Kuinka fluoripolymeerivaihtimet tukevat fosforihapon väkevöintilaitoksia?

Käsittelemällä fosfaattikiveä rikkihapolla syntyy fosforihappoa. Syntynyt heikko happo väkevöidään sitten haihduttamalla kauppa- tai elintarvikelaatuiseksi hapoksi. Tässä väkevöintiprosessissa käytettävien lämmönvaihtimien tulee kestää kuumaa, väkevää fosforihappoa, joka sisältää syövyttäviä fluori- ja kloridi-epäpuhtauksia.

Fosforihapon konsentraatioprosessi
Fosforihappoa valmistetaan yleensä käsittelemällä fosfaattikiveä rikkihapolla, jolloin saadaan laimea happoliuos, joka sisältää noin 28-32 % P2O5. Seuraavaksi heikko happo väkevöidään poistamalla vesi, tavallisesti tyhjiössä kiehumispisteen alentamiseksi. Happo konsentroidaan P205-pitoisuuteen, joka on hyväksyttävä kaupalliseen käyttöön, kuten lannoitteiden valmistukseen tai elintarvikekäyttöön.

Lämmönvaihtimet ovat välttämättömiä väkevöintiprosessissa. Niitä käytetään sisään tulevan heikon hapon esilämmittämiseen ennen haihdutusvaiheisiin siirtymistä ja haihduttamisen aikana muodostuvien höyryjen kondensoimiseen. Lämmönvaihtimet ottavat talteen prosessilämmön, mikä lisää energiatehokkuutta ja minimoi käyttökustannukset.

Korroosioongelma fosforihappopitoisuudessa
Yksi keskeisistä fosforihapon konsentraation ongelmista on hapon syövyttävä luonne erityisesti väkevöintiprosessin kannalta välttämättömissä korkeissa lämpötiloissa (80-100 astetta). Fosforihappo on jo aggressiivinen monille materiaaleille, mutta epäpuhtaudet, kuten fluori (fosfaattikivestä) ja kloridi, tekevät haposta paljon syövyttävämmän. Tällaiset epäpuhtaudet edistävät ruostumattoman teräksen ja joidenkin runsaasti nikkeliä sisältävien metalliseosten korroosiota, mikä aiheuttaa ennenaikaista vikaa ja lämmönvaihtimien säännöllistä huoltoa ja vaihtoa.

Polytetrafluorieteeni (PTFE) ja perfluorialkoksi (PFA) kestävät erittäin hyvin fosforihappoa ja sen syövyttäviä epäpuhtauksia ja ovat siksi hyviä vaihtoehtoja lämmönvaihtimille tässä sovelluksessa. Kemiallinen inertisyys tarkoittaa, että lämmönvaihtimet eivät hajoa fluori- ja kloridi-epäpuhtauksien läsnä ollessa ja että niitä voidaan käyttää luotettavasti pitkällä aikavälillä näissä vaikeissa olosuhteissa.

Fluoripolymeerilämmönvaihdinsuunnittelu
Shell{0}}ja-putkilämmönvaihtimet ovat laajimmin käytetty tyyppi fosforihapon rikastamoissa. Tässä tapauksessa väkevää fosforihappoa johdetaan fluoripolymeeriputkien läpi ja vaipan puolelle johdetaan höyryä tai kuumaa vettä haihtumiseen tarvittavan lämmön saamiseksi. Putket on valmistettu fluoripolymeeriaineesta, joka kestää syövyttävää fosforihappoa sekä fluori- ja kloridi-epäpuhtauksia pitkän käyttöiän ja suorituskyvyn varmistamiseksi.

PTFE-lämmönvaihtimia käytetään laajalti jopa 110 asteen lämpötiloissa, mikä sisältää tiivistysprosessin yleiset työlämpötilat. Korkeampien lämpötilojen sovelluksiin on saatavana myös PFA-lämmönvaihtimia. PFA kestää hieman korkeampia lämpötiloja (jopa noin 260 C) ja lisää hieman turvapuskuria tiukempiin sovelluksiin.

Fluoripolymeerilämmönvaihtimien kyky voittaa kuuman, väkevän fosforihapon aiheuttamat haasteet on vahvistettu, ja ne tarjoavat luotettavan ja korroosionkestävän -lämmönsiirtoratkaisun fosforihapon rikastamoille.

Materiaalin valinta fosforihappokonsentraatiolämmönvaihtimiin
Oikean materiaalin valinta fosforihapporikastuslaitosten lämmönvaihtimiin on erittäin tärkeää luotettavan toiminnan takaamiseksi ja huollon minimoimiseksi. Lukuisten materiaalien soveltuvuutta käytettäväksi kuumassa väkevässä fosforihapossa, jossa on fluori- ja kloridi-epäpuhtauksia, verrataan seuraavassa taulukossa:

Materiaali max. Temp. Korroosionkestävyys fosforihapon kanssa Fluoridinkestävyys Kloridinkestävyys Fosforihapon pitoisuus Sopivuus PTFE 110 astetta Erinomainen Erinomainen Erinomainen Hyvä kohtalaisen korkeissa lämpötiloissa, jotka ovat happamia ja epäpuhtauksia.
PFA ~260 astetta Erinomainen Erinomainen Erinomainen Paras korkeissa lämpötiloissa.
Grafiitti ~200 astetta Hyvä Huono Huono Rajoitettu alhaisiin lämpötiloihin ja vähemmän sopiva fluoridihyökkäyksen vuoksi.
Hastelloy ~500 astetta Fair Fair FairKallis. Kestää huonosti fluoria ja kloridia kuumassa fosforihapossa.
PTFE ja PFA ovat, kuten voidaan nähdä, suosituimpia materiaaleja, koska ne kestävät erinomaisesti hapanta ympäristöä sekä syövyttäviä fluori- ja kloridi-epäpuhtauksia. Hastelloy ja grafiitti ovat jonkin verran kestäviä, mutta eivät yhtä luotettavia kuin fluoripolymeerit tässä sovelluksessa.

Johtopäätös
Fluoripolymeerilämmönvaihtimet (erityisesti PTFE- ja PFA-lämmönvaihtimet) ovat tärkeitä tekniikoita, jotka mahdollistavat luotettavan ja tehokkaan fosforihapon konsentraation. Materiaalit kestävät kuuman fosforihapon ja sen fluori- ja kloridi-epäpuhtauksien syövyttäviä vaikutuksia ja takaavat siten lämmönvaihtimien pitkäaikaisen{1}}suorituskyvyn. Erikoismateriaaleja (kuten PTFE ja PFA) tarvitaan erittäin syövyttävissä olosuhteissa (kuten fosforihappokonsentraatiotehdas). Nämä materiaalit kestävät hyvin kemiallisia vaikutuksia, ja niitä käytetään korroosion minimoimiseen, laitteiden käyttöiän maksimoimiseen ja ylläpitokustannusten minimoimiseen. Sopivan materiaalin valinta on ratkaisevan tärkeää näiden erittäin haluttujen toimintojen kestävyyden ja tehokkuuden kannalta.