Ķīmija, kas uzbrūk titānam
Titāns ir izturīgs pret nātrija hipohlorītu, veidojot pasīvu oksīda plēvi, kas ir stabila neitrālos un sārmainos šķīdumos. Plēve ir iemesls, kāpēc titāns labi darbojas balinātājā mērenā temperatūrā un koncentrācijā. Plēve sadalās, temperatūrai paaugstinoties virs 70 grādiem, koncentrācijai paaugstinoties virs 15%, vai pH nokrītot zem 9.
Titāna korozijas ātrums hipohlorīta ekspluatācijā 60 grādu temperatūrā un 12% hipohlorīta parasti ir mazāks par 0,05 mm gadā. Pie 80 grādiem un 15% hipohlorīta ātrums palielinās līdz 0,3–0,8 mm gadā. Pie 90 grādiem un 15% hipohlorīta ātrums var pārsniegt 1,5 mm gadā.
Korozija parasti sākas cauruļu galos, kur plūsmas ātrums ir zems un temperatūra ir augsta, un caurules -līdz-caurules lokšņu savienojumos, kur spraugas ģeometrija koncentrē korozīvās vielas. Korozija izpaužas kā bedres, kas iekļūst caurules sieniņā un izraisa noplūdi.
Ķīmija, kas uzbrūk PTFE
PTFE ir izturīgs pret nātrija hipohlorītu visās koncentrācijās un temperatūrās tā darbības diapazonā. Hipohlorīts vai kaustiskā soda, kas stabilizē balinātāju, neuzbrūk oglekļa -fluora saitēm. Materiāls nerūsē, un kalpošanas laiku nosaka mehāniski faktori, nevis ķīmiska iedarbība.
Vienīgais PTFE noārdīšanās mehānisms hipohlorīta lietošanā ir hipohlorīta un kodīgas vielas difūzija polimēra amorfajos reģionos. Difūzija ir lēna, un ietekme uz mehāniskajām īpašībām ir neliela. PTFE siltummaiņa kalpošanas laiks hipohlorīta ekspluatācijā parasti ir 12–18 gadi.
Siltumvadītspējas sprauga
Titāna siltumvadītspēja ir aptuveni 22 W/m·K, salīdzinot ar 0,25 W/m·K PTFE. Attiecība ir aptuveni 88:1.
Siltummainim, kas nodrošina 40 kW jaudu 12% hipohlorītā pie 60 grādiem, titāna vienībai ir nepieciešami aptuveni 3 m² virsmas, pamatojoties uz kopējo siltuma pārneses koeficientu 800 W/m²·K un logaritmisko vidējo temperatūras starpību 17 grādi. PTFE ierīcei tādam pašam darbam ir nepieciešams aptuveni 12 m² virsmas, pamatojoties uz kopējo koeficientu 200 W/m·K un tādu pašu temperatūras starpību.
PTFE bloks ir 4 reizes lielāks nekā titāna vienība. Lielāks izmērs palielina kapitāla izmaksas, grīdas platību un šķidruma tilpumu. Zemāka siltuma plūsma samazina caurules sieniņu temperatūru, kas ir labvēlīga procesam, bet lielāka virsmas laukums nodrošina arī vairāk virsmas nogulsnēm un prasa vairāk laika tīrīšanai.
Sadalīšanās problēma paaugstinātā temperatūrā
Nātrija hipohlorīts sadalās ar ātrumu, kas palielinās līdz ar temperatūru. 60 grādu temperatūrā sadalīšanās ātrums ir aptuveni 2% dienā. Pie 70 grādiem likme ir aptuveni 5% dienā. Pie 80 grādiem likme ir aptuveni 10% dienā. Sadalīšanās rezultātā rodas hlora gāze un sālsskābe, kas ir kodīgas abiem materiāliem.
Sadalīšanās ātrums ierobežo praktisko darba temperatūru gan titānam, gan PTFE. Temperatūrā virs 70 grādiem sadalīšanās ātrums ir pietiekami augsts, lai hipohlorīta koncentrācija ir nepārtraukti jāpapildina un hlora gāze ir jāiztukšo. Izvēloties materiālu, jāņem vērā hlora gāze un sadalīšanās produkti.
Titāns ir īpaši jutīgs pret sālsskābi, kas rodas sadalīšanās rezultātā. Skābe pazemina pH un paātrina titāna koroziju. PTFE ir izturīgs pret sālsskābi un hlora gāzi, tāpēc sadalīšanās neietekmē PTFE kalpošanas laiku.
Abu materiālu salīdzināšana Hipohlorīta balinātāja pakalpojumā
Nākamajā tabulā ir apkopoti PTFE un titāna siltummaiņu veiktspējas un izmaksu raksturlielumi hipohlorīta balinātājā 60 grādu temperatūrā ar 12% nātrija hipohlorītu.
| Raksturīgs | Titāna siltummainis | PTFE siltummainis | Priekšrocība |
|---|---|---|---|
| Siltumvadītspēja | 22 W/m·K | 0.25 W/m·K | Titāns |
| Kopējais siltuma pārneses koeficients | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | Titāns |
| Nepieciešamā virsma 40 kW | 3 m² | 12 m² | Titāns |
| Ķīmiskā izturība pret 12% hipohlorītu 60 grādu temperatūrā | Lieliski | Lieliski | Vienlīdzīgi |
| Ķīmiskā izturība pret 15% hipohlorītu 80 grādu temperatūrā | Nabaga | Lieliski | PTFE |
| Ķīmiskā izturība pret hlora gāzi | Mērens | Lieliski | PTFE |
| Maksimālā darba temperatūra | 70 grādi (praktiski) | 260 grādi | PTFE |
| Mehāniskā izturība | Augsts | Mērens | Titāns |
| Termiskā triecienizturība | Mērens | Augsts | PTFE |
| Remontējamība | Ierobežots | Labi | PTFE |
| Kalpošanas laiks hipohlorīta servisā | 5-8 gadi | 12-18 gadi | PTFE |
| Kapitāla izmaksas par 40 kW nodevu | $32,000 | $34,000 | Titāns |
| Uzstādīšanas izmaksas | $4,000 | $3,500 | PTFE |
| Ikgadējās uzturēšanas izmaksas | $4,000 | $1,500 | PTFE |
| Piecu{0}}gadu kopējās izmaksas | $76,000 | $55,500 | PTFE |
Piecu{0}}gadu kopējo izmaksu vērtībās tiek pieņemta ražošanas vērtība 600 ASV dolāru stundā, un tās ietver kapitāla izmaksas, uzstādīšanas izmaksas un uzturēšanas izmaksas piecu gadu laikā.
Kad titāns ir labākā izvēle
Titāns ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Zemas{0}}temperatūras pakalpojums.Temperatūrā, kas zemāka par 50 grādiem, titāns bez grūtībām iztur hipohlorītu, un augstāka siltumvadītspēja samazina nepieciešamo virsmas laukumu un kapitāla izmaksas.
Zemas-koncentrācijas pakalpojums.Koncentrācijā, kas zemāka par 10%, titāns iztur hipohlorītu temperatūrā līdz 60 grādiem, un augstāka siltumvadītspēja samazina nepieciešamo virsmas laukumu.
Vietas-ierobežotas instalācijas.Ja pieejamā vieta ir ļoti ierobežota, mazāka titāna vienība var būt vienīgā iespējamā iespēja. PTFE ierīcei būtu nepieciešams 4 reizes lielāks virsmas laukums, kas var neietilpst pieejamajā telpā.
Augsta spiediena{0}}serviss.Titānam ir lielāka mehāniskā izturība nekā PTFE, un tas var izturēt lielāku spiedienu. Hipohlorīta izmantošanai spiedienā virs 10 bāriem titāns var būt vienīgā dzīvotspējīgā iespēja.
Kad PTFE ir labāka izvēle
PTFE ir labāka izvēle vairākos īpašos lietojumos.
Augstas{0}}temperatūras pakalpojums.Temperatūrā virs 60 grādiem PTFE labāk iztur sadalīšanās produktus nekā titāns, un kalpošanas laiks ir ilgāks.
Augstas-koncentrācijas pakalpojums.Koncentrācijā virs 12%, PTFE labāk iztur hipohlorītu un kodīgu vielu nekā titāns.
Hlora gāzes iedarbība.Ja sadalīšanās rezultātā rodas hlora gāze, PTFE gāzei pretojas labāk nekā titāns.
Termiskā riteņbraukšanas serviss.PTFE ir augstāka termiskā triecienizturība nekā titānam, kas padara to piemērotu lietošanai ar biežām temperatūras izmaiņām.
Ilga kalpošanas laika prasība.Ja paredzams, ka siltummaiņa kalpošanas laiks ir 10 gadi vai vairāk, PTFE ir labāka izvēle, jo tas iztur ķīmisko iedarbību ilgākā laika periodā.
Dizaina funkcijas, kas pagarina kalpošanas laiku
Vairākas konstrukcijas iezīmes pagarina gan PTFE, gan titāna siltummaiņu kalpošanas laiku hipohlorīta balinātāju servisā.
Zemāka darba temperatūra.Darba temperatūras samazināšana no 70 grādiem līdz 50 grādiem samazina sadalīšanās ātrumu un ķīmisko iedarbību uz siltummaiņa materiālu.
Zemāka koncentrācija.Hipohlorīta koncentrācijas samazināšana no 15% līdz 10% samazina ķīmisko iedarbību un sadalīšanās ātrumu.
pH kontrole.Uzturot pH virs 10, tiek samazināta titāna korozija un hipohlorīta sadalīšanās.
Plūsmas ātruma kontrole.Uzturot mērenu plūsmas ātrumu, samazinās robežslāņa biezums un sadalīšanās produktu koncentrācija caurules virsmā.
Ieviesiet-tīrīšanas noteikumus.Savienojumi tīrīšanas šķīduma padevei un atgriešanai ļauj tīrīt siltummaini bez demontāžas, kas samazina dīkstāves laiku un ražošanas zudumus.
Hipohlorīta balinātāja pakalpojuma specifikācijas parametri
Iekārtu inženieriem, kas novērtē PTFE un titāna siltummaiņus hipohlorīta balinātāju apkalpošanai, ar piegādātāju jāapstiprina šādi parametri.
Hipohlorīta koncentrācija.Norādiet maksimālo koncentrāciju un paredzamo diapazonu.
Darba temperatūra.Norādiet maksimālo darba temperatūru un paredzamo temperatūras profilu.
pH.Norādiet pH diapazonu un kontroles metodi.
Darba spiediens.Norādiet maksimālo darba spiedienu.
Siltuma slodze un virsmas laukums.Katrai materiāla opcijai norādiet siltuma slodzi un nepieciešamo virsmas laukumu.
Sadalīšanās ātrums.Norādiet paredzamo sadalīšanās ātrumu un hlora gāzes veidošanās ātrumu.
Telpas ierobežojumi.Norādiet pieejamo vietu un maksimālo pieļaujamo nospiedumu.
Prasība kalpošanas laikam.Norādiet paredzamo kalpošanas laiku un nomaiņas grafiku.
Materiālu izvēles atbilstība hipohlorīta apkalpošanas nosacījumiem
Izvēle starp PTFE un titāna siltummaiņiem hipohlorīta balinātājā ir atkarīga no temperatūras, koncentrācijas, pH un ekspluatācijas ilguma prasībām. Titānam ir augstāka siltumvadītspēja, un tam ir nepieciešams mazāks virsmas laukums, taču tas ir uzņēmīgs pret koroziju paaugstinātā temperatūrā un augstā koncentrācijā. PTFE ir zemāka siltumvadītspēja, un tam ir nepieciešams lielāks virsmas laukums, taču tas ir izturīgs pret hipohlorītu visās koncentrācijās un temperatūrās.
Atlases lēmumam ir jābūt balstītam uz objekta{0}}specifisku analīzi, kas ietver kapitāla izmaksas, uzturēšanas izmaksas un ražošanas zudumu risku. Vienkāršs izklājlapas modelis ar šiem izmaksu komponentiem sniedz informāciju, kas nepieciešama lēmuma pieņemšanai.
Hipohlorīta balinātāju servisa iekārtām, kas novērtē siltummaiņa iespējas, materiālu izvēlei jābalstās uz kopējām īpašuma izmaksām paredzamajā kalpošanas laikā, nevis tikai uz kapitāla izmaksām vai siltuma veiktspēju. Titāna vienībai ar zemākām kapitāla izmaksām var būt augstākas kalpošanas laika izmaksas, ja tā ir bieži jāmaina.
Iekārtu inženieri un iepirkumu speciālisti, kas novērtē PTFE siltummaiņa specifikācijas hipohlorīta balinātājam vai citam oksidēšanas pakalpojumam, var pieprasīt projekta pārskatīšanu, kas aptver hipohlorīta koncentrāciju, darba temperatūru, pH, darba spiedienu un kalpošanas laika prasības, lai pārliecinātos, ka materiāla izvēle atbilst faktiskajiem ekspluatācijas apstākļiem un objekta izmaksu struktūrai.
