Aukšto{0}}slėgio HCl pralaidumo iššūkis silicio dioksido gamyboje
Heksachlorodisilano (HCDS) hidrolizė 180 laipsnių ir 30 barų slėgyje sukuria didelio -grynumo silicio dioksidą. Proceso metu susidaro koncentruoti HCl garai, kurie prasiskverbia į PFA įdėklus. Polimero kristališkumas, išmatuotas diferencine skenuojančia kalorimetrija, lemia atsparumą prasiskverbimui. 5 pažangių medžiagų įrenginių kiekybinė analizė rodo, kad PFA su 60 % kristališkumo HCl prasiskverbia 0,12 mg/cm² per parą esant 180 laipsnių, 30 barų, o 50 % kristališkumo PFA prasiskverbia esant 0,35 mg/cm² per parą, todėl šerdies korozijos tarnavimo laikas sutrumpėja nuo 2 metų iki 9 mėnesių.
Aukšto{0}}slėgio HCl prasiskverbimo kinetika
Esant 30 barų slėgiui, HCl prasiskverbimas atitinka Ficko dėsnį, o tirpumas priklauso nuo slėgio. Didesnis kristališkumas sumažina amorfinį laisvą tūrį, riboja difuziją. Bandymas 180 laipsnių, 30 barų HCl (100 % dujų), 4000 valandų:
| PFA kristališkumas | Amorfinis turinys | HCl prasiskverbimo greitis (mg/cm²·parą) | Laikas iki šerdies korozijos (2,0 mm siena, valandos) | Šerdies korozijos gylis prie 4000h (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 45% | 55% | 0.45 | 2,500 | 0.25 |
| 50 % (standartinis) | 50% | 0.35 | 3,200 | 0.18 |
| 55% (atkaitinta) | 45% | 0.22 | 5,000 | 0.10 |
| 58% | 42% | 0.16 | 7,000 | 0.07 |
| 60 % (lėtas-aušinamas) | 40% | 0.12 | 9,000 | 0.05 |
DSC kristališkumo matavimas
DSC matuoja kristališkumą dėl sintezės šilumos (ΔH_f), palyginti su 100 % kristaliniu PFA (ΔH_f laipsnis=95 J/g). Jei norite naudoti HCDS paslaugą, nurodykite:
| Kristališkumo diapazonas | Klasifikacija | HCl prasiskverbimo efektyvumas | Rekomenduojama taikymas |
|---|---|---|---|
| <45% | Užgesintas | Vargšas | Netinka |
| 45-50% | Standartinis | Ribinis | Tik trumpalaikis-laikas |
| 50-55% | Modifikuota | Priimtinas | Pertraukiamas aptarnavimas |
| 55-58% | Atkaitintas | Gerai | Nepertraukiamas (2 metai) |
| 58-62% | Lėtai-aušinama | Puikiai | Nepertraukiamas (3+ m.) |
Didelio{0}}slėgio poveikis prasiskverbimui
Slėgis pagreitina prasiskverbimą per du mechanizmus: padidėjusį koncentracijos gradientą ir slėgio{0}}sukeliamą laisvo tūrio plėtimąsi. Pralaidumo santykis P(30 bar)/P(1 bar):
| Kristališkumas | Pralaidumo santykis (30 bar/1 bar) | Dominavimo mechanizmas |
|---|---|---|
| 45% | 4.5x | Nemokamas apimties išplėtimas |
| 50% | 4.0x | Mišrus |
| 55% | 3.2x | Koncentracijos gradientas |
| 60% | 2.8x | Tik koncentracijos gradientas |
Pagrindinės medžiagos pasirinkimas aukšto{0}}slėgio HCl
Persunktas HCl greitai atakuoja daugumą metalų. 0,12 mg/cm²·per parą (60 % kristališkumo PFA, 2,0 mm sienelė):
| Pagrindinis metalas | Korozijos greitis 180 laipsnių (mm/metus) | Tarnavimo laikas (iki 1 mm korozijai) | Suderinamumas |
|---|---|---|---|
| Hastelloy C-276 | 0.08 | 12,5 metų | Puikiai |
| Titano 2 klasė | 0,25 (duobės) | 4 metai | Vargšas |
| Tantalas | 0.002 | 500+ metų | Aukščiausias (per didelis) |
| Cirkonis 702 | 0.01 | 100 metų | Puikiai |
Sienelės storio ir kristališkumo sinergija
4000 valandų eksploatavimo tikslais įvairūs deriniai užtikrina gyvavimo trukmę:
| Kristališkumas | Reikalingas sienos storis (mm) | HCl prasiskverbimas per tikslinį gyvenimą (mg/cm²·parą) | Šerdies korozija (mm per metus esant 0,08 mm per metus greičiui) |
|---|---|---|---|
| 50% | 3.0 | 0.15 | 0.012 |
| 55% | 2.5 | 0.12 | 0.010 |
| 58% | 2.2 | 0.12 | 0.010 |
| 60% | 2.0 | 0.12 | 0.010 |
| 62% | 1.8 | 0.12 | 0.010 |
Gamyba siekiant aukšto kristališkumo
Norint pasiekti 60 % kristališkumą, reikia lėto aušinimo iš lydalo (1-2 laipsniai per minutę) arba ilgesnio atkaitinimo (180 laipsnių 12 valandų). Standartinė gamyba (10 laipsnių /min aušinimas) suteikia 50-52% kristališkumo. HCDS paslaugai nurodykite lėtai aušinamą PFA su dokumentuotu aušinimo greičiu.
HCDS hidrolizės specifikacijos vadovas
HCDS hidrolizei esant 180 laipsnių, 30 barų, nurodykite PFA, kurio kristališkumas mažiausiai 58 % (DSC, lėtai aušinamas), sienelės storis 2,2 mm ir Hastelloy C-276 šerdis. Reikalauti, kad tiekėjas patvirtintų, kad HCl prasiskverbimas yra mažesnis nei 0,15 mg/cm²·per dieną, esant 180 laipsnių, 30 barų slėgiui. Jei norite nuolat gaminti silicio dioksidą visą parą (8000 valandų per metus), nurodykite 60 % kristališkumą su 2,5 mm sienelėmis ir šerdies storio stebėjimu. Aukšto -kristališkumo PFA (25–40 % viršijančio standartą) priemoka pateisinama 3–4 kartus ilgesniu aukšto slėgio HCl eksploatavimo laiku, kai neplanuotas išjungimas kainuoja 10 000–50 000 USD per dieną. MTTP autoklavuose su partiniu režimu gali būti priimtinas 55 % kristališkumo PFA su 3,0 mm sienelėmis.
