līdz 23 diniem/cm. Pieaugums rodas no polāro gala grupu virsmas pārorientācijas, nevis ķīmiskās degradācijas. Neskatoties uz šo pieaugumu, virsmas enerģija joprojām ir ievērojami zemāka nekā nepārklātiem metāliem, un praktiskais ieguvums piesārņojuma samazināšanai saglabājas. Pēc 60 dienu iegremdēšanas PFA joprojām uzrāda nogulšņu adhēzijas samazināšanos par 60% līdz 70%, salīdzinot ar nerūsējošo tēraudu. Reboileriem, kas paredzēti 12 mēnešu darbības laikam, PFA ieguvums saglabājas ievērojams visas kampaņas laikā.
Salīdzinošā piesārņojuma veiktspēja pēc virsmas veida
| Reboilera virsmas materiāls | Virsmas enerģija (dīni/cm) | Noguldījuma adhēzijas indukcijas laiks (stundas 75 grādos) | Pēc-indukcijas pieauguma temps (mm/dienā) | Paredzamais darbības ilgums pirms tīrīšanas (dienas) |
|---|---|---|---|---|
| Pārklāts ar PFA | 18 līdz 23 | 8 līdz 10 | 0,08 līdz 0,12 | 45 līdz 60 |
| Elektropolēts nerūsējošais tērauds (Ra 0,4 µm) | 35 līdz 40 | 1,5 līdz 2,0 | 0,35 līdz 0,50 | 10 līdz 14 |
| Standarta nerūsējošais tērauds (Ra 0,8 µm) | 38 līdz 42 | 1,0 līdz 1,5 | 0,40 līdz 0,60 | 7 līdz 10 |
| Oglekļa tērauds | 45 līdz 55 | 0,3 līdz 0,5 | 0,70 līdz 0,90 | 3 līdz 5 |
Hidrodinamiskā bīdes mijiedarbība ar zemu virsmas enerģiju
Piesārņojuma samazināšana no PFA virsmas enerģijas tiek apvienota ar plūsmas ātrumu, lai noteiktu faktisko reboilera darbības garumu. VCM reboileros, kur caurules sānu ātrums pārsniedz 1,5 m/s, bīdes spriegums no 8 līdz 12 Pa noņem vāji pielipušos polimēru mezgliņus, pirms tie izaug līdz ievērojamam biezumam, pat pēc indukcijas perioda beigām. Pie maziem ātrumiem zem 0,6 m/s bīdes spriegums no 2 līdz 4 Pa nevar atdalīt polimēru no PFA virsmām, un nogulsnes galu galā uzkrājas, neskatoties uz zemo virsmas enerģiju. Procesu inženieriem, kas novērtē PFA pārklājumu VCM reboileriem, vispirms jāapstiprina, ka minimālais ātrums pārsniedz 0,8 m/s. Ātrumiem, kas ir mazāki par šo slieksni, PFA pagarina darbības garumu par 3 × līdz 4 ×, nevis par 6 × līdz 10 ×, kas redzams pie lielākām plūsmām.
Sienas biezuma mijiedarbība ar virsmas enerģijas ieguvumu
PFA sienu biezums tieši neietekmē virsmas enerģiju, bet biezākas sienas ļauj veikt agresīvāku mehānisko tīrīšanu, kad galu galā veidojas nogulsnes. Reboileriem, kas pieejami hidrostrūklu apstrādei, 2,5 mm PFA sienas iztur 3000 psi ūdens strūklas tīrīšanu bez bojājumiem, savukārt 1,5 mm sienām ir nepieciešams spiediens, kas mazāks par 1500 psi, lai novērstu polimēra eroziju. Tīrīšanas intervāls nosaka sienu biezuma prasību. Telpās, kuras plāno tīrīt ik pēc 30 dienām, var izmantot 1,8 mm sienas. Iekārtām, kas pagarinās līdz 60 dienām starp tīrīšanu, jānorāda 2,2 mm līdz 2,5 mm, lai pielāgotos biezākajam nogulšņu slānim, kam nepieciešama agresīvāka noņemšana.
Specifikācijas vadlīnijas VCM reboilera projektēšanai
Izvēloties PFA pārklājumu sānu plūsmas polimerizācijas novēršanai, ir jānorāda gan virsmas enerģijas pārbaude, gan minimālais sienas biezums. Pieprasiet piegādātājam veikt kontakta leņķa mērījumus, izmantojot dejonizētu ūdeni un dijodmetānu, lai aprēķinātu virsmas enerģiju, izmantojot Owens-Wendt metodi, apstiprinot vērtību, kas ir mazāka par 22 dīniem/cm pirms nosūtīšanas. Jaunai katla konstrukcijai norādiet PFA pārklājumu uz visām samitrinātajām virsmām, tostarp cauruļu loksnēm un kanālu galviņām, jo polimēra kodolu veidošanās notiek galvenokārt metāla -polimēra pārejās. Modernizēšanai, kur tikai sildītāja virsmas saņem PFA, sagaidiet 3x līdz 4x darbības garuma pagarinājumu, nevis pilnu 6x līdz 10x, jo atklātās metāla virsmas citur reboilerā nodrošina kodolu veidošanās vietas polimēram, kas pēc tam izplatās uz sildītāju. PFA pārklājuma un procesa optimizācijas kombinācija (samazināta skābekļa iekļūšana, pievienots inhibitors) nodrošina visilgāko uzticamo darbības ilgumu, un nozares ziņojumi atbilst vairāk nekā 90 dienām starp pareizi izstrādātām sistēmām.
