Koja je maksimalna dozvoljena koncentracija jona fluorida u kadi sa 20% fosforne kiseline da bi grijač PFA radio 3 godine?

Joni fluora (F⁻) iz nečistoća ili drugih pomoćnih sredstava u procesu uvelike ubrzavaju razgradnju omotača PFA grijača u 20% fosfornoj kiselini (H₃PO₄) na visokim temperaturama (80-120 stepeni). Prodorom u polimer i korodiranjem metalnog jezgra (titanijuma ili incoloja) sa fluorovodoničnom kiselinom (HF) proizvedenom in situ, fluor cilja na PFA-metalnu međuprostoru. Da bi PFA grijač ostao funkcionalan tri godine (oko 25.000 sati neprekidnog rada), maksimalna dozvoljena koncentracija jona fluorida je 50 ppm na 80 stepeni, 20 ppm na 100 stepeni i 5 ppm na 120 stepeni. U roku od šest do osamnaest mjeseci, prodiranje{15}}pojačana korozija iznad ovih pragova uzrokuje kvarove na zemlji ili kvar jezgre. Kontrola nivoa fluorida je ključna za dugovečnost grejača u kadi sa fosfornom kiselinom koja se koriste za proizvodnju đubriva ili obradu metala.

Mehanizam napada fluorida fosforne kiseline
Na temperaturama do 120 stepeni, fosforna kiselina nije štetna za PFA. Fluoridni joni su, s druge strane, izuzetno agresivni i često se nalaze kao HF ili fluorosilicijska kiselina iz obrade fosfatnih stijena. Zbog svoje male veličine (kinetički prečnik od 0,26 nm), HF molekuli prolaze kroz PFA zid brže od H₃PO₄ (vidi članak #35). Pitting korozija je rezultat HF-ovog brzog rastvaranja sloja pasivnog oksida kada dođe do metalnog jezgra (titanijuma ili incoloja). Iako su oba napadnuta pri koncentracijama fluorida od 10-20 ppm na 100 stepeni, titanijum je otporniji na HF nego Incoloy. Plašt od PFA plisira i puca iznutra zbog unutrašnjeg pritiska uzrokovanog produktima korozije (metalni fluoridi), koji imaju veći volumen od originalnog metala.

Sinergijski uticaj je ključan: plastifikacijom PFA, 20% rastvor H3PO4 održava visoku koncentraciju protona (H⁺), što ubrzava prodiranje HF. U poređenju sa fosfornom kiselinom bez fluorida-, stopa penetracije kiselih vrsta je udvostručena kada je fluor prisutan u koncentracijama od čak 10 ppm.

Maksimalna dozvoljena koncentracija fluora za tri-godišnji život (25.000 sati)
Radna temperatura ( stepen ) Maksimalni F stepen (ppm) za 3-godišnji životni vek Očekivani životni vek grejača na duplo većoj granici (godine) Režim kvara Preporučeni materijal jezgre 80 50 1.0–1,5 Incoloy sa udubljenjem jezgra 825 90 30 0.8–1,2 Blistering Incoloy ili Titanijum 11cra Titanium Grading 3-– 2 110 10 0.3–0,6 Brza korozija jezgra Titanium Grade 2 120 5 0.2–0,4 Rizik od trenutnog kvara Ne preporučuje se
Ove granice su zasnovane na kontinuiranom uranjanju i 2 mm PFA zidu. Budući da duži difuzioni kanal smanjuje brzinu dolaska HF-a, dozvoljena koncentracija fluorida raste za 30-50% za deblje stijenke (2,5-3,0 mm).

Informacije o terenu iz isparivača fosforne kiseline
Svakih osam do dvanaest mjeseci, PFA grijači (2 mm zid, Incoloy jezgro) su otkazali u postrojenju za koncentraciju fosforne kiseline koje je radilo na 100 stepeni sa 20% H3PO4 koji sadrži 25–35 ppm F⁻. Incoloy jezgro je imalo značajne udubljenja, prema metalurškim testovima. F⁻ je snižen na 8 ppm u istom postrojenju pomoću petlje izmjenjivača topline sa korakom uklanjanja fluorida (dodavanje vapna za taloženje CaF₂). Vijek trajanja grijača je produžen na 28 mjeseci (skoro predviđene 3 godine pri 10 ppm). Fabrika trenutno koristi jezgra od titanijuma za dodatnu marginu i drži F⁻ ispod 15 ppm.

Posmatranje i redukcija
Uspostavite sedmični raspored praćenja fluora pomoću ion{0}}selektivne elektrode i održavajte koncentracije ispod tro-ograničenja za dugotrajni-rad PFA grijača u 20% fosforne kiseline. Dostupne su tri korektivne mjere u slučaju da nivoi fluorida pređu granicu:

Da biste stvorili nerastvorljivi CaF₂, dodajte sredstvo za taloženje (kreč ili kalcijum karbonat), koje se zatim filtrira. Kao rezultat, F⁻ pada sa 50 ppm na 5–10 ppm.

Promijenite na PFA zid koji je 3,0 mm deblji. Budući da je penetracija HF-a obrnuto povezana s debljinom, zid od 3 mm udvostručuje vrijeme do korozije jezgre za istu koncentraciju F⁻.

Iskoristite jezgro od titanijuma koje je otpornije na HF. U kiselinama koje sadrže fluor{1}}, titanijum stepena 7 (legirani Pd-) je bolji od stepena 2.

U zaključku, granica za tri-godišnji život je 20 ppm F⁻ na 100 stepeni.
Maksimalna dozvoljena koncentracija jona fluorida za PFA grijač koji radi u kadi sa 20% fosforne kiseline na 100 stepeni tokom tri godine je 20 ppm. Granica se povećava na 50 ppm na 80 stepeni i smanjuje na 5 ppm na 120 stepeni. Fluorid značajno smanjuje vijek trajanja grijača ubrzavajući HF propusnost i koroziju jezgra. Za dugoročnu{10}}pouzdanost, redovno praćenje i eliminacija fluorida (precipitacijom kreča) su ključni. Koristite jezgra od titanijuma i deblje PFA zidove (2,5–3,0 mm) za aplikacije gde se fluorid ne može izbeći. Fluorid je smrtonosan, ali fosforna kiselina može biti bezopasna. Grejač živi ako se kontroliše fluor. Ako to zanemarite, neuspjeh će se dogoditi za nekoliko mjeseci.