Nitračné kyslé prostredie
Zmiešaná kyselina dusičná-sírová-známa ako nitrátujúca kyselina- sa používa pri výrobe výbušnín, nitro-aromatických zlúčenín a farmaceutických medziproduktov. Kyslá zmes pri 120 stupňoch je jedným z najagresívnejších priemyselných prostredí. Spája v sebe silnú oxidačnú silu kyseliny dusičnej, dehydratačnú silu kyseliny sírovej a zvýšenú teplotu, ktorá urýchľuje všetky chemické reakcie.
Tantal je jedným z mála kovov s užitočnou odolnosťou voči tomuto prostrediu. Jeho pasívny film Ta₂O₅ je výnimočne stabilný v oxidačných kyselinách. Tantalové výmenníky tepla slúžia pri nitračných procesoch, kde iné kovy zlyhajú v priebehu niekoľkých hodín.
PTFE je imúnny voči obidvom kyselinám jednotlivo aj voči ich zmesi. Porovnanie je medzi žiaruvzdorným kovom-najodolnejším voči korózii a bezpodmienečne inertným polymérom-.
Tantalový pasívny film pod extrémnou oxidáciou
Tantalový pasívny film Ta₂O₅ je pravdepodobne chemicky najodolnejší známy oxid. Odoláva kyseline dusičnej vo všetkých koncentráciách a teplotách do minimálne 150 stupňov. Odoláva kyseline sírovej až do 98% koncentrácie pri teplotách do 200 stupňov. V zmiešanej HNO₃-H₂SO₄ pri 120 stupňoch je film stabilný.
Stabilita je však podmienená. Film musí byť udržiavaný oxidačným prostredím. Ak sa chémia procesu odchýli-, ak klesne koncentrácia HNO₃ v dôsledku narušenia procesu, ak sa kyslá zmes kontaminuje chloridom z predradeného zariadenia, alebo ak teplota povrchu prenosu tepla lokálne prekročí limit stability filmu v dôsledku znečistenia alebo nízkeho prietoku-, film sa môže rozpadnúť.
Film je tiež citlivý na metalurgický stav tantalu. Zvary sú najzraniteľnejšie miesta. Tantalové zváranie vyžaduje inertnú atmosféru, aby sa zabránilo krehnutiu kyslíkom a dusíkom. Zvar s miernym znečistením môže mať menej stabilný pasívny film ako základný kov a môže byť iniciačným miestom pre koróziu.
| Parameter korózie | Tantal | PTFE |
|---|---|---|
| Mechanizmus ochrany proti korózii | Pasívny film Ta₂O₅ | Inherentná stabilita C-F dlhopisu |
| Miera korózie v 30 % HNO₃ + 60 % H₂SO₄, 120 stupňov (mm/rok) | < 0.01 (stable conditions) | 0 |
| Citlivosť na pokles koncentrácie HNO₃ | Stredná (film sa môže destabilizovať v menej oxidačnom prostredí) | žiadne |
| Citlivosť na kontamináciu chloridmi | Vysoká (možné prehĺbenie pri defektoch filmu) | žiadne |
| Zraniteľnosť zóny zvaru | Áno (metalurgické chyby) | N/A (žiadne zvary) |
| Cena materiálu (relatívna) | 30-50× | 1× |
| Tepelná vodivosť (W/m·K) | 54 | 0.25 |
| Vyžaduje sa relatívna plocha povrchu | 1,0 (základná hodnota) | 3-4× |
Zľava-Výkonový obchod-
Tantalové výmenníky tepla stoja 30-50-krát viac ako ekvivalenty PTFE. Náklady kupuje kompaktnosť{5}}tepelná vodivosť tantalu 54 W/m·K umožňuje oveľa menší výmenník pri rovnakej prevádzke. V priestorovo obmedzených nitračných zariadeniach je táto kompaktnosť cenná.
Výmenníky PTFE sú väčšie a vyžadujú viac miesta na inštaláciu. Ak je k dispozícii priestor, PTFE poskytuje absolútnu odolnosť proti korózii za zlomok nákladov. Úspora nákladov z PTFE môže financovať dodatočný priestor alebo štrukturálne úpravy potrebné na prispôsobenie sa väčšej ploche.
Pri výstavbe nových zariadení je možné vyhradiť priestor pre väčší PTFE výmenník. Pri modernizácii existujúcich zariadení, kde je priestor značne obmedzený, môže byť kompaktnosť tantalu rozhodujúcim faktorom.
Prežitie výletov
Scenár narušenia procesu-okamžitá strata prívodu kyseliny dusičnej, kontaminácia chloridmi, teplotná odchýlka-môže zničiť tantalový výmenník. Po poškodení pasívneho filmu sa nemusí obnoviť. Poškodenie z jednej poruchy môže vyžadovať kompletnú výmenu výmenníka. Pri výbere materiálu sa musí zohľadniť pravdepodobnosť a dôsledok narušenia procesu.
PTFE prežije akékoľvek narušenie procesu, ktoré zostane v rámci teplotného limitu 260 stupňov. Homogénny polymér -nemusí stratiť pasivitu. Sté rozrušenie prežije rovnako úplne ako prvé.
Zhrnutie
Výmenníky tepla z PTFE sú bezpodmienečne odolné voči zmiešanej HNO₃-H₂SO₄ pri 120 stupňoch, zatiaľ čo tantal sa spolieha na pasívny film, ktorý, hoci je vysoko stabilný, môže byť narušený procesnými poruchami, kontamináciou chloridmi alebo defektmi zvaru. PTFE poskytuje schopnosť prežitia, s ktorou sa tantal nemôže vyrovnať, za zlomok ceny. Tantal je vyhradený pre priestor-obmedzené aplikácie, kde nie je možné pojať väčšie rozmery PTFE.
Technická podpora pre výber materiálu v nitračnej službe je k dispozícii po predložení zloženia kyseliny, prevádzkovej teploty, priestorových obmedzení a histórie narušenia procesu.
