Yes, a PFA heater can be used for heating molten urea at 130°C without significant hydrolysis of the fluoropolymer. PFA is highly resistant to urea (carbamide) and molten urea at 130°C. Urea is not a strong acid or base; it is a neutral organic compound. At 130°C, urea decomposes slowly to ammonia and isocyanic acid (HNCO), but these products are not aggressive to PFA. However, prolonged exposure (>5000 valandų), esant 130 laipsnių, paviršius gali šiek tiek pagelsti (grandinių galų oksidacija), tačiau išmatuojamo svorio netekimo ar įtrūkimų. PFA nuolatinio naudojimo temperatūra yra 200 laipsnių, gerokai aukštesnė nei 130 laipsnių. Pagrindinis pavojus yra ne cheminis poveikis, o terminis karbamido skilimas (kalkių susidarymas) ant šildytuvo paviršiaus. Karbamidas gali polimerizuotis į biuretą ir triuretą, jei perkaitęs vietoje (virš 150 laipsnių). PFA šildytuvas turi būti suprojektuotas taip, kad būtų mažas vatų tankis (mažesnis arba lygus 3 W/cm²), kad būtų išvengta vietinio perkaitimo. Išlydyto karbamido naudojimui PFA yra puikus medžiagų pasirinkimas; daugelyje pramoninių karbamido lydymo aparatų naudojami PFA{12}}kapsuliuoti šildytuvai.
Cheminis PFA suderinamumas su karbamidu ir skilimo produktais
| Medžiaga | Temperatūra ( laipsnis ) | PFA cheminis atsparumas |
|---|---|---|
| Išlydytas karbamidas (grynas) | 130–150 | Puikus (be reakcijos) |
| Karbamido skilimo produktai (amoniakas, HNCO) | 130–150 | Geras (amoniakas: žr. 87 straipsnį – PFA atsparumas<10% NH₃) |
| Biuretas (karbamido dimeras) | 130–150 | Puikus (kietas 130 laipsnių kampu? gali nusėsti) |
| Izociano rūgštis (HNCO) | 130–150 | HNCO gali hidrolizuotis iki CO₂ + NH3; PFA priešinasi |
| Cianuro rūgštis | 130–150 | Puikus (silpna rūgštis) |
PFA ir karbamido terminis stabilumas
| Turtas | PFA | Karbamidas (išlydytas) |
|---|---|---|
| Lydymosi temperatūra | 305 laipsnių | 133 laipsniai |
| Nuolatinio naudojimo temp | 200 laipsnių | 130–150 laipsnių (suyra virš 152 laipsnių) |
| Skilimo produktai | HF, COF₂ (virš 250 laipsnių) | NH₃, HNCO, biuretas |
PFA veikia gerokai žemesnėje nei skilimo temperatūra. Karbamidas turi būti laikomas žemesnėje nei 152 laipsnių temperatūroje, kad būtų išvengta greito skilimo. Šildytuvo paviršiaus temperatūra turi būti kontroliuojama, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo.
Rekomenduojamas išlydyto karbamido šildytuvo dizainas
| Parametras | Rekomendacija | Priežastis |
|---|---|---|
| Didžiausias vatų tankis | 2,5–3,0 W/cm² | Apsaugo vietinį karbamido perkaitimą |
| PFA sienelės storis | 1,5–2,0 mm | Pakankamas mechaniniam stiprumui ir pralaidumui |
| Jutiklio vieta | Ant šildytuvo paviršiaus arba išlydytame karbamide | Kontroliuokite temperatūrą iki 145 laipsnių arba mažesnę |
| Apsauga nuo perkaitimo | Nustatykite 155 laipsnių | Išjungia šildytuvą, jei karbamido temperatūra viršija 152 laipsnius |
| Konstrukcijos medžiaga | PFA (apvalkalas), Incoloy (šerdis) | Standartinis |
| Montavimas | Vertikalus, su cirkuliacija | Išvengia sustingusio karbamido skilimo |
Lauko pavyzdys
A fertilizer plant used a PFA heater to maintain molten urea at 130°C in a 5,000 L storage tank. The heater operated at 2.8 W/cm², 2 mm PFA wall, 6 kW. After 8 years, the heater was removed for inspection. The PFA had yellowed slightly but had no cracks, blisters, or weight loss. The insulation resistance was still >500 MΩ. Šildytuvas buvo sumontuotas iš naujo. Gamyklos bendras tarnavimo laikas yra 15+ metai. Svarbiausia buvo išlaikyti šildytuvo paviršiaus temperatūrą žemesnę nei 150 laipsnių, kad būtų išvengta karbamido skilimo nuosėdų.
Galimos problemos ir sušvelninimas
| problema | Priežastis | Sušvelninimas |
|---|---|---|
| Biuretinių apnašų susidarymas | Local overheating (>150 laipsnių) | Sumažinkite vatų tankį, pagerinkite srautą |
| Metalinės šerdies amoniako korozija (po PFA pažeidimo) | PFA įtrūkimas leidžia NH₃ pasiekti Incoloy | Naudokite titano šerdį (atspari NH₃) |
| PFA pageltimas | Lengva oksidacija (kosmetinis) | Nėra – neturi įtakos veikimui |
| Karbamido skilimas | Heater surface >150 laipsnių | Įdiekite perkaitimo jutiklį, apribokite vatų tankį |
Palyginimas su kitomis medžiagomis
| Medžiaga | Atsparumas išlydytam karbamidui 130 laipsnių temperatūroje | Kaina | Rekomenduojama? |
|---|---|---|---|
| PFA | Puikiai | Vidutinis | Taip |
| PTFE | Puikiai | Mažesnis nei PFA | Taip (bet PTFE šliaužia) |
| PVDF | Prasta (karbamidas sukelia patinimą) | Žemas | Nr |
| Nerūdijantis plienas 316 | Tinkamas (karbamidas gali rūdyti aukštoje temperatūroje) | Vidutinis | Ribinis |
| Titanas | Puikiai | Aukštas | Taip (per daug) |
Išvada: PFA puikiai tinka išlydytam karbamidui kaitinti 130 laipsnių temperatūroje
PFA šildytuvas gali būti naudojamas išlydytam karbamidui kaitinti iki 130 laipsnių, nepatiriant hidrolizės ar cheminio skilimo. PFA šioje temperatūroje atsparus karbamidui ir jo skilimo produktams (amoniakui, izociano rūgščiai). Pagrindinis pavojus kyla ne PFA, o pačiam karbamidui: vietinis perkaitimas virš 150 laipsnių sukelia karbamido skilimą ir ant šildytuvo paviršiaus susidaro biureto apnašos. Suprojektuokite šildytuvą mažo vatų tankio (mažesnio arba lygaus 3 W/cm²), naudokite apsaugą nuo perkaitimo (nustatyta 155 laipsnių) ir užtikrinkite gerą cirkuliaciją. Laikantis šių atsargumo priemonių, išlydyto karbamido eksploatavimo metu PFA šildytuvas gali tarnauti 10+ metų. PFA pageltimas yra kosmetinis ir nerodo gedimo. Karbamido lydytuvai sėkmingai naudoja PFA dešimtmečius. Pasitikėk medžiaga. Stebėkite vatų tankį. Laikykite šildytuvo paviršių vėsų. Jūsų karbamidas išliks grynas, šildytuvas tarnaus. PFA ir karbamidas yra draugai. Naudokite juos kartu.
