Polymerointireaktorit, joissa käsitellään monomeerejä, kuten vinyylikloridia, styreeniä tai olefiineja, sisältävät usein orgaanisia klorideja monomeereinä, liuottimina tai katalyytteinä. Titaanilämmittimet on määritelty niiden korroosionkestävyyden vuoksi, mutta orgaaniset kloridit ovat ainutlaatuinen haaste: ne voivat hajota kuumilla metallipinnoilla muodostaen suolahappoa. Tämä happo hyökkää titaanin passiivikalvoa vastaan ​​paikallisesti. Samanaikaisesti polymeerituote pyrkii tarttumaan lämmittimen pintoihin ja muodostaa kerrostumia. Näiden kerrostumien alla aggressiiviset lajit keskittyvät, mikä johtaa kerrostuman alikorroosioon. Titaaniputken pinnan viimeistely vaikuttaa kriittisesti sekä tuotteen tarttumiseen että alijäämän alkamiseen. Vedetyt pinnat (Ra 0,8–1,2 µm) tarjoavat mekaanisia näppäilykohtia polymeerin kerääntymiselle. Sähkökiillotetut pinnat (Ra 0,1–0,3 µm) ovat tasaisempia, mikä vähentää tarttuvuutta ja minimoi rakokohtia, joihin syövyttävien lajien kerääntyminen.

Tuotteen muodostumismekanismi ja titaanin alikorroosio

Polymerointireaktoreissa monomeerit reagoivat korotetuissa lämpötiloissa (60-150 astetta). Titaanilämmittimen pinta tarjoaa ydintymiskohdan polymeerin muodostukselle. Karkeilla vedetyillä pinnoilla polymeeriketjut lukkiutuvat mekaanisesti pintalaaksoihin, mikä vaikeuttaa saostumien poistamista. Polymeerikerrostuma itsessään on huokoinen. Orgaaniset kloridit diffundoituvat saostuman läpi ja hajoavat titaani-polymeerin rajapinnassa vapauttaen HCl:a. Suljettu tila kerrostuman alla estää hapon laimenemisen ja paikallinen pH voi laskea alle 2:n. Sähkökiillotetuilla pinnoilla polymeerin tarttuminen on ensisijaisesti kemiallista eikä mekaanista. Saostumat ovat ohuempia, tasaisempia ja helpompia poistaa huuhtelemalla tai miedolla mekaanisella puhdistuksella. Vähemmän kerääntymistä tarkoittaa vähemmän rakokohtia ja alijäämän korroosioriskiä.

Tuotteen muodostumisen ja korroosion määrällinen vertailu

Kontrolloitu testaus vinyylikloridipolymerointisimulantilla (5 % orgaanisia klorideja, 80 astetta, 500 tuntia) on osoittanut seuraavat tehoerot pintakäsittelyjen välillä:

Piirretty pinta- (Ra 1,0 µm, käsittelemätön): Polymeerikerrostuman paksuus 200–400 µm 500 tunnin kuluttua. Talletuksen poistaminen vaatii aggressiivista kaapimista. Alikerrostuman korroosionopeus 0,15 mm vuodessa. Pistetiheys 10–20 kuoppia/cm² kerrostumien alla. Suurin kuopan syvyys 80-120 µm.

Kuten-passivoimalla piirretty (Ra 1,0 µm, typpihappokäsitelty): Saostuspaksuus 150–300 µm 500 tunnin kuluttua. Alikerrostuman korroosionopeus 0,10 mm vuodessa. Pistetiheys 5-10 kuoppia/cm². Passivointi tarjoaa vaatimattoman parannuksen.

Mekaanisesti kiillotettu (Ra 0,4–0,6 µm): Saostuspaksuus 80–150 µm 500 tunnin kuluttua. Sakka poistetaan liuotinhuuhtelulla. Alikerrostuman korroosionopeus 0,06 mm vuodessa. Pistetiheys alle 5 kuoppaa/cm².

Sähkökiillotettu (Ra 0,2 µm, kirkas viimeistely): Saostuspaksuus 30–60 µm 500 tunnin kuluttua. Sakka hiutaleet pois normaalien reaktorin puhdistusjaksojen aikana. Alikerrostuman korroosionopeus 0,02 mm vuodessa. Ei havaittu kuoppia 500 tunnin jälkeen.

Sähkökiillotettu tarttumattomalla-pinnoitteella (fluoripolymeeri, 0,5 µm): Saostuspaksuus alle 10 µm 500 tunnin jälkeen. Pohjimmiltaan tarttumaton-pinta. Ei mitattavissa olevaa korroosiota. Pinnoitteen käyttöikää rajoittaa hankaus.

Pintakäsittelyn valintaopas orgaanista kloridia varten

Seuraava taulukko tarjoaa päätöksentekokehyksen titaanilämmittimen pintakäsittelyn valitsemiseksi polymerointikemian, puhdistustiheyden ja tuotteen puhtausvaatimusten perusteella:

Suunnittelu pintakäsittelyn lisäksi yksin

Seinämän paksuus on vuorovaikutuksessa kerrostuksen alikuorroosion kanssa. Paksummat seinät (1,5–2,0 mm) antavat suuremman turvamarginaalin kuoppaläpäisylle, kun alikuorosio alkaa. Sähkökiillotetut ohuet seinät (0,9 mm) voivat kuitenkin kestää kauemmin kuin{5}}vedetyt paksut seinät (1,5 mm), koska tasaisempi pinta estää kuopan syttymisen kokonaan. Titaaniseoslaatu muuttaa myös kerrostuman tarttuvuutta; Grade 7 (palladium-stabiloitu) säilyttää vakaamman passiivikalvon, mikä vähentää orgaanisten kloridien katalyyttistä hajoamista ja laskee saostumien muodostumisnopeutta 20–30 % luokkaan 2 verrattuna. Reaktorin suunnittelulla on väliä: pystysuorat lämmittimet, joissa on sileät, pystysuorat pinnat, poistavat polymeerikertymiä tehokkaammin kuin vaakasuorat lämmittimet, joissa kerrostumia kerääntyy yläpinnoille.

Tietoisen määrittelyn tekeminen

Kun määrität titaanilämmittimen orgaanisia klorideja sisältävälle polymerointireaktorille, vaadi sähkökiillotettu pintakäsittely, jonka dokumentoitu Ra-arvo on alle 0,3 µm. Määritä, että sähkökiillotus suoritetaan kaikkien hitsaus- ja taivutustoimenpiteiden jälkeen tasaisen viimeistelyn varmistamiseksi kaikilla pinnoilla. Pyydä mikrovalokuvia 500-kertaisella suurennuksella, joissa näkyy pinnan topografia. Kriittisissä sovelluksissa, joissa tuotteen puhtaus on ensiarvoisen tärkeää, määritä ylimääräinen fluoripolymeeripinnoite (PTFE tai PFA, paksuus 0,5–1,0 µm) sähkökiillotetulle pinnalle. Tarkkaile lämmittimen virrankulutusta käytön aikana; asteittainen kasvu osoittaa, että kerrostumia on kertynyt, mikä vaatii puhdistusta. Käytä liuotinhuuhtelua (reaktorin normaalia puhdistusliuotinta) korotetussa lämpötilassa saostumien poistamiseksi ennen kuin ne saavuttavat kriittisen paksuuden. Älä koskaan käytä hankaavia puhdistusmenetelmiä sähkökiillotetuille pinnoille, sillä naarmut muodostavat uudelleen mekaanisia näppäilykohtia. Valitsemalla elektrolyyttisen{11}}vedetyn pinnan viimeistelyn, insinööri minimoi sekä tuotteen kertymisen että alikorroosion aiheuttaman salakavalan epäonnistumisen orgaanisen kloridin polymerointiympäristöissä.