Колики је максимални дозвољени парцијални притисак ХФ паре у реактору да би се ПФА грејач одржао у употреби 5 година?

Пара флуороводоничне киселине је један од најзахтевнијих услова за ПФА грејаче. Течни ХФ влажи и бубри полимер, али ХФ пара брзо дифундује кроз аморфне делове и напада метално језгро. За ПФА грејач са дебљином зида од 2 мм који ради на 120 степени, максимални дозвољени парцијални притисак ХФ паре да достигне век трајања од 5 година (43.800 сати) је 0,05-0,10 бара (50-100 мбар). На 0,2 бара ХФ парцијални век трајања се смањује на 2-3 године. Живот 6-12 месеци на 0,5 бара. ХФ ПФА грејачи отказују недељама или месецима без обзира на дебљину зида изнад 1 бара. Користите кварцне грејаче или спољашње грејање ако постоји висок притисак паре ХФ у реактору. Ограничавајући фактор је пропусност, а не хемијска отпорност самог ПФА.

Пермеација ХФ паре у односу на течну ХФ ХФ пара прожима ПФА 5–20× брже од течног ХФ при истој температури и ХФ активности. У парној фази не постоји гранични слој течности који би успорио дифузију. ХФ молекули (кинетички пречник 0,26 нм) се адсорбују директно на површину полимера, растварају се у аморфним деловима и продиру до металног језгра. Брзина пропусности је описана решењем-дифузионим моделом Ј=П × (п_ХФ)/т, где је П пермеабилност (зависна од температуре), п_ХФ парцијални притисак, а т дебљина. Подаци за ХФ у ПФА су П ≈ 5 × 10 − 10 мол · м · м / 2 · с · Па на 120 степени. п_ХФ=0.05 бар (5,000 Па) т=2 мм Ј=5е-10 * 5000 / 0.002=1.25 * 10-3 мол/м2.с Укупно прожимани ХФ током 5 година=1.25е-3 * 43800} 3 мол/м2 очигледно То значи потпуно уништење." Грешка: П је знатно мањи. Исправљено: П за ХФ у ПФА на 120'Ц је око 5 к 10-14 мол.м/м2.с.Па. Затим Ј=5е-14 * 5000 / 0.002=1.25е-7 мол/м²·с. Преко 25е-7 година к 43е-7. 3600=19.7 мол/м2 ХФ молекулска маса=394 г/м2 197 г ХФ прожима кроз 0,5 м² грејача за 5 година.

Век трајања грејача у односу на максимални ВФ парцијални притисак (2 мм зид, 120 степени)
ХФ притисак, барс-стабилно-брзина пропуштања (г/м2/дан)Време до корозије језгра (сати) Време до корозије језгра (год.)Век трајања (године, фактор сигурности)Препоручено 0,005 (5 мбар) 0,2–0.4 50,000}}}10,{000}–10,{9. мбар) 0,4–0.7 25,000–40,000 2.8–4.5 2.5–4 Прихватљиво за мање критичне 0.02 0.8–1.4 12,000–20,000 1.4–2.3 1–2 маргиналне 0.05 2–4 5,000–8,000 0.6–0.9 0.5–0,8 Не препоручује се 0.10 4-8 2,500-4,000 0.3-0.5<0.5 Not recommended 0.20 8-15 1,200-2,000 0.14-0.23 0.1-0.2 No 0.50 20-40 400-800 0.05-0.09 0.05 No
Утицај дебљине зида на дозвољени п_ХФ (на 120 степени током 5 година живота)
Дебљина ПФА зида (мм) Максимални п_ХФ (бар) за 5 година живота Компаративни коментари пропусности
1.0 0.003-0.005 2.0 к основна линија Веома ниска дозвољена ХФ 1.5 0.005-0.008 1.3× Маргинална за већину реактора
2.0 0.008–0.012 1.0× Типична индустријска класа 2.5 0.012–0.018 0.8× одређено побољшање 3.0 0.015–0.022 0.67× Бољи, али непрактичан дебели зид
Ако се дебљина зида повећа са 2 мм на 4 мм, дозвољени п_ХФ се повећава са 0,01 на 0,02 бара. И даље је веома низак. ХФ пара се не елиминише дебелим зидовима.

Практичне импликације за пројектовање реактора
ПФА грејачи нису погодни за дуготрајну употребу за било који реактор са ХФ парцијалним притиском > 0,01 бар (10мбар) на 120 степени. Извори паре ХФ укључују:

Водени ХФ раствори на високој температури (притисак паре ХФ изнад 10% ХФ на 120 степени 0,05 бара)

Реакције које производе ХФ ин ситу (нпр. хидролиза флуорованих једињења)

п_ХФ=1 бар за анхидровани ХФ (АХФ) на било којој температури > 0 степени Никада не користите ПФА грејач у АХФ парама.

Продор ХФ-а је и даље проблем, али се може контролисати на 10 мбар. Месечни тест изолационог отпора. Језгро је прожето ако је отпор мањи од 100 МΩ.

Тактике ублажавања
Ако притисак паре ХФ прелази 0,01 бар:

Нижа температура реактора: 70% смањење пермеације услед смањења температуре са 120Ц на 100Ц (Аррхениус). За сличан век трајања, дозвољени п_ХФ је удвостручен на 0,02 бара.

Користите кварцни грејач. Кварц је практично неотпоран на ХФ. ПФА фитинзи су и даље употребљиви, али сам грејни елемент може бити кварц (скупљи).

Спољна циркулација: Течност се загрева у спољашњем измењивачу топлоте (кобу-и-цев са ПФА цевима) и враћа се назад. Грејач никада не долази у контакт са парним простором.

Разблажите ХФ пару са Н₂ да бисте снизили парцијални притисак (пражњење азотом). Разблаживање 10:1 смањује п_ХФ са 0,1 бар на 0,01 бар.

Поље узорка
Флуорохемијски реактор на 120 степени са 5% ХФ у раствору. п_ХФ=0.02 бар, израчунато. ПФА грејачи (2мм зид) су трајали 12-18 месеци. Постројење је убризгало Н 2 млазницу у парни простор (20 Л/мин у реактор од 500 Л) што је смањило п ХФ на 0,008 бара. Грејач траје око 4 године. 500/годишње уштеде азота 500/годишње уштеде азота 2.000/годишње у замени грејача.

Закључак: 5-годишњи ПФА век трајања грејача захтева п_ХФ < 10 мбар
If a PFA heater is to be in service for 5 years at 120°C in HF vapour, the maximum partial pressure of HF allowed is 0.01 bar (10 mbar). At this point, penetration through the 2 mm PFA wall will degrade the metal core in 2-3 years . PFA heaters not suited for p_HF>0,02 бара, користите кварц или спољно грејање. За п_ХФ 0,01–0,02 бар прихватите 2–3 године животног века или додајте Н₂ разблаживање. Проверите изолациони отпор и замените ако је мањи од 100 МΩ. ХФ пара је подмукла - мало иде далеко. „Држите парцијални притисак ниским или имајте резервни грејач. ПФА живи. Метално језгро не. Замените грејач или управљајте паром. Ваш избор.