Metalo apdailos dirbtuvės sugedusį PTFE panardinamąjį šildytuvą pakeitė panašios galios ir matmenų kvarciniu bloku. Kvarcinis šildytuvas buvo pigesnis ir siūlė geresnį šilumos perdavimą. Tai truko vienuolika dienų karštoje šarminėje valymo vonioje 75 laipsnių temperatūroje, kol vamzdis išgraviravo ir elementas užsitrumpino. Gedimas nebuvo gamybos brokas. Kvarcas ir šarminė chemija iš esmės nesuderinami.
Kvarcas{0}}lydytas silicio dioksidas-yra puiki medžiaga rūgščiam naudojimui. Jis atsparus daugumai mineralinių rūgščių, pasižymi geru atsparumu šiluminiam smūgiui ir efektyviai perduoda infraraudonųjų spindulių energiją. Dėl šių savybių jis yra įprastas rūgščių vonių pasirinkimas, ypač puslaidininkių ir laboratorijų srityse. Tačiau kvarcas yra silicio dioksidas, o silicio dioksidas tirpsta šarminiuose tirpaluose. Tirpimo greitis didėja didėjant temperatūrai, pH ir laikui. Karštoje šarminėje valymo vonioje sunaudojamas kvarcas.
Kvarco tirpimo chemija
Kvarcas yra silicio dioksidas (SiO₂). Esant hidroksido jonams (OH⁻), silicio dioksidas ištirpsta ir susidaro tirpus silikatas:
SiO₂ + 2OH⁻ → SiO₃²⁻ + H2O
Reakcija vyksta lėtai kambario temperatūroje ir neutraliame pH. Esant 75 laipsniams ir pH 12 ar aukštesnei, jis tęsiasi tolygiai. Kvarcinis vamzdis su 2 mm sienele per mėnesį karštoje šarminėje vonioje gali prarasti 0,1–0,3 mm. Iš pradžių retinimas yra vienodas, vėliau, sienelei susilpnėjus, greitėja. Gedimas atsiranda, kai vamzdis nebegali atlaikyti šiluminio ir mechaninio taikymo įtempių.
PTFE panardinamieji šildytuvai nereaguoja su hidroksido jonais. Polimeras yra inertiškas natrio hidroksidui, kalio hidroksidui ir kitoms šarminėms rūšims esant visoms pramoninėms koncentracijoms ir temperatūroms. PTFE šildytuvas toje pačioje šarminėje vonioje tarnautų metus, o ne dienas.
| Vonios chemija | pH | Temperatūra | Kvarco korozijos greitis | PTFE tinkamumas |
|---|---|---|---|---|
| Kaustinė soda, 5% | 13–14 | 60 laipsnių | 0,1–0,2 mm/mėn | Puikiai |
| Kaustinė soda, 5% | 13–14 | 80 laipsnių | 0,2–0,4 mm/mėn | Puikiai |
| Šarminis valiklis, pH 11 | 11 | 70 laipsnių | 0,02–0,05 mm/mėn | Puikiai |
| Amonio hidroksidas, 5% | 10–11 | 50 laipsnių | 0,01–0,03 mm/mėn | Puikiai |
| natrio silikatas, 3% | 11–12 | 75 laipsnių | 0,05–0,15 mm/mėn | Puikiai |
Kvarcinės korozijos laipsniai šarminėse voniose, palyginti su PTFE tinkamumu
Kodėl kvarcas naudojamas Acid Service
Kvarcas gerai veikia rūgštyse, nes silicio dioksidas yra stabilus žemo{0}}pH aplinkoje. Vandenilio chlorido, sieros, azoto ir fosforo rūgštys nepažeidžia kvarco esant įprastoms panardinamojo šildytuvo temperatūroms. Vandenilio fluorido rūgštis yra išimtis,-ji greitai ištirpdo silicio dioksidą, todėl kvarciniai šildytuvai nenaudojami aukšto dažnio paslaugoms.
Kvarco šiluminės savybės taip pat yra palankios rūgščiai. Jo šilumos laidumas yra maždaug 1,4 W/m·K- didesnis nei PTFE, bet mažesnis nei metalų. Jo šiluminio plėtimosi koeficientas yra labai mažas, o tai suteikia gerą atsparumą šiluminiam smūgiui. Šios savybės leidžia kvarciniams šildytuvams veikti esant didesniam vatų tankiui nei PTFE suderinamose cheminėse medžiagose.
| Medžiaga | Šilumos laidumas | Saugus vatų tankis rūgštyje | Saugus vatų tankis šarminiu režimu | Santykinė kaina |
|---|---|---|---|---|
| Kvarcas | 1.4 W/m·K | 1,5–2,5 W/cm² | Netinka | Žemas – Vidutinis |
| PTFE | 0.25 W/m·K | 1,2–1,5 W/cm² | 1,2–1,5 W/cm² | Vidutinis |
| Titanas | 22 W/m·K | 2–4 W/cm² | 2–3 W/cm² | Aukštesnis |
| Nerūdijantis plienas 316 | 16 W/m·K | 1–3 W/cm² | 2–4 W/cm² | Žemas |
Vatų tankio ribos ir panardinamųjų šildytuvų, naudojamų rūgščių ir šarminių medžiagų, sąnaudų palyginimas
Praktinės kvarco naudojimo šarminėse voniose pasekmės
Pirmasis kvarco gedimo požymis šarminėje vonioje dažniausiai yra vamzdelio išvaizdos pasikeitimas. Tirpstant silicio dioksidui, paviršius apšąla arba išgraviruoja. Siena plonėja. Vamzdis gali tapti trapesnis ir jautresnis mechaniniams pažeidimams.
Sienai plonėjant šiluminė varža mažėja, o apvalkalo temperatūra šiek tiek nukrenta. Iš pradžių gali atrodyti, kad šildytuvas veikia geriau. Tačiau retinimas tęsiasi tol, kol siena nebegali išlaikyti elemento. Gedimas dažnai yra staigus-įtrūkimas arba skylė, leidžianti šarminiam tirpalui liestis su kaitinimo elementu.
Nesėkmė gali būti pavojinga. Šarminiai tirpalai yra laidūs. Kai tirpalas pasiekia maitinimo elementą, įvyksta trumpasis jungimas. Apsauga nuo įžeminimo gedimo turėtų suveikti, bet jei ne, šildytuvas ir bakas gali būti sugadinti.
Kai kvarcas yra teisingas pasirinkimas
Kvarcas yra tinkamas pasirinkimas rūgštinėms vonioms, kur jo didesnis vatų tankis ir mažesnė kaina suteikia pranašumą. Jis dažniausiai naudojamas:
Praskieskite sieros rūgšties skalavimo bakus
Azoto rūgšties marinavimo vonios be HF
Fosforo rūgšties valymo tirpalai
Dejonizuoto vandens skalavimo bakai
Puslaidininkiniai šlapi suolai su rūgštine chemija
Šiose programose kvarcas veikia gerai ir kainuoja mažiau nei PTFE. Apribojimas yra šarminės chemijos ir HF{1}}turinčios vonios, kuriose kvarcas tirpsta arba ėsdina.
Kai PTFE yra geresnis pasirinkimas
PTFE yra geresnis pasirinkimas šarminėms vonioms, vonioms, kuriose yra HF{0}}, ir mišrioms cheminėms medžiagoms, kuriose pH gali svyruoti tarp rūgšties ir šarminės. Taip pat geriau tinka vonioms su daug ištirpusių kietųjų dalelių, kur ant šildytuvo paviršiaus susidaro nuosėdos, kurias reikia periodiškai valyti šarminiais arba rūgštiniais tirpalais.
Mažesnis PTFE vatų tankis reiškia, kad tai pačiai galiai reikia didesnio paviršiaus ploto. Kompaktiškuose rezervuaruose tai gali būti apribojimas. Tačiau talpyklose, kuriose yra pakankamai vietos, ilgesnis tarnavimo laikas ir platesnis PTFE cheminis suderinamumas nusveria dydžio trūkumą.
Kai nei viena medžiaga netinka pritaikymui
Kai kuriose programose yra chemijos, su kuria netinka nei kvarcas, nei PTFE. Voniai, kuri pakaitomis keičia stiprią rūgštį ir stiprią šarmą,-pvz., valymo liniją su rūgštine ir šarmine stadijomis, turinčią bendrą šildytuvą,-reikalinga medžiaga, kuri atspari abiem. PTFE yra vienintelė įprasta panardinamojo šildytuvo medžiaga.
Pasirinktinė PTFE panardinamojo šildytuvo konfigūracija su mažu vatų tankiu, dideliu paviršiaus plotu ir sandariais gnybtų gaubtais skirta tais atvejais, kai kvarcas sugenda ir nerūdijantis plienas korozuoja. Specifikacijos procesas reikalauja vonios chemijos, pH diapazono, darbinės temperatūros, bako matmenų ir reikalingos galios. Įrenginiams su šarminėmis arba mišriomis -chemijos voniomis šis pritaikymo- metodas užtikrina patikimas paslaugas, kai trūksta standartinių medžiagų.
