PFA 히터를 3년 동안 작동시키기 위해 20% 인산 수조에서 허용되는 최대 불소 이온 농도는 얼마입니까?

불순물이나 기타 가공 보조제에서 나오는 불소 이온(F⁻)은 고온(80~120도)에서 20% 인산(H₃PO₄)에서 PFA 히터 외장의 분해 속도를 크게 높입니다. 불소는 폴리머에 침투하여 금속 코어(티타늄 또는 Incoloy)를 현장에서 생성된 불화수소산(HF)으로 부식시킴으로써 PFA-금속 경계면을 표적으로 삼습니다. PFA 히터가 3년(연속 작동 약 25,000시간) 동안 기능을 유지하려면 최대 허용 불소 이온 농도는 80도에서 50ppm, 100도에서 20ppm, 120도에서 5ppm입니다. 6~18개월 이내에 이러한 임계값을 초과하는 침투-부식으로 인해 접지 결함이나 코어 고장이 발생합니다. 불소 수준을 제어하는 ​​것은 비료 생산이나 금속 처리에 사용되는 인산조의 히터 수명을 위해 매우 중요합니다.

인산의 불화물 공격 메커니즘
120도 정도의 높은 온도에서 인산은 PFA에 해롭지 않습니다. 반면에 불화물 이온은 매우 공격적이며 인산염 암석 가공에서 HF 또는 불화규산으로 흔히 발견됩니다. HF 분자는 크기가 작기 때문에(운동 직경 0.26 nm) H₃PO₄보다 더 빠르게 PFA 벽을 통과합니다(제35조 참조). 공식 부식은 HF가 금속 코어(티타늄 또는 Incoloy)에 도달하면 수동 산화물 층이 빠르게 용해되어 발생합니다. 둘 다 100도에서 10-20ppm의 불소 농도에서 공격을 받지만 티타늄은 Incoloy보다 HF에 대한 내성이 더 높습니다. PFA 외장은 원래 금속보다 부피가 큰 부식 생성물(금속 불화물)로 인한 내부 압력으로 인해 내부에서 기포가 생기고 파손됩니다.

시너지 효과는 매우 중요합니다. PFA를 가소화함으로써 20% H3PO4 용액은 높은 농도의 양성자(H⁺)를 유지하여 HF 침투 속도를 높입니다. 불화물-이 없는 인산과 비교하여, 불화물이 10ppm만큼 낮은 농도로 존재할 때 산성 종의 침투 속도는 두 배로 증가합니다.

3{0}}년 수명 동안 허용되는 최대 불소 농도(25,000시간)
작동 온도(도) 3년 수명 동안 최대 F도(ppm) 예상 히터 수명의 두 배 한계(년)고장 모드 권장 코어 재질 80 50 1.0–1.5 코어 피팅 Incoloy 825 90 30 0.8–1.2 기포 발생 Incoloy 또는 티타늄 100 20 0.5–1.0 기포 발생 + 균열 티타늄 등급 2 110 10 0.3–0.6 빠른 코어 부식 티타늄 등급 2 120 5 0.2–0.4즉시 실패 위험권고되지 않음
이러한 제한은 지속적인 침수와 2mm PFA 벽에 근거합니다. 확산 채널이 길수록 HF 도달률이 낮아지기 때문에 벽이 두꺼운 경우(2.5~3.0mm) 허용 불소 농도가 30~50% 증가합니다.

인산 증발기의 현장 정보
8~12개월마다 25~35ppm F⁻를 함유한 20% H3PO4를 사용하여 100도에서 작동하는 인산 농축 플랜트에서 PFA 히터(2mm 벽, Incoloy 코어)가 고장났습니다. 야금학적 테스트에 따르면 Incoloy 코어에는 상당한 구멍이 있었습니다. F⁻는 불화물 제거 단계(CaF2를 침전시키기 위해 석회 추가)가 포함된 열 교환기 루프를 사용하여 동일한 공장에서 8ppm으로 낮아졌습니다. 히터의 수명이 28개월로 늘어났습니다(10ppm에서 거의 3년 예상). 공장에서는 현재 추가 마진을 위해 티타늄 코어를 사용하고 F⁻를 15ppm 미만으로 유지합니다.

관찰 및 감소
이온 선택형 전극을 사용하여 주간 불소 모니터링 일정을 설정하고 20% 인산에서 장기간 PFA 히터 작동을 위한 3{1}}년 제한 미만으로 농도를 유지합니다-. 불소 농도가 한도를 초과한 경우 세 가지 해결 방법을 사용할 수 있습니다.

불용성 CaF₂를 생성하려면 침전제(석회 또는 탄산칼슘)를 첨가한 후 여과합니다. 결과적으로 F⁻는 50ppm에서 5~10ppm으로 떨어집니다.

3.0mm 더 두꺼운 PFA 벽으로 변경합니다. HF 침투는 두께와 반비례하기 때문에 3mm 벽은 동일한 F⁻ 농도에 대해 코어 부식 시간을 두 배로 늘립니다.

HF에 더 강한 티타늄 코어를 사용하십시오. 불소-함유 산에서는 티타늄 등급 7(Pd-합금)이 등급 2보다 성능이 뛰어납니다.

결론적으로, 3년- 수명의 한계는 100도에서 20ppm F⁻입니다.
3년 동안 100도의 20% 인산조에서 작동하는 PFA 히터에 허용되는 최대 불소 이온 농도는 20ppm입니다. 한계는 80도에서 50ppm으로 증가하고 120도에서 5ppm으로 감소합니다. 불화물은 HF 침투 및 코어 부식 속도를 높여 히터 수명을 크게 단축시킵니다. 장기적인 신뢰성을 위해서는{10}}정기적인 모니터링과 불소 제거(석회 침전을 통한)가 중요합니다. 불소를 피할 수 없는 응용 분야에는 티타늄 코어와 더 두꺼운 PFA 벽(2.5~3.0mm)을 사용하십시오. 불화물은 치명적이지만 인산은 무해할 수 있습니다. 불소가 통제되면 히터가 살아납니다. 무시하면 몇 달 안에 실패가 일어날 것입니다.