Mae'r broses alcali clor, sy'n cynhyrchu clorin a soda costig, yn cynnwys rhai o'r hylifau mwyaf cyrydol mewn cemeg diwydiannol-heli poeth crynodedig, nwy clorin gwlyb, a chastig cryf. Rhaid i gyfnewidwyr gwres yn y planhigion hyn wrthsefyll llu o amodau ymosodol.PTFE cyfnewidydd gwres clor diwydiant alcalimae cymwysiadau wedi dod yn hanfodol ar gyfer trin y ffrydiau hyn yn ddibynadwy, gan fod ymwrthedd cemegol eithriadol y fflworopolymer yn perfformio'n well na'r mwyafrif o fetelau yn y gwasanaethau hyn.
Amgylchedd Cyrydol Planhigion Alcali Clor
Mae tair prif ffrwd proses yn dominyddu cynhyrchiant clor-alcali (trwy dechnolegau diaffram, mercwri, neu gelloedd pilen):
heli (hydoddiant sodiwm clorid): Dirlawn neu bron yn dirlawn, fel arfer ar 60-90 gradd, yn aml yn cynnwys amhureddau calsiwm, magnesiwm a sylffad. Mae heli poeth yn gyrydol iawn i ddur carbon a llawer o ddur di-staen oherwydd -dyllu a achosir gan glorid a chorydiad agennau.
Soda costig (sodiwm hydrocsid): Crynhoi (32-50% NaOH) ar dymheredd yn amrywio o 80 gradd mewn elifiant celloedd i 150 gradd yn ystod anweddiad. Mae costig poeth yn achosi cracio cyrydiad straen mewn duroedd di-staen austenitig ac yn ymosod yn gyflym ar alwminiwm a sinc.
Nwy clorin gwlyb: Mae clorin dirlawn ag anwedd dŵr yn ocsideiddiol iawn. Mae'n ffurfio asidau hydroclorig a hypochlorous sy'n dinistrio'r rhan fwyaf o fetelau, gan gynnwys dur di-staen a thitaniwm, o fewn amser byr.
Rhaid i gyfnewidwyr gwres hefyd drin gwirod anodig (heli disbyddu), cyddwysiad clorin, a ffrydiau ailgylchu amrywiol. Mae cyfnewidwyr gwres metel confensiynol yn methu'n gyflym mewn un neu fwy o'r amgylcheddau hyn, gan wneud fflworopolymerau yn ddewis arall deniadol.
Cymwysiadau Allweddol Cyfnewidwyr Gwres PTFE mewn Planhigion Alcali Clor
Defnyddir cyfnewidwyr gwres PTFE (polytetrafluoroethylene) mewn sawl gwasanaeth hanfodol lle mae ymwrthedd cyrydiad yn cael blaenoriaeth dros effeithlonrwydd thermol. Mae dargludedd thermol isel PTFE (≈0.25 W/m·K) yn cael ei ddigolledu gan arwynebeddau mawr (ee, bwndeli tiwb aml-- neu ddyluniadau coil) a dileu amser segur a achosir gan fethiannau cyfnewidwyr metel.
Preheaters heli
Rhaid gwresogi heli amrwd i dymheredd gweithredu celloedd (gradd 70-85 yn nodweddiadol ar gyfer celloedd pilen) cyn electrolysis. Mae coiliau trochi PTFE neu gyfnewidwyr cragen-a{-cyfnewidwyr tiwb yn cael eu gosod yn uniongyrchol mewn tanciau heli neu mewn dolenni ailgylchredeg. Mae'r heli yn aml yn dirlawn â chlorin a gall gynnwys hypoclorit o'r ffrydiau dychwelyd celloedd. Mae PTFE yn gwrthsefyll yr holl rywogaethau hyn heb gyrydiad tyllu neu agennau.
Mewn planhigion cell bilen, mae purdeb heli yn hanfodol i osgoi gwenwyno'r -pilenni cyfnewid ïon. Nid yw cyfnewidwyr PTFE yn cyflwyno unrhyw ïonau metel i'r heli, gan gadw bywyd y bilen. Gall cyfnewidwyr metel (ee, titaniwm) gyrydu o hyd ym mhresenoldeb clorin rhydd neu o dan ddyddodion, tra bod PTFE yn parhau i fod yn anadweithiol.
Oeryddion costig
Mae'r elifiant catholyte o gelloedd clor-alcali yn cynnwys 32–35% NaOH ar tua 80–90 gradd . Rhaid oeri hwn cyn storio neu ganolbwyntio ymhellach. Defnyddir cyfnewidwyr gwres cragen PTFE-a-tiwb gyda dŵr oeri ar ochr y gragen a chastig yn llifo drwy diwbiau PTFE. Mae'r fflworopolymer yn gwrthsefyll costig ar y tymereddau hyn heb risg o embrittlement costig neu gracio cyrydiad straen.
Ar gyfer costig tymheredd uwch (uwchlaw 110 gradd, fel mewn cylchedau anweddydd), mae'n well cael cyfnewidwyr PFA (perfluoroalkoxy) neu fetelau egsotig fel Nickel 200 oherwydd bod PTFE yn dechrau meddalu ychydig yn uwch na 120 gradd, er bod ei wrthwynebiad cemegol yn parhau'n gyfan. Fodd bynnag, ar gyfer yr ystod gradd 80-90 nodweddiadol, mae PTFE yn gwbl addas.
Oeryddion Nwy Clorin Gwlyb
Mae clorin sy'n gadael y gell yn boeth (80-95 gradd ) ac yn dirlawn ag anwedd dŵr. Mae oeri yn cyddwyso llawer o'r dŵr ac yn lleihau cyrydiad i lawr yr afon. Defnyddir cyfnewidydd cragen tiwb PTFE, gyda nwy clorin gwlyb yn mynd trwy diwbiau PTFE a dŵr oeri o'u cwmpas. Nid yw arwyneb PTFE yn adweithio â chlorin gwlyb nac â'r asidau hydroclorig a hypochlorous sy'n ffurfio ar anwedd.
Mae angen aloion drud ar oeryddion metel ar gyfer gwasanaeth clorin gwlyb (ee, tantalwm, Hastelloy C-22) ac mae ganddynt fywyd cyfyngedig o hyd. Mae cyfnewidwyr PTFE, tra'n fwy ar gyfer yr un ddyletswydd, yn gweithredu am flynyddoedd heb gyrydiad. Fe'u defnyddir hefyd fel cyddwysyddion clorin ar ôl y tŵr sychu, lle mae'r nwy yn llawer sychach ond yn dal yn ymosodol.
Gwresogydd/Oerydd Dechlorination Halen
Mae heli disbyddu (anolyt) sy'n gadael y gell yn cynnwys clorin hydoddedig. Cyn i'r heli gael ei ailgylchu a'i ail-ddirlawn, rhaid tynnu clorin (datglorineiddio) trwy wactod neu stripio aer. Mae'r heli yn aml yn cael ei gynhesu i 85-95 C i gynorthwyo â dadglorineiddiad. Defnyddir cyfnewidwyr PTFE i adennill gwres o'r heli declorinedig sy'n mynd allan, gan gynhesu heli ffres sy'n dod i mewn ymlaen llaw. Mae'r ddolen cyfnewid gwres hon yn trin hylifau cyrydol a gallant gynnwys clorin gweddilliol, gan wneud PTFE yn ddewis ymarferol.
Niwtraleiddio Ffrwd Gwastraff
Mae ffrydiau asidig neu alcalïaidd gwastraff o weithfeydd alcali clor yn cael eu niwtraleiddio cyn eu gollwng. Weithiau defnyddir cyfnewidwyr gwres PTFE i adennill gwres o'r adweithiau niwtraleiddio hyn neu i oeri'r elifiant niwtral. Nid yw'r ystod pH eang (o asidig iawn i sylfaenol iawn) yn effeithio ar PTFE.
Pam Mae PTFE yn cael ei Ffafrio Dros Fetelau ar gyfer y Gwasanaethau hyn
| Hylif Proses | Materion Cyfnewidydd Metel | Mantais PTFE |
|---|---|---|
| heli dirlawn poeth (gyda Cl₂, OCl⁻) | Gall titaniwm gyrydu ym mhresenoldeb clorin rhydd; pitting dur di-staen; aloion nicel yn gostus | PTFE anadweithiol i'r holl gydrannau heli; dim trwytholchi ïon metel |
| Soda costig poeth (32-50%, 80-90 gradd) | Cracio cyrydu straen dur di-staen; aloion nicel ddrud | Mae PTFE yn gwrthsefyll caustig; dim mecanwaith cracio |
| Nwy clorin gwlyb | Dim ond tantalwm neu aloion arbennig sydd wedi goroesi; cost uchel ac amser arweiniol | PTFE gwrthsefyll llwyr; cost cyfalaf is (er maint mwy) |
| Asidau/alcalïau cymysg mewn ffrydiau gwastraff | Cyrydiad cyflym oherwydd siglenni pH | PTFE heb ei effeithio gan unrhyw pH |
Y deunydd o ddewis ar gyfer llawer o wasanaethau mewn gweithfeydd alcali clor yw PTFE pan nad yw'r tymheredd gweithredu yn fwy na thua 110 gradd. Uwchlaw hynny, ystyrir dewisiadau amgen PFA neu fetel, ond mae mwyafrif y dyletswyddau cyfnewid gwres mewn trin heli, tŷ celloedd, a thrin clorin yn dod o fewn ystod tymheredd PTFE.
Ystyriaethau Dylunio ar gyfer Cyfnewidwyr PTFE mewn Gwasanaeth Alcali Chlor
Cyfyngiadau Tymheredd
Mae gan PTFE derfyn defnydd parhaus o tua 260 gradd mewn cymwysiadau nad ydynt yn cario llwyth, ond ar gyfer cyfnewidwyr gwres lle mae'r polymer dan bwysau mewnol oherwydd cyfrwng gwresogi/oeri, mae terfynau ymarferol yn is. Ar gyfer cymwysiadau alcali clor, mae cyfnewidwyr PTFE fel arfer yn cael eu pennu ar gyfer hylifau o dan 110 gradd . Ar gyfer anweddyddion costig sy'n gweithredu uwchlaw 120 gradd , defnyddir cyfnewidwyr â leinin PFA (ymdoddbwynt 305 gradd ) neu elastomer perfflworinedig.
Graddfeydd Pwysau
Nid yw tiwbiau PTFE yn strwythurol. Fe'u cefnogir gan ddalennau tiwb neu eu lapio o amgylch ffrâm. Cyfyngir-pwysau ochr cregyn i 3–5 bar (mesurydd) yn dibynnu ar y dyluniad. Mae pwysau ochr y tiwb ar gyfer cyfryngau mewnol (stêm, dŵr, glycol) hefyd yn gymedrol. Ar gyfer cymwysiadau -pwysedd uchel, defnyddir cyfnewidwyr metel â leinin PTFE yn lle unedau PTFE solet.
Gwresogi Steam
Pan ddefnyddir stêm fel y cyfrwng gwresogi ar gyfer heli neu costig, argymhellir ager gwasgedd isel (1–2 bar yn nodweddiadol, sy'n cyfateb i 120–130 gradd) er mwyn osgoi gorboethi'r wyneb PTFE yn y rhyngwyneb tiwb stêm. Os oes angen pwysau stêm uwch, defnyddir cyfnewidydd PFA neu gyfnewidydd gwres ager i ddŵr gyda chyfnewidydd eilaidd PTFE.
Baeddu a Glanhau
Mae arwyneb nad yw'n glynu PTFE yn lleihau adlyniad graddfa o halwynau heli neu costig. Os bydd graddio'n digwydd, gellir glanhau'r cyfnewidydd ag asid hydroclorig gwanedig (ar gyfer graddfeydd carbonad) neu drwy gynnwrf mecanyddol heb niweidio'r tiwbiau. Mae fflysio stêm neu ddŵr poeth hefyd yn effeithiol. Yn wahanol i gyfnewidwyr metel, nid yw glanhau cemegol yn cyrydu arwyneb PTFE.
Cymwysiadau Cyfnewidydd PTFE nodweddiadol mewn Clor-Peiriant Alcali - Tabl Cryno
| Cais | Hylif Proses | Amrediad Tymheredd | Gwresogi/Oeri Canolig | Math o Gyfnewidydd PTFE |
|---|---|---|---|---|
| Preheater heli | Gall heli NaCl dirlawn gynnwys Cl₂ | 25 gradd → 75–85 gradd | - stêm pwysedd isel neu ddŵr poeth | Coil trochi neu gragen-a-thiwb |
| oerach costig | 32–50% NaOH | 85 gradd → 40 gradd | Dŵr oeri | Cragen{0}}a-thiwb (cwstig mewn tiwbiau) |
| Oerydd clorin gwlyb | Cl₂ nwy dirlawn gyda H₂O | 80 gradd → 25–30 gradd | Dŵr oeri | Cragen{0}}a-thiwb (nwy mewn tiwbiau) |
| Gwresogydd dechlorination heli | heli disbyddu gyda gweddilliol Cl₂ | 65 gradd → 85 gradd | Dŵr poeth neu stêm | Coil trochi |
| Anolyte oerach | Anolyte (heli disbyddu + Cl₂) | 85 gradd → 50 gradd | Dŵr oeri | Cragen{0}}a-thiwb |
| Oerach niwtraleiddio gwastraff | Elifiant asidig neu alcalïaidd | Amrywiol → 30 gradd | Dŵr oeri | Coil trochi neu gragen-a-thiwb |
Cyfyngiadau a Dewisiadau Amgen
Er bod PTFE yn gwrthsefyll iawn, nid yw'n ateb cyffredinol. Ar gyfer yr amodau canlynol, argymhellir deunyddiau amgen:
Caustig uwch na 110 gradd: PFA neu Nickel 200 (ar gyfer 50% NaOH ar 150 gradd). Mae PTFE yn meddalu a gall ymgripiad dan bwysau.
High-pressure steam (>5 bar): Cyfnewidwyr metel gyda leinin fflworopolymer neu diwbiau PFA gyda chymorth metel.
Tŵr sychu clorin yn ailgylchredeg asid (93-98% H₂SO₄): Mae crynodiad uchel-asid sylffwrig ar dymheredd cymedrol yn dderbyniol ar gyfer PTFE, ond mae llawer o weithfeydd yn defnyddio dur gwrthstaen neu ddur wedi'i leinio gan Teflon.
Clorin hylif (anhydrus): Mae PTFE yn gydnaws, ond mae dur carbon yn cael ei ddefnyddio'n nodweddiadol oherwydd nad yw clorin hylif yn gyrydol yn absenoldeb dŵr.
Casgliad
Mae cyfnewidwyr gwres PTFE yn geffyl gwaith yn y diwydiant clor alcali ar gyfer gwasanaethau cyrydol, tymheredd cymedrol. Maent yn trin heli poeth, nwy clorin gwlyb, a soda costig yn ddibynadwy ar dymheredd hyd at 110 gradd, lle mae metelau'n dioddef pylu, cracio, neu gyrydiad cyffredinol cyflym. Mae natur PTFE nad yw'n glynu ac yn gemegol anadweithiol hefyd yn lleihau baw ac yn symleiddio glanhau. Mae'r cymwysiadau'n cynnwys rhag-gynheswyr heli, oeryddion costig, oeryddion nwy clorin, a gwresogyddion dadglorineiddio. Er bod dargludedd thermol isel PTFE yn gofyn am ardaloedd trosglwyddo gwres mwy, mae'r gostyngiad mewn amser segur cynnal a chadw ac ailosod yn fwy na gwneud iawn. Mae perfformiad deunydd profedig yn sail i gynhyrchu cemegol dibynadwy, aPTFE cyfnewidydd gwres clor diwydiant alcalimae cymwysiadau'n parhau i ehangu wrth i weithredwyr gweithfeydd chwilio am atebion-tymor hir, heb rydu.
