티타늄을 공격하는 화학
티타늄은 중성 및 알칼리성 용액에서 안정적인 수동 산화막 형성을 통해 차아염소산나트륨에 저항합니다. 이 필름은 티타늄이 적당한 온도와 농도에서 표백제 사용에 좋은 성능을 발휘하는 이유입니다. 온도가 70도 이상으로 올라가거나 농도가 15% 이상으로 올라가거나 pH가 9 이하로 떨어지면 필름이 분해됩니다.
60도 및 12% 차아염소산염 환경에서 티타늄의 부식 속도는 일반적으로 연간 0.05mm 미만입니다. 80도 및 15% 차아염소산염에서 비율은 연간 0.3~0.8mm로 증가합니다. 90도 및 15%의 차아염소산염에서 비율은 연간 1.5mm를 초과할 수 있습니다.
부식은 일반적으로 유속이 낮고 온도가 높은 튜브 끝 부분과 틈새 형상이 부식성 물질을 집중시키는 튜브{0}}-튜브 시트 접합부에서 시작됩니다. 부식은 관벽을 관통하여 누출을 일으키는 구멍으로 나타납니다.
PTFE를 공격하는 화학
PTFE는 사용 범위 내의 모든 농도와 온도에서 차아염소산나트륨에 대한 저항성을 갖습니다. 탄소-불소 결합은 표백제를 안정화하는 차아염소산염이나 가성소다의 공격을 받지 않습니다. 재료는 부식되지 않으며, 수명은 화학적 공격보다는 기계적 요인에 의해 결정됩니다.
차아염소산염 서비스에서 PTFE의 유일한 분해 메커니즘은 차아염소산염과 부식제가 폴리머의 비정질 영역으로 확산되는 것입니다. 확산은 느리고 기계적 특성에 미치는 영향은 미미합니다. 차아염소산염 서비스에서 PTFE 열교환기의 서비스 수명은 일반적으로 12~18년입니다.
열전도율 격차
티타늄의 열전도율은 약 22W/m·K이며, PTFE의 열전도율은 0.25W/m·K입니다. 비율은 약 88:1이다.
60도에서 12% 차아염소산염으로 40kW를 전달하는 열 교환기의 경우 티타늄 장치에는 전체 열 전달 계수 800W/m²·K 및 로그 평균 온도 차이 17도를 기준으로 약 3m²의 표면적이 필요합니다. 동일한 용도의 PTFE 장치에는 전체 계수 200W/m·K 및 동일한 온도차를 기준으로 약 12m²의 표면적이 필요합니다.
PTFE 유닛은 티타늄 유닛보다 4배 더 큽니다. 크기가 클수록 자본 비용, 바닥 공간 및 유체량이 증가합니다. 열 유속이 낮을수록 튜브 벽 온도가 낮아져 공정에 도움이 되지만, 표면적이 클수록 침전물을 위한 더 많은 표면을 제공하고 청소하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.
고온에서의 분해 문제
차아염소산나트륨은 온도에 따라 증가하는 속도로 분해됩니다. 60도에서 분해율은 하루에 약 2%입니다. 70도에서는 하루에 비율이 약 5%입니다. 80도에서 비율은 하루에 약 10%입니다. 분해로 인해 두 물질 모두에 부식성을 갖는 염소 가스와 염산이 생성됩니다.
분해율은 티타늄과 PTFE 모두의 실제 작동 온도를 제한합니다. 70도 이상의 온도에서는 분해율이 높아 차아염소산염 농도를 지속적으로 보충해야 하고, 염소가스를 배출해야 한다. 재료 선택에서는 염소 가스와 분해 생성물을 고려해야 합니다.
티타늄은 특히 분해로 인해 생성되는 염산에 취약합니다. 산은 pH를 낮추고 티타늄 부식을 가속화합니다. PTFE는 염산 및 염소가스에 대한 저항력이 있으므로 분해가 PTFE의 수명에 영향을 미치지 않습니다.
차아염소산염 표백제 서비스의 두 가지 재료 비교
다음 표에는 12% 차아염소산나트륨을 사용하여 60도에서 차아염소산염 표백제 서비스를 수행하는 PTFE 및 티타늄 열교환기의 성능 및 비용 특성이 요약되어 있습니다.
| 특성 | 티타늄 열교환기 | PTFE 열교환기 | 이점 |
|---|---|---|---|
| 열전도율 | 22 W/m·K | 0.25 W/m·K | 티탄 |
| 전체 열전달 계수 | 800 W/m²·K | 200 W/m²·K | 티탄 |
| 40kW에 필요한 표면적 | 3 m² | 12 m² | 티탄 |
| 60도에서 12% 차아염소산염에 대한 내화학성 | 훌륭한 | 훌륭한 | 동일한 |
| 80도에서 15% 차아염소산염에 대한 내화학성 | 가난한 | 훌륭한 | PTFE |
| 염소가스에 대한 내화학성 | 보통의 | 훌륭한 | PTFE |
| 최대 작동 온도 | 70도(실용) | 260도 | PTFE |
| 기계적 강도 | 높은 | 보통의 | 티탄 |
| 열충격 저항 | 보통의 | 높은 | PTFE |
| 수리 가능성 | 제한된 | 좋은 | PTFE |
| 차아염소산염 서비스의 수명 | 5~8년 | 12~18세 | PTFE |
| 40kW 의무에 대한 자본 비용 | $32,000 | $34,000 | 티탄 |
| 설치비용 | $4,000 | $3,500 | PTFE |
| 연간 유지관리 비용 | $4,000 | $1,500 | PTFE |
| 5-년 총 비용 | $76,000 | $55,500 | PTFE |
5년-년 총 비용 값은 시간당 생산 가치를 600달러로 가정하고 5년간의 자본 비용, 설치 비용, 유지 관리 비용을 포함합니다.
티타늄이 더 나은 선택일 때
티타늄은 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
저온-서비스.50도 이하의 온도에서 티타늄은 차아염소산염에 어려움 없이 저항하며, 열전도율이 높을수록 필요한 표면적과 자본 비용이 줄어듭니다.
저-집중도 서비스.10% 미만의 농도에서 티타늄은 최대 60도까지의 온도에서 차아염소산염에 저항하며, 열전도율이 높을수록 필요한 표면적이 줄어듭니다.
공간이-제한된 설치.사용 가능한 공간이 심각하게 제한되어 있는 경우 더 작은 티타늄 장치가 유일한 실행 가능한 옵션일 수 있습니다. PTFE 장치에는 4배의 표면적이 필요하므로 사용 가능한 공간에 맞지 않을 수 있습니다.
고압-서비스.티타늄은 PTFE보다 기계적 강도가 더 높으며 더 높은 압력을 견딜 수 있습니다. 10bar 이상의 압력에서 차아염소산염을 처리하는 경우 티타늄이 유일하게 실행 가능한 옵션일 수 있습니다.
PTFE가 더 나은 선택일 때
PTFE는 여러 특정 응용 분야에서 더 나은 선택입니다.
고온-서비스.60도 이상의 온도에서 PTFE는 티타늄보다 분해 생성물에 더 잘 저항하고 수명이 더 깁니다.
집중도가 높은-서비스입니다.12% 이상의 농도에서 PTFE는 티타늄보다 차아염소산염과 부식제에 더 잘 저항합니다.
염소 가스 노출.분해로 인해 염소 가스가 생성되면 PTFE는 티타늄보다 가스에 더 잘 저항합니다.
열 사이클링 서비스.PTFE는 티타늄보다 열충격 저항성이 높아 온도 변화가 잦은 서비스에 적합합니다.
긴 서비스 수명 요구 사항.열 교환기의 사용 수명이 10년 이상으로 예상되는 경우 PTFE는 장기간에 걸쳐 화학적 공격에 저항하므로 더 나은 선택입니다.
서비스 수명을 연장하는 설계 기능
여러 설계 특징으로 인해 차아염소산염 표백제 서비스에서 PTFE 및 티타늄 열교환기의 서비스 수명이 연장됩니다.
작동 온도를 낮추십시오.작동 온도를 70도에서 50도로 낮추면 분해 속도와 열 교환기 재료에 대한 화학적 공격이 줄어듭니다.
농도가 낮습니다.차아염소산염 농도를 15%에서 10%로 줄이면 화학적 공격과 분해 속도가 감소합니다.
pH 조절.pH를 10 이상으로 유지하면 티타늄의 부식과 차아염소산염의 분해가 줄어듭니다.
유속 제어.적절한 유속을 유지하면 경계층 두께가 감소하고 튜브 표면의 분해 생성물 농도가 감소합니다.
-현장 청소 조항.세척액 공급 및 회수 연결을 통해 분해 없이 열교환기를 세척할 수 있어 가동 중단 시간과 생산 손실이 줄어듭니다.
차아염소산염 표백 서비스의 사양 매개변수
차아염소산염 표백제 서비스용 PTFE 및 티타늄 열교환기를 평가하는 장비 엔지니어는 공급업체에 다음 매개변수를 확인해야 합니다.
차아염소산염 농도.최대 농도와 예상 범위를 지정합니다.
작동 온도.최대 작동 온도와 예상 온도 프로필을 지정합니다.
pH.pH 범위와 제어 방법을 지정합니다.
작동 압력.최대 작동 압력을 지정하십시오.
열 부하 및 표면적.각 재료 옵션에 대해 열부하와 필요한 표면적을 지정합니다.
분해율.예상되는 분해율과 염소가스 발생율을 지정합니다.
공간 제약.사용 가능한 공간과 최대 허용 설치 공간을 지정합니다.
서비스 수명 요구 사항.예상 사용 수명과 교체 일정을 지정하십시오.
차아염소산염 서비스 조건에 맞는 재료 선택
차아염소산염 표백제 서비스에서 PTFE와 티타늄 열교환기 사이의 선택은 온도, 농도, pH 및 서비스 수명 요구 사항에 따라 달라집니다. 티타늄은 열전도율이 높고 표면적이 덜 필요하지만 고온 및 고농도에서 부식되기 쉽습니다. PTFE는 열전도율이 낮고 더 많은 표면적이 필요하지만 모든 농도와 온도에서 차아염소산염에 대한 내성이 있습니다.
선택 결정은 자본 비용, 유지 관리 비용 및 생산 손실 노출을 통합하는 시설{0}}별 분석을 기반으로 해야 합니다. 이러한 비용 구성 요소가 포함된 간단한 스프레드시트 모델은 결정을 내리는 데 필요한 정보를 제공합니다.
열 교환기 옵션을 평가하는 차아염소산염 표백 서비스 시설의 경우 재료 선택은 자본 비용이나 열 성능뿐만 아니라 예상 서비스 수명에 대한 총 소유 비용을 기준으로 해야 합니다. 자본 비용이 낮은 티타늄 장치는 자주 교체해야 하는 경우 수명 비용이 더 높을 수 있습니다.
차아염소산염 표백제 또는 기타 산화 서비스를 위한 PTFE 열 교환기 사양을 평가하는 장비 엔지니어 및 조달 전문가는 차아염소산염 농도, 작동 온도, pH, 작동 압력 및 서비스 수명 요구 사항을 다루는 설계 검토를 요청하여 재료 선택이 시설의 실제 서비스 조건 및 비용 구조와 일치하는지 확인할 수 있습니다.
