Хлорная среда
Хлоратные и хлор{0}}щелочные процессы приводят к образованию газообразного хлора, хлорноватистой кислоты и ионов гипохлорита-мощных окислителей, которые разъедают большинство полимеров и металлов. Теплообменники в этих процессах подвергаются воздействию технологических потоков, содержащих растворенный хлор при повышенных температурах, часто с низким pH из-за побочного продукта соляной кислоты.
ECTFE (сополимер этилена-хлортрифторэтилена) представляет собой частично фторированный полимер с повторяющимся звеном -CH2-CFCl-CF₂-. Он используется в химической обработке благодаря своей превосходной химической стойкости и механическим свойствам. ПТФЭ полностью фторирован. Оба предназначены для работы с хлором, но их механизмы сопротивления и виды отказов существенно различаются.
Механизм атаки хлора
Влажный хлор воздействует на полимеры посредством сочетания окисления и хлорирования. Молекулы хлора (Cl₂) растворяются в воде с образованием хлорноватистой кислоты (HOCl) и соляной кислоты (HCl). HOCl – мощный окислитель. Он может отрывать атомы водорода от связей C-H в основной цепи полимера, создавая радикалы, которые далее реагируют с хлором или кислородом.
ECTFE содержит связи C-H в звеньях этиленового сомономера (-CH2-CH2-). Эти связи уязвимы для отрыва водорода HOCl. Образующиеся углеродные радикалы реагируют с хлором с образованием связей C-Cl или с кислородом с образованием карбонильных групп. Хлорирование и окисление разрушают полимер, вызывая охрупчивание и возможный выход из строя.
ПТФЭ не содержит связей C-H. Каждый углерод полностью замещен фтором. У HOCl нет атомов водорода, которые можно было бы оторвать. Связи C-F слишком прочны (485 кДж/моль), чтобы их мог разорвать хлор или HOCl. ПТФЭ невосприимчив к механизму воздействия хлора, который разрушает ECTFE.
| Параметр сопротивления хлору | ECTFE | ПТФЭ |
|---|---|---|
| C-H-связи в полимере | Да (этиленовые агрегаты) | Никто |
| Атака влажным Cl₂/HOCl | Удаление водорода → хлорирование и окисление | Никакой реакции |
| Максимальная рабочая температура во влажном Cl₂ (градусы) | ~120 (ограничено скоростью атаки) | 260 (химия-независимая) |
| Сохранение прочности на разрыв через 1 год в Cl₂ при 80 градусах (%) | 60-80 | > 95 |
| Начало охрупчивания | 6-18 месяцев (в зависимости от температуры) | Не происходит |
| Срок службы в хлоратном процессе (лет) | 2-5 | 10+ |
Температурный эффект
Скорость разложения ECTFE при работе с хлором увеличивается с повышением температуры. При 50 градусах атака происходит медленно, а срок службы может достигать 10 лет. При 80 градусах показатель значительно выше, а срок службы обычно составляет 2-5 лет. При 100 градусах отказ может произойти в течение 12-18 месяцев.
Скорость разложения ПТФЭ равна нулю при всех температурах ниже 260 градусов. Срок службы при работе с хлором не зависит от температуры в пределах нормального технологического диапазона. Срок службы теплообменника-ограничивается механической ползучестью, а не химическим воздействием.
Руководство по применению
Для хлоратных и хлор-щелочных процессов, работающих при температуре ниже 60 градусов, ECTFE может обеспечить достаточный срок службы при меньших первоначальных затратах, чем ПТФЭ. Для процессов, температура которых превышает 80 градусов, или там, где приоритетными являются длительный срок службы и минимальное техническое обслуживание, предпочтительным материалом является ПТФЭ.
При выборе следует также учитывать последствия неудачи. В хлоратном процессе утечка теплообменника может привести к выбросу газообразного хлора в систему парового-конденсата, что создает серьезную угрозу безопасности. Более длительный и предсказуемый срок службы ПТФЭ снижает этот риск.
Краткое содержание
Теплообменники из ПТФЭ по своей природе устойчивы к влажному газообразному хлору и разновидностям гипохлорита, поскольку полностью фторированный полимер не имеет связей C-H, которые могут атаковать хлор. ECTFE, содержащий сомономеры этилена, подвергается постепенному хлорированию и охрупчиванию, срок службы составляет 2-5 лет при температуре 80 градусов. ПТФЭ обеспечивает срок службы 10+ лет и химическую стойкость, не зависящую от температуры. Для хлоратных процессов при температуре выше 80 градусов рекомендуется использовать ПТФЭ.
Техническая поддержка для спецификации теплообменника из ПТФЭ в хлор-содержащих процессах доступна после предоставления данных о концентрации хлора, pH, температуре и текущем сроке службы оборудования.
