Učinak oksidirajuće nečistoće
Sumporna kiselina u industrijskoj upotrebi rijetko je čista. Sadrži otopljene metalne ione od korozije uzvodne opreme, iz same kemije procesa ili iz sirovina. Željezo (Fe³⁺) i bakar (Cu²⁺) najčešće su metalne nečistoće. Njihova koncentracija u kiselini kreće se od 10 ppm do nekoliko tisuća ppm, ovisno o procesu.
Ovi otopljeni metali nisu inertni promatrači. Oni su elektrokemijski aktivni. Ioni željeza i bakra su oksidansi-mogu prihvatiti elektrone i reducirati se u stanje željeza (Fe²⁺) i bakra (Cu⁺). Ova moć oksidacije utječe na korozijsko ponašanje metala u kiselini.
Cirkonij 702 oslanja se na stabilan ZrO₂ pasivni film za otpornost na koroziju u sumpornoj kiselini. Oksidirajuće nečistoće utječu na stabilnost ovog filma-ponekad korisno, ponekad destruktivno, ovisno o koncentraciji i temperaturi.
PTFE nema pasivni film. Njegova otpornost na koroziju ne ovisi o oksidacijskom ili redukcijskom karakteru okoline. Prisutnost ili odsutnost metalnih nečistoća u kiselini nema utjecaja na kemijsku inertnost PTFE-a. Usporedba između cirkonija i PTFE-a u ovom okruženju je između materijala čija otpornost na koroziju ovisi o kemiji nečistoća i materijala koji je indiferentan prema njoj.
Dvostruki učinak oksidirajućih nečistoća na cirkonij
Oksidirajući metalni ioni u sumpornoj kiselini utječu na koroziju cirkonija na dva suprotna načina, ovisno o njihovoj koncentraciji.
Pri niskim koncentracijama (10-100 ppm), ioni željeza i bakra su korisni. Oni podižu potencijal korozije cirkonija u pasivnu domenu, jačajući ZrO₂ film. Cirkonij u sumpornoj kiselini s tragovima željeznog iona otporniji je-na koroziju od cirkonija u čistoj kiselini. Ovaj povoljan učinak je dobro poznat i ponekad se namjerno koristi - dodavanje željeznog sulfata sumpornoj kiselini za zaštitu opreme od cirkonija.
Pri visokim koncentracijama (iznad približno 500-1000 ppm, ovisno o temperaturi i koncentraciji kiseline), isti oksidirajući ioni postaju štetni. Povišeni potencijal korozije tjera cirkonij u transpasivno područje, gdje film ZrO₂ postaje nestabilan i otapa se. Rezultat je ubrzana, često lokalizirana korozija. Prag koncentracije za ovaj prijelaz ovisi o temperaturi - na višim temperaturama, prag je niži.
| Parametar korozije | Cirkonij 702 | PTFE |
|---|---|---|
| Mehanizam zaštite od korozije | ZrO₂ pasivni film | Inherentna stabilnost C{0}}F veze |
| Učinak Fe³⁺ pri 10-100 ppm | Blagotvorno (jača pasivni film) | Nema efekta |
| Učinak Fe³⁺ na 500-5000 ppm | Štetno (transpasivno otapanje) | Nema efekta |
| Učinak Cu²⁺ | Slično Fe³⁺; prag varira | Nema efekta |
| Zahtjevi praćenja koncentracije nečistoća | Kritično (mora ostati u pasivnom dometu) | Nijedan |
| Posljedica izleta nečistoće | Brza lokalizirana korozija | Bez posljedica |
Scenarij izleta u nečistoću
Kemijski procesi doživljavaju ekskurzije nečistoća. Rotor pumpe koji korodira uzvodno oslobađa komadić željeza. Promjena kvalitete sirovine dovodi do povišene razine bakra. Izmjenjivač topline, dizajniran za normalno područje nečistoća, izložen je koncentracijama daleko izvan tog raspona.
Cirkonij koji radi u "sigurnom" režimu niske-nečistoće može biti gurnut u transpasivnu koroziju ekskurzijom feri željeza. Oštećenje od korozije događa se tijekom ekskurzije i može se nastaviti nakon što se razine nečistoće vrate na normalu ako je započeo lokalizirani napad. Izlet može proći neotkriven-nema vidljive promjene u kiseloj boji, a praćenje korozije često je periodično, a ne kontinuirano.
Na PTFE ne utječe ekskurzija pri bilo kojoj koncentraciji nečistoća. Stopa korozije materijala ostaje nula bez obzira na kemijski sastav nečistoća. Ova ravnodušnost osigurava marginu sigurnosti koja je vrijedna u procesima gdje su razine nečistoća promjenjive, slabo nadzirane ili podložne povremenim odstupanjima.
Teret praćenja i kontrole
Cirkonij u sumpornoj kiselini zahtijeva praćenje koncentracije oksidirajućih nečistoća kako bi se osiguralo da ostaje unutar sigurnog raspona. Ovo praćenje troši laboratorijske resurse i stvara kontrolnu točku procesa kojom se mora upravljati. Ako se koncentracija nečistoće kreće prema transpasivnom pragu, moraju se poduzeti korektivne radnje-razrjeđivanje, kemijska prilagodba ili modifikacija procesa-.
PTFE eliminira ovaj teret nadzora i kontrole. Za potrebe kontrole korozije nije potrebna analiza nečistoća. Izmjenjivač topline radi sigurno pri bilo kojoj koncentraciji nečistoća od nule do zasićenja. Laboratorijski i procesni inženjerski resursi posvećeni upravljanju nečistoćama mogu se preusmjeriti.
Sažetak
PTFE izmjenjivači topline su indiferentni prema oksidirajućim metalnim nečistoćama u sumpornoj kiselini, dok cirkonij 702 prelazi iz pasivne zaštite u ubrzanu transpasivnu koroziju kako se koncentracija nečistoća povećava iznad praga. PTFE eliminira potrebu za praćenjem i kontrolom nečistoća i osigurava otpornost na izlete nečistoća koje bi mogle oštetiti opremu od cirkonija. U procesima u kojima je čistoća sumporne kiseline promjenjiva ili slabo kontrolirana, PTFE je izbor materijala s nižim-rizikom.
Inženjerska podrška za odabir materijala u uslugama s nečistom sumpornom kiselinom dostupna je nakon podnošenja koncentracije kiseline, vrsta nečistoća i raspona koncentracija, radne temperature i trenutnih podataka o praćenju korozije.
