Како упоредити дуготрајну-хидролитичку стабилност ПФА у односу на ФЕП грејаче за парне{2}}загрејане смеше киселина?

Fluoropolymer heaters in steam-heated acid service, as seen in digesters, hydrolysers, and chemical reactors, are exposed to a combination of high-temperature steam (120–180°C) and aggressive acids (H₂SO₄, HNO₃, HCl, H₃PO₄). Two fluoropolymers are the leaders in this service: PFA (perfluoroalkoxy) and FEP (fluorinated ethylene propylene). Their long-term hydrolytic stability-resistance to degradation by steam and hot acids-varies widely. PFA has a greater temperature for continuous use (200°C compared with 180°C for FEP) and better resistance to permeability by steam and attack by acids. FEP has a lower melting point (255°C against 305°C for PFA) and is more vulnerable to stress cracking in the presence of steam and acid vapours. For long term service (5+ years) in steam heated acid combinations at temperatures >150 степени, ПФА је 3-5Кс бољи од ФЕП. Оба су знатно испод 130 степени. Основна разлика између полимера је њихова отпорност на хидролитичко цепање ланца на повишеним температурама, где повећана молекулска тежина ПФА и стабилнији перфлуороалкокси бочни ланци имају предност у издржљивости.

Путеви хидролитичке деградације
У мешавинама киселина загрејаним паром активна су три пута разградње. Први је директна хидролиза полимерног ланца. Изнад 140 степени иу присуству воде и киселине погодује се нападу ланца на Ц-Ф везама. Молекули воде катализују стварање крајњих група карбоксилне киселине (ЦФ2-ЦООХ) које даље катализују деградацију-аутокаталитичког процеса. ФЕП има рањивије крајеве ланца по јединици запремине од ПФА, јер има -О-ЦФ2-ЦФ2-О- бочне ланце који су стабилнији, због -ЦФ3 бочних група. Студије убрзаног старења на 160 степени у 20% Х₂СО₄ + пара показују да ФЕП губи 15–25% затезне чврстоће након 2000 х, а ПФА губи 5–10%.

Други механизам је корозија убрзана пропусношћу. Полимерни зид је пропуснији за пару него за течну воду. Брзина продирања паре кроз ФЕП (1,0-2,0 г/м2 дневно за зид од 2 мм) је 2-3× већа од ПФА (0,4-0,8 г/м2 дан) на 150 степени. Повећана пенетрација доводи више паре до металног језгра и убрзава корозију језгра. Производи корозије металног језгра (сулфати гвожђа у Х 2 СО 4 , хлориди гвожђа у ХЦл ) имају већу запремину од оригиналног метала. Ово ствара унутрашњи притисак и изазива стварање пликова и пуцања полимера изнутра према споља. Већа пермеација ФЕП-а узрокује раније стварање пликова.

Трећи механизам је пуцање под стресом околине (ЕСЦ). Пара и киселина су агенси за пуцање под стресом, посебно на температурама које се приближавају тачки топљења полимера. ФЕП има нижу тачку топљења (255 степени у односу на . 305 степен за ПФА), што значи да је на 180 степени ФЕП на 70% температуре топљења (Тм) у поређењу са 59% за ПФА. Пузање и релаксација напона су израженији у ФЕП-у на повишеним температурама, док се ЕСЦ јавља са нижим примењеним напонима. Грејач са заосталим напоном од 3–4 МПа од производње може да пукне у ФЕП-у у року од годину дана на 170 степени, али издржи 5+ година у ПФА.

Подаци за поређење хидролитичке стабилности
Параметар ФЕП ПФА Предност
Температура континуалне употребе (ваздух) 200 степени 180 степени ПФА +20 степен
Тачка топљења (Тм) 305 – 315 степени 255 – 265 степени ПФА +50 степени
Брзина пропуштања водене паре на 150 степени, зид од 2 мм (г/м2/дан) 0,4–0.8 1.0–2,0 ПФА 2–3× ниже
Задржавање затезне чврстоће након 2000 сати у пари + 20 % Х₂СО₄ 160 степени 85–92% 70–78% ПФА 15–20% боље
Издужење са идентичним излагањем задржано 80–85 % 55–65 % ПФА 25-30 % боље
Време настанка пликова (2 мм зид, пара + 30% Х2СО4, 160 степени) 3.000-5.000 сати 800-1.500 сати ПФА 2-3× дуже
Оцена хидролитичке стабилности (АСТМ Д543) на 150 степени у киселини/пари 9/10 (одлично) 6/10 (добро) ПФА боље
Steam stress crack resistance 170°C (hours to failure 5 MPa applied stress) >10,000 1,500-3,000 ПФА 3-5× боље
Максимална радна температура за 5-годишњи радни век у пари + 50% Х2СО4 170 степен 140 степени ПФА +30 степен
Водич за избор специфичних апликација
Мешавина киселина, пара{0}загрејана Препоручени температурни опсег материјала Расуђивање
Х2СО₄, разблажен (5–20%) + пара<130°C PFA or FEP (both OK)Cost may dictate FEP choice
Разблажен Х₂СО₄ (5–20 %) + пара 130–160 степени ПФА ФЕП се разграђује после 1–2 године
50-80% концентроване паре Х2СО{2}}<120°C PFA or FEPLimited by acid compatibility
Концентровани Х2СО4 (50-80%) + пара 120-150 Ц ПФА само ФЕП отказује месецима
ХНО₃ (10–30%) + пара<140°C PFA FEP degrades from oxidation
ХЦл (10-30%) + пара<150°C PFA FEP penetration causes core corrosion
Мешана киселина (Х₂СО₄ + ХНО₃ + Х₂О) + пара < 160 степени само ПФА Екстремна клима, ФЕП неприкладан
Дигестер (Х2СО4 + органски) + пара 160–180 степени ПФА дебелог зида (2,5–3,0 мм) ПФА на граници; ФЕП би брзо пропао
Аутоклав (киселина + пара, серија) 200 степени (пролазни) Нема; користите кварц или метал Преко дугорочних-ограничења ПФА
Теренски подаци за хидролизни реактор
Хемијско постројење користило је два идентична реактора за хидролизу који раде на 150 степени са убризгавањем паре на 30% Х2СО4. Реактор А користио је ПФА грејач (2,0 мм зид). У реактору Б је коришћен ФЕП грејач (зид 2,0 мм) . 18 месеци непрекидног рада:

Reactor A (PFA): Heater surface showed slight yellowing, no cracking, insulation resistance >200 МΩ, у служби 36 месеци.

Реактор Б (ФЕП): Грејач је имао неколико ободних пукотина на прирубници (пукотине од напрезања), отпор изолације је смањен на 10 МΩ, замењен после 22 месеца. ФЕП грејач је такође имао 30% мање издужење при прекиду од свежег.

The plant converted all reactors to PFA and took FEP heaters out of steam acid service >130 степени. Почетна премија трошкова за ПФА (15-25% у односу на ФЕП) је надокнађена у првом циклусу замене (22 месеца у односу на . 36+ месеци).

Разматрање дизајна за парну{0}}услугу за киселину
За мешавине киселина, загрејане паром, користите ПФА ако је температура виша од 130 степени или ако је садржај киселине већи од 20%, а у супротном користите ФЕП. За рад на температурама изнад 150 степени, додатни захтеви су: (1) Дебљи ПФА зид (2,5-3,0 мм) да би се смањила пропустљивост и обезбедила могућност ерозије. (2) Инсталирајте сакупљач влаге или азот на хладном крају да бисте спречили кондензацију паре у области терминала. (3) Ограничите густину у ватима на мање или једнако 2,5 В/цм² да бисте одржали температуру унутрашње површине ПФА<200°C. (4) Install a steam deflector for direct steam injection onto the heater to prevent localised superheating. (5) Conduct annual insulation resistance testing; a fall from >1.000 МΩ до<100 MΩ indicates penetration or breaking.

Погледајте ФЕП грејаче који су већ у употреби на пару и киселину. Почетни показатељ деградације је губитак површинског сјаја (мат финиш), затим жутило, па пуцање. ФЕП који је постао браон је близу неуспеха. Замена ПФА се препоручује код прве индикације деградације. Нема чекања на цурење.

ЗАКЉУЧАК: ПФА показује бољу хидролитичку стабилност за киселине загрејане паром
PFA is far more suited for long-term use in steam heated acid combinations than FEP because it has a higher temperature capability (200°C vs. 180°C), lower steam penetration (2-3x lower), and superior resistance to stress cracking and hydrolysis. PFA heaters survive 2-5x longer than FEP heaters in service >130 степени са јаким киселинама. Премија трошкова (15–25%) за ПФА је оправдана смањеном учесталошћу замене, мањим временом застоја и мањим бројем опасности од контаминације. У благим киселинама испод 130 степени ФЕП даје прихватљиве перформансе уз мање трошкове. Инжењери који специфицирају грејаче за дигесторе, хидролизаторе или парне{7}}киселинске реакторе у било којој примени где је дугорочна-поузданост од суштинског значаја треба да наведе ПФА. ФЕП је погодан за ниже температуре или мање захтевне апликације где је прихватљив краћи век. Када сте у недоумици, одлучите се за ПФА. Мања уштеда материјала је више него надокнађена кваром ФЕП грејача у реактору са врућом киселином-контаминацијом у купатилу, непланираним заустављањем, заменским радом. ПФА је норма за мешавине киселина загрејане паром. ФЕП је изузетак за ниске температуре или услуге које нису{15}}критичне.