염소와 가성소다를 생성하는 염소{0}}알칼리 공정에는 산업 화학에서 가장 부식성이 높은 유체 중 일부가 포함됩니다.-뜨거운 농축 염수, 습염소 가스 및 강한 가성 물질. 이들 공장의 열 교환기는 가혹한 조건을 견뎌야 합니다.PTFE 열교환기 클로르 알칼리 산업불소중합체의 탁월한 내화학성은 이러한 서비스에서 대부분의 금속보다 성능이 뛰어나므로 이러한 흐름을 안정적으로 처리하기 위해서는 응용 분야가 필수적입니다.
클로르-알칼리 식물의 부식 환경
세 가지 기본 공정 흐름이 염소{0}}알칼리 생산을 지배합니다(격막, 수은 또는 막 전지 기술을 통해).
소금물(염화나트륨 용액): 일반적으로 60~90도에서 포화 또는 거의 포화 상태이며 종종 칼슘, 마그네슘 및 황산염 불순물이 포함되어 있습니다. 뜨거운 소금물은 염화물-로 인한 구멍 및 틈새 부식으로 인해 탄소강과 많은 스테인레스강에 대한 부식성이 높습니다.
가성소다(수산화나트륨): 세포 유출수 80도에서 증발 시 150도 범위의 온도에서 농축(32~50% NaOH)됩니다. 뜨거운 부식제는 오스테나이트계 스테인리스강에 응력 부식 균열을 일으키고 알루미늄과 아연을 빠르게 공격합니다.
습식 염소 가스: 수증기로 포화된 염소는 산화성이 매우 높습니다. 이는 스테인리스 스틸과 티타늄을 포함한 대부분의 금속을 단시간 내에 파괴하는 염산과 차아염소산을 형성합니다.
열 교환기는 양극액(고갈된 염수), 염소 응축수 및 다양한 재활용 흐름도 처리해야 합니다. 기존의 금속 열교환기는 이러한 환경 중 하나 이상에서 빠르게 작동하지 않으므로 불소중합체가 매력적인 대안이 됩니다.
클로르{0}}알칼리 공장에서 PTFE 열 교환기의 주요 응용 분야
PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 열교환기는 내식성이 열 효율보다 우선시되는 여러 중요한 서비스에 사용됩니다. PTFE의 낮은 열 전도성(약 0.25W/m·K)은 넓은 표면적(예: 다중-튜브 번들 또는 코일 설계)과 금속 교환기 고장으로 인한 가동 중지 시간 제거로 보상됩니다.
염수 예열기
원시 염수는 전기분해 전에 셀 작동 온도(일반적으로 막 셀의 경우 70~85도)로 가열되어야 합니다. PTFE 침지 코일 또는 쉘{3}}및-튜브 교환기는 염수 탱크 또는 재순환 루프에 직접 배치됩니다. 염수는 종종 염소로 포화되어 있으며 세포 반환 흐름에서 나오는 차아염소산염을 함유할 수 있습니다. PTFE는 구멍이나 틈새 부식 없이 이러한 모든 종류에 저항합니다.
막 전지 공장에서 염수 순도는 이온-교환막의 중독을 방지하는 데 매우 중요합니다. PTFE 교환기는 염수에 금속 이온을 도입하지 않아 멤브레인 수명을 보존합니다. 금속 교환기(예: 티타늄)는 유리 염소가 있거나 침전물 아래에서 여전히 부식될 수 있는 반면, PTFE는 불활성 상태로 유지됩니다.
가성 냉각기
염소-알칼리 전지의 음극액 유출수에는 약 80~90도에서 32~35% NaOH가 포함되어 있습니다. 이는 저장 또는 추가 농축 전에 냉각되어야 합니다. PTFE 쉘-및-튜브 열 교환기는 쉘 측의 냉각수와 PTFE 튜브를 통해 흐르는 가성 물질과 함께 사용됩니다. 불소중합체는 부식성 취성 또는 응력 부식 균열의 위험 없이 이 온도에서 부식성에 저항합니다.
더 높은 온도의 부식성 물질(예: 증발기 회로에서 110도 이상)의 경우 PFA(퍼플루오로알콕시) 교환기 또는 니켈 200과 같은 이국적인 금속이 선호됩니다. PTFE는 화학적 저항성은 그대로 유지되지만 120도보다 약간 위에서 연화되기 시작하기 때문입니다. 그러나 일반적인 80~90도 범위에서는 PTFE가 완전히 적합합니다.
습식 염소 가스 냉각기
셀에서 나오는 염소는 뜨겁고(80~95도) 수증기로 포화됩니다. 냉각하면 많은 양의 물이 응축되어 하류의 부식이 줄어듭니다. PTFE 튜브-및-쉘 교환기가 사용되며, 습식 염소 가스가 PTFE 튜브를 통과하고 그 주위에 냉각수가 있습니다. PTFE 표면은 젖은 염소나 응축 시 형성되는 염산 및 차아염소산과 반응하지 않습니다.
습식 염소용 금속 냉각기는 고가의 합금(예: 탄탈륨, Hastelloy C‑22)이 필요하지만 여전히 수명이 제한되어 있습니다. PTFE 교환기는 동일한 용도로 더 크지만 부식 없이 수년간 작동합니다. 이는 또한 가스가 훨씬 건조하지만 여전히 공격적인 건조탑 이후 염소 응축기로 사용됩니다.
염수 탈염 히터/쿨러
셀에서 나오는 고갈된 염수(양극액)에는 용해된 염소가 포함되어 있습니다. 염수를 재활용하고 다시 포화시키기 전에 진공 또는 공기 스트리핑을 통해 염소를 제거(탈염소화)해야 합니다. 소금물은 종종 탈염소를 돕기 위해 85~95C로 가열됩니다. PTFE 교환기는 나가는 염소 제거 염수에서 열을 회수하여 들어오는 신선한 염수를 예열하는 데 사용됩니다. 이 열교환 루프는 부식성이 있고 잔류 염소를 포함할 수 있는 유체를 처리하므로 PTFE가 실용적인 선택이 됩니다.
폐기물 중화
염소-알칼리 공장에서 발생하는 산성 또는 알칼리성 폐수는 배출 전에 중화됩니다. PTFE 열 교환기는 때때로 이러한 중화 반응에서 열을 회수하거나 중화된 유출물을 냉각하는 데 사용됩니다. 넓은 pH 범위(강산성에서 강염기성까지)는 PTFE에 영향을 미치지 않습니다.
이러한 서비스에서 PTFE가 금속보다 선호되는 이유
| 공정 유체 | 금속 교환기 문제 | PTFE의 장점 |
|---|---|---|
| 뜨거운 포화 염수(Cl₂, OCl⁻ 포함) | 티타늄은 유리 염소가 있으면 부식될 수 있습니다. 스테인레스 스틸 구멍; 니켈 합금은 비용이 많이 든다 | 모든 염수 성분에 대해 불활성인 PTFE; 금속 이온 침출 없음 |
| 뜨거운 가성소다(32~50%, 80~90도) | 스테인레스 스틸 응력 부식 균열; 니켈 합금은 비싸다 | PTFE는 부식성에 강합니다. 균열 메커니즘 없음 |
| 습식 염소 가스 | 탄탈륨이나 특수 합금만 살아남습니다. 높은 비용과 리드타임 | PTFE는 완전히 저항합니다. 더 낮은 자본 비용(크기는 더 크지만) |
| 폐기물 흐름에 혼합된 산/알칼리 | pH 변동으로 인한 급격한 부식 | pH에 영향을 받지 않는 PTFE |
작동 온도가 약 110도를 초과하지 않는 경우 염소{0}}알칼리 공장에서 다양한 용도로 선택되는 재료는 PTFE입니다. 그 위에는 PFA 또는 금속 대체품이 고려되지만 염수 처리, 셀 하우스 및 염소 처리에서 열 교환 작업의 대부분은 PTFE의 온도 범위 내에 속합니다.
클로르-알칼리 서비스의 PTFE 교환기에 대한 설계 고려 사항
온도 제한
PTFE는 비-내하중- 응용 분야에서 약 260도의 연속 사용 한계를 갖지만, 폴리머가 가열/냉각 매체의 내부 압력을 받는 열 교환기의 경우 실제 한계는 더 낮습니다. 염소{4}}알칼리 응용 분야의 경우 PTFE 교환기는 일반적으로 110도 미만의 유체에 대해 지정됩니다. 120도 이상에서 작동하는 가성 증발기의 경우 PFA(용해점 305도) 또는 과불소화 엘라스토머- 라이닝 교환기가 사용됩니다.
압력 등급
PTFE 튜브는 구조적이지 않습니다. 튜브 시트로 지지되거나 프레임 주위에 감겨 있습니다. 쉘{2}}측 압력은 설계에 따라 3~5bar(게이지)로 제한됩니다. 내부 매체(증기, 물, 글리콜)에 대한 튜브-측 압력도 적당합니다. 고압-응용 분야의 경우 견고한 PTFE 장치 대신 PTFE 라이닝이 있는 금속 교환기가 사용됩니다.
증기 가열
증기가 염수 또는 부식제의 가열 매체로 사용되는 경우 증기-튜브 인터페이스에서 PTFE 표면의 과열을 방지하기 위해 저압 증기(일반적으로 1~2bar, 120~130도에 해당)를 사용하는 것이 좋습니다. 더 높은 증기압이 필요한 경우 PFA 교환기 또는 PTFE 보조 교환기가 있는 증기---물 열교환기가 사용됩니다.
오염 및 청소
PTFE의 비{0}}표면은 소금물이나 부식성 물질로 인한 스케일 부착을 최소화합니다. 스케일링이 발생하면 튜브를 손상시키지 않고 묽은 염산(탄산염 스케일의 경우)을 사용하거나 기계적 교반을 통해 교환기를 세척할 수 있습니다. 증기나 뜨거운 물로 씻어내는 것도 효과적입니다. 금속 교환기와 달리 화학적 세척은 PTFE 표면을 부식시키지 않습니다.
클로르-알칼리 공장의 일반적인 PTFE 교환기 애플리케이션 – 요약표
| 애플리케이션 | 공정 유체 | 온도 범위 | 가열/냉각 매체 | PTFE 교환기 유형 |
|---|---|---|---|---|
| 염수 예열기 | 포화 NaCl 염수, Cl₂를 함유할 수 있음 | 25도 → 75~85도 | 저압-증기 또는 온수 | 침지 코일 또는 쉘-및-튜브 |
| 가성 쿨러 | 32~50% NaOH | 85도 → 40도 | 냉각수 | 쉘-및-튜브(튜브 내 가성) |
| 습식 염소 냉각기 | H2O로 포화된 Cl2 가스 | 80도 → 25~30도 | 냉각수 | 쉘{0}}및-튜브(튜브 내 가스) |
| 염수 탈염 히터 | 잔류 Cl₂가 있는 고갈된 염수 | 65도 → 85도 | 뜨거운 물 또는 증기 | 침지코일 |
| 양극액 냉각기 | 양극액(고갈된 염수 + Cl2) | 85도 → 50도 | 냉각수 | 쉘-및-튜브 |
| 폐기물 중화 냉각기 | 산성 또는 알칼리성 유출수 | 가변 → 30도 | 냉각수 | 침지 코일 또는 쉘-및-튜브 |
제한 사항 및 대안
PTFE는 내구성이 뛰어나지만 보편적인 솔루션은 아닙니다. 다음 조건에서는 대체 재료를 권장합니다.
110도 이상의 가성: PFA 또는 니켈 200(150도에서 50% NaOH의 경우). PTFE는 압력을 가하면 부드러워지고 크리프될 수 있습니다.
High-pressure steam (>5바): 불소중합체 라이닝이 있는 금속 교환기 또는 금속 지지대가 있는 PFA 튜브.
염소 건조탑 재순환 산(93~98% H2SO₄): PTFE에는 중간 온도의 고농도 황산이 허용되지만 많은 공장에서는 스테인리스강이나 테프론-라이닝 강철을 사용합니다.
액체 염소(무수): PTFE는 호환성이 있으나 액체 염소는 물이 없어도 부식성이 없기 때문에 일반적으로 탄소강을 사용합니다.
결론
PTFE 열 교환기는 부식성, 중간 온도 서비스를 위한 염소{0}}알칼리 산업의 주력 제품입니다. 이 제품은 금속이 구멍이 나거나 균열이 생기거나 급격한 일반 부식이 발생하는 최대 110도의 온도에서 뜨거운 염수, 습염소 가스 및 가성소다를 안정적으로 처리합니다. PTFE는 - 달라붙지 않고 화학적으로 불활성이므로 오염을 최소화하고 청소를 단순화합니다. 응용 분야에는 염수 예열기, 가성 냉각기, 염소 가스 냉각기 및 탈염소 히터가 포함됩니다. PTFE의 낮은 열전도율로 인해 더 큰 열 전달 영역이 필요하지만 유지 관리 및 교체 가동 중지 시간이 줄어드는 것이 보상 이상입니다. 입증된 재료 성능은 안정적인 화학 생산을 뒷받침합니다.PTFE 열교환기 클로르 알칼리 산업공장 운영자가 장기적으로 부식이 없는- 솔루션을 추구함에 따라 애플리케이션이 계속 확장되고 있습니다.
