Проблема износа навозной жижи
Шламовые резервуары с перемешиванием при переработке полезных ископаемых, производстве фосфорной кислоты и очистке сточных вод суспендируют абразивные твердые частицы в агрессивных жидкостях. Трубки теплообменника, погруженные в эту среду, постоянно подвергаются воздействию частиц. Каждое столкновение частиц удаляет микроскопическое количество материала с поверхности трубки. В течение месяцев и лет кумулятивная эрозия истончает стенку трубы.
ПТФЭ с-наполнителем глинозема-ПТФЭ, содержащий 10-20 % порошка оксида алюминия (Al₂O₃)-продается как устойчивая к истиранию альтернатива первичному ПТФЭ. Частицы керамического наполнителя, более твердые, чем матрица из ПТФЭ, предназначены для улавливания ударных частиц суспензии и защиты полимера от износа.
Эта концепция справедлива при сухом скользящем износе. При мокрой шламовой эрозии химическая среда и интерфейс матрицы наполнителя создают сложности, которые могут свести на нет ожидаемое преимущество в производительности. Понимание этих сложностей необходимо для правильного выбора материала в абразивной химической промышленности.
Механизм шламовой эрозии
Шламовая эрозия в резервуаре с мешалкой предполагает, что частицы, взвешенные в жидкости, ударяются о поверхность трубки теплообменника с умеренными скоростями,-обычно 1–5 м/с. Удар частиц создает локализованную пластическую деформацию на поверхности ПТФЭ. Повторяющиеся удары накапливают напряжение, в конечном итоге отделяя небольшие фрагменты полимера.
Поверхность первичного ПТФЭ реагирует на воздействие частиц вязкоупругой деформацией. Полимерные цепи поглощают энергию удара и упруго отскакивают, если деформация ниже порога текучести. Эрозия возникает в результате процесса,-подобного усталости, после многих ударов. Ставка низкая и равномерная.
В ПТФЭ,-наполненном оксидом алюминия, частицы наполнителя жесткие. Они не деформируются под воздействием ударов. Энергия удара концентрируется на границе между твердыми частицами оксида алюминия и более мягкой матрицей из ПТФЭ. Концентрация напряжений приводит к появлению микро-трещин на границе матрицы наполнителя-. Эти трещины растут при многократном воздействии. Со временем окружающий ПТФЭ отделяется, забирая с собой частицы наполнителя. Скорость эрозии определяется не твердостью наполнителя, а адгезией наполнителя к матрице и сопротивлением усталости этой границы раздела.
| Параметр эрозии | Девственный ПТФЭ | ПТФЭ с глиноземным-наполнителем |
|---|---|---|
| Механизм защиты от эрозии | Вискоэластическое поглощение энергии | Частицы наполнителя перехватывают удары |
| Интерфейс матрицы-заполнителя- | Н/Д (однородный) | Место концентрации стресса |
| Возникновение микро-трещин | Медленный (однородный материал) | Ускоряется на границах наполнителя |
| Скорость эрозии в суспензии кремнезема при перемешивании (относительная) | 1,0 (базовый уровень) | 1.2-1.8× |
| Состояние поверхности через 1000 часов | Гладкий, равномерный износ | Шероховатость, обнаженные частицы наполнителя |
| Стабильность коэффициента теплопередачи | Стабильный (гладкая поверхность) | Деградирует (шероховатая поверхность) |
| Химическая стойкость | Отличный | Под угрозой, если кислота воздействует на наполнитель |
Химическое-взаимодействие с наполнителем
Глинозем химически устойчив ко многим кислотам, но подвергается воздействию некоторых распространенных технологических растворов. В суспензиях фосфорной кислоты оксид алюминия медленно реагирует с образованием фосфата алюминия. В щелочных суспензиях оксид алюминия растворяется в виде алюмината. Химическая атака на частицы наполнителя на поверхности трубы удаляет их, оставляя ямки на поверхности ПТФЭ. Ямки концентрируют напряжение и ускоряют механическую эрозию.
Даже в химически безопасных суспензиях обнажение частиц наполнителя на поверхности,-которое происходит при незначительной эрозии матрицы ПТФЭ-, приводит к шероховатости поверхности. Шероховатая поверхность увеличивает сопротивление жидкости и снижает коэффициент внешней теплопередачи. Характеристики теплопередачи трубки,-заполненной оксидом алюминия, со временем ухудшаются, даже если скорость эрозии низкая.
Первичный ПТФЭ разрушается равномерно. Поверхность остается гладкой. Коэффициент теплопередачи стабилен на протяжении всего срока службы трубки.
Руководство по применению
Для химически агрессивных суспензий-фосфорная кислота, кислая шахтная вода, едкие суспензии-предпочтительным материалом является чистый ПТФЭ. Химическое воздействие на оксид алюминия в наполненных марках сводит на нет все преимущества стойкости к истиранию и может ускорить разрушение.
Для химически безопасных высокоабразивных суспензий при умеренных температурах ПТФЭ,-наполненный оксидом алюминия, может обеспечить более длительный срок службы, если наполнитель хорошо-сцеплен с матрицей и энергия удара частиц находится в пределах возможностей наполнителя. Прежде чем выбирать наполненный ПТФЭ для работы со шламами, рекомендуется провести испытания в условиях конкретной площадки-.
Краткое содержание
Трубки теплообменника из чистого ПТФЭ часто соответствуют или превосходят ПТФЭ,-наполненный глиноземом, в резервуарах для шлама с перемешиванием, поскольку поверхность раздела с матрицей наполнителя- становится местом ускоренного зарождения микро-трещин под воздействием частиц, а также потому, что химическое воздействие на наполнитель в кислотных или щелочных растворах удаляет частицы наполнителя и делает поверхность шероховатой. Гомогенная структура Virgin PTFE разрушается медленно и равномерно, сохраняя гладкую поверхность и стабильную теплопередачу. Наполненный ПТФЭ следует использовать для работы в суспензиях только после подтверждения химической стойкости наполнителя и адгезии наполнителя к матрице в конкретных условиях процесса.
Техническая поддержка при выборе материала ПТФЭ для применения в абразивных суспензиях доступна после предоставления данных о составе суспензии, размере и твердости частиц, концентрации твердых веществ, интенсивности перемешивания и рабочей температуре.
