Y Bygythiad Hybrin Fflworid
Asid nitrig mewn crynodiadau o 30-70% a thymheredd yn agosáu at berwi (110-120 gradd) yw'r prif gyfrwng proses mewn ailbrosesu tanwydd niwclear, melino dur gwrthstaen yn gemegol, a synthesis cemegol arbenigol. Titaniwm Gradd 7-a aloi titaniwm-palladium sy'n cynnwys 0.12-0.25% palladium-wedi'i nodi'n eang ar gyfer y gwasanaeth hwn. Mae'r ychwanegiad palladium yn addasu'r aloi yn cathodig, gan ymestyn ei wrthwynebiad cyrydiad i amgylcheddau lleihau a fyddai'n ymosod ar ditaniwm pur fasnachol.
Fodd bynnag, anaml y mae asid nitrig yn y cymwysiadau hyn yn parhau'n bur. Mae ïonau fflworid yn mynd i mewn i'r asid o ffynonellau lluosog: hydoddiant fflworid-sy'n cynnwys tanwydd niwclear, cario drosodd o asid hydrofflworig a ddefnyddir mewn ysgythru i fyny'r afon, neu halogiad o ddŵr proses. Gall crynodiadau fflworid mor isel â 5-10 ppm ansefydlogi'r ffilm goddefol TiO₂ ar ditaniwm. Ar 50-100 ppm, mae'r ffilm yn torri i lawr yn lleol. Ar 200-500 ppm, mae cyrydiad gweithredol yn dechrau.
Nid oes gan PTFE ffilm goddefol. Mae ei wrthwynebiad i asid nitrig ac i ïonau fflworid yn briodwedd absoliwt o'r bond moleciwlaidd fflworin carbon, nid cyflwr arwyneb wedi'i gynnal. Mae'r gymhariaeth rhwng titaniwm Gradd 7 a PTFE yn yr amgylchedd hwn rhwng deunydd sy'n goroesi trwy gydbwysedd electrocemegol cain ac un nad yw'n gallu thermodynamig i adweithio â naill ai'r asid neu'r fflworid.
Y Mecanwaith Chwalu Ffilm Goddefol
Mae Titaniwm Gradd 7 yn gwrthsefyll asid nitrig berwedig trwy ffilm goddefol TiO₂ sefydlog a gynhelir gan bŵer ocsideiddio'r asid. Mae'r ychwanegiad palladium yn symud potensial cyrydiad yr aloi i'r parth goddefol, gan sicrhau bod y ffilm yn aros yn sefydlog hyd yn oed ar grynodiadau asid is lle gallai titaniwm pur fasnachol actifadu.
Mae ïonau fflworid yn ymosod ar y ffilm TiO₂ trwy ffurfio cymhlygion fflworid titaniwm hydawdd-: TiO₂ + 6F⁻ + 4H⁺ → TiF₆²⁻ + 2H₂O. Mae'r cymhleth yn hydoddi, gan ddatgelu metel titaniwm noeth. Gall y metel agored naill ai ail-oddef (os yw'r crynodiad fflworid yn isel a bod asid nitrig yn bresennol) neu barhau i hydoddi (os yw'r crynodiad fflworid yn fwy na'r cynhwysedd ail-ddefnydd).
Mewn crynodiadau fflworid o dan 10 ppm mewn asid nitrig berwedig 50%, mae'r gyfradd ail-ddefnydd yn uwch na'r gyfradd diddymu ffilm. Mae'r titaniwm yn parhau i fod yn oddefol. Rhwng 10-50 ppm, mae ecwilibriwm deinamig yn bodoli - mae'r ffilm yn hydoddi ac yn diwygio, gyda cholled metel net bach. Yn uwch na 50 ppm, mae hydoddiant ffilm yn drech na'r atgyfyngiad. Mae ymosodiad lleol yn dechrau, yn enwedig mewn parthau diffygion arwyneb a weldio. Uwchben 200 ppm, mae cyrydiad gweithredol yn lluosogi ar draws yr wyneb.
| Paramedr Cyrydiad | Titaniwm Gradd 7 | PTFE |
|---|---|---|
| Mecanwaith amddiffyn rhag cyrydiad | Ffilm goddefol TiO₂ (a gynhelir gan ocsidiad HNO₃ + addasiad cathodig Pd) | Sefydlogrwydd bond C-F cynhenid |
| Crynodiad fflworid critigol ar gyfer dadansoddiad (ppm) | 10-50 (film destabilization); >200 (cyrydiad gweithredol) | Dim terfyn crynodiad |
| Cyfradd cyrydiad mewn 50% HNO₃ ar 110 gradd , 0 ppm F⁻ (mm / blwyddyn) | <0.01 | 0 |
| Cyfradd cyrydiad mewn 50% HNO₃ ar 110 gradd , 100 ppm F⁻ (mm / blwyddyn) | 0.05-0.20 (cyfyngedig) | 0 |
| Cyfradd cyrydiad mewn 50% HNO₃ ar 110 gradd , 500 ppm F⁻ (mm / blwyddyn) | >1.0 (gweithredol, cyflym) | 0 |
| Sensitifrwydd i wibdeithiau fflworid | Uchel (difrod na ellir ei wrthdroi'n bosibl) | Dim |
Y Goroesedd Taith
Y gwahaniaeth mwyaf arwyddocaol rhwng titaniwm Gradd 7 a PTFE yn y gwasanaeth hwn yw ymateb i wibdeithiau fflworid. Gall gwibdaith fflworid-o ganlyniad i broses wedi cynhyrfu, cemegau yn cael eu colli, neu fethiant i dynnu fflworid i fyny'r afon-wneud y cyfnewidydd gwres yn agored i grynodiadau fflworid ymhell uwchlaw'r ystod weithredu arferol am gyfnod o funudau i oriau.
Efallai na fydd titaniwm Gradd 7 a ddifrodwyd gan wibdaith fflworid yn gwella. Mae'n bosibl na fydd y ffilm oddefol, ar ôl ei dinistrio, yn cael ei-ffurfio'n unffurf pan fydd lefelau fflworid yn dychwelyd i normal. Mae pyllau a ddechreuwyd yn ystod y daith yn parhau i luosogi yn y crynodiad fflworid gweddilliol yn amgylchedd y pwll. Gall y cyfnewidydd ymddangos yn gyfan yn allanol tra bod twneli cyrydiad trwy'r wal.
Nid yw gwibdeithiau fflworid o unrhyw faint neu hyd yn effeithio ar PTFE. Nid oes gan y deunydd unrhyw gof o'r wibdaith. Pan fydd lefelau fflworid yn dychwelyd i normal, mae'r arwyneb PTFE yn union yr un fath â'i gyflwr cyn-gwibdaith. Mae'r gallu hwn i oroesi yn werthfawr mewn prosesau lle mae gwibdeithiau'n brin ond yn bosibl, a lle mae canlyniad methiant cyrydiad heb ei ganfod yn annerbyniol.
Mae'r Gost-Masnach Perfformiad-i ffwrdd
Mae cyfnewidwyr gwres titaniwm Gradd 7 yn ddrud-mae'r gost ffug 8-12 gwaith yn fwy na PTFE cyfatebol ar gyfer yr un doll gwres. Mae'r premiwm cost yn prynu crynoder (dargludedd thermol titaniwm o 21 W/m·K yn erbyn PTFE's 0.25 W/m·K) a gallu gwasgedd uwch. Mewn prosesau lle mae fflworid wedi'i warantu'n absennol a gofod wedi'i gyfyngu, titaniwm Gradd 7 yw'r dewis priodol.
Mewn prosesau lle mae fflworid yn bresennol mewn unrhyw grynodiad, neu lle mae gwibdeithiau fflworid yn bosibl, PTFE yw'r dewis risg isaf waeth beth fo'r gost. Mae cost gwibdaith fflworid sengl sy'n dinistrio cyfnewidydd titaniwm yn aml yn fwy na chost y dewis arall PTFE. Mae'r cyfnewidydd PTFE hefyd yn dileu'r seilwaith monitro a rheoli crynodiad fflworid y mae titaniwm yn ei fynnu.
Crynodeb
Mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn gwrthsefyll yn ddiamod i asid nitrig berwi gyda halogiad olrhain fflworid, tra bod titaniwm Gradd 7 yn dibynnu ar ffilm oddefol sy'n torri i lawr mewn crynodiadau fflworid uwchlaw 10-50 ppm. Mae'r gallu i oroesi gwibdaith fflworid PTFE yn absoliwt; gall titaniwm ddioddef ymosodiad lleol anwrthdroadwy o un digwyddiad gwibdaith. PTFE yw'r dewis risg is mewn unrhyw wasanaeth asid nitrig lle mae fflworid yn bresennol neu'n bosibl, er gwaethaf ei ôl troed mwy a'i allu pwysedd is.
Mae cymorth peirianneg ar gyfer dewis deunydd PTFE vs titaniwm Gradd 7 mewn gwasanaeth fflworid asid nitrig ar gael ar ôl cyflwyno crynodiad asid, lefelau fflworid arferol a gwibdaith, tymheredd gweithredu, dyletswydd gwres, a chyfyngiadau gofod.
