Лінія травлення з нержавіючої сталі потребувала заміни занурювального нагрівача з PTFE для ванни з азотною-фтористоводневою кислотою при 60 градусах. Існуючий нагрівач вийшов з ладу лише через шість місяців експлуатації-на оболонці з PTFE утворилися пухирі та тріщини вздовж усієї нагрітої секції. Команда технічного обслуговування запідозрила, що обігрівач був заниженим і працював із занадто високою щільністю ват.
Ванни для травлення змішаної кислоти є одними з найбільш вимогливих хімічних речовин для занурювальних нагрівачів PTFE. Плавикова кислота проникає на PTFE, а азотна кислота окислює поверхню полімеру. Поєднання HF і азотної кислоти при 60 градусах вимагає консервативної конструкції з низькою щільністю ват і великою площею поверхні.
Чому травлення змішаною кислотою вимагає низької щільності
Плавикова кислота проникає в PTFE зі швидкістю, яка залежить від температури та концентрації. Азотна кислота окислює поверхню полімеру. Разом вони руйнують покриття швидше, ніж будь-яка кислота окремо.
Безпечна щільність ват для занурювального нагрівача PTFE при травленні змішаною кислотою при 60 градусах становить 0,8–1,0 Вт/см². Вище цього діапазону температура поверхні перевищує безпечну межу для полімеру, і швидкість деградації прискорюється.
| Кислотний склад | Температура | Безпечна щільність | Площа поверхні для 5 кВт | Очікуваний термін служби |
|---|---|---|---|---|
| 10% HNO₃ + 2% HF | 50 градусів | 1,0–1,2 Вт/см² | 4167–5000 см² | 3–5 років |
| 10% HNO₃ + 2% HF | 60 градусів | 0,8–1,0 Вт/см² | 5000–6250 см² | 2–4 роки |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 60 градусів | 0,7–0,9 Вт/см² | 5556–7143 см² | 18-36 місяців |
| 20% HNO₃ + 4% HF | 60 градусів | 0,6–0,8 Вт/см² | 6250–8333 см² | 12–24 місяці |
| 15% HNO₃ + 3% HF | 70 градусів | 0,5–0,7 Вт/см² | 7143–10000 см² | 8–18 місяців |
Вимоги до безпечної щільності ват і площі поверхні для травлення змішаною кислотою
Температурна стеля для змішаної кислоти
Температура поверхні є керуючою змінною. Для травлення змішаною кислотою при температурі 60 градусів температура поверхні не повинна перевищувати 85–90 градусів. Вище цього діапазону швидкість проникнення HF і швидкість окислення азотної кислоти прискорюються, а PTFE швидко деградує.
Щоб підтримувати температуру поверхні нижче 90 градусів, щільність ват має бути обмежена до 0,8–1,0 Вт/см² у ваннах із помірним перемішуванням. У зонах із низьким-потоком обмеження знижується до 0,6–0,8 Вт/см².
Розрахунок необхідної площі поверхні
Вимоги до площі поверхні залежать від потужності та щільності ват. Для навантаження 5 кВт і 0,9 Вт/см² необхідна площа поверхні становить 5556 см². Один прямий нагрівач із діаметром оболонки 50 мм і довжиною нагріву 1500 мм забезпечує приблизно 2356 см²-менше половини потреби. Потрібна багато{13}}конфігурація або кілька нагрівачів.
Якщо резервуар не може вмістити один великий нагрівач, кілька менших нагрівачів, розподілених навколо резервуара, можуть забезпечити необхідну площу поверхні, зберігаючи низьку щільність ват.
| Потужність | Безпечна щільність | Необхідна площа поверхні | Довжина одного обігрівача (оболонка 50 мм) | Конфігурація кількох-проходів |
|---|---|---|---|---|
| 3 кВт | 0,9 Вт/см² | 3333 см² | 2122 мм | 2 проходи × 1061 мм |
| 4 кВт | 0,9 Вт/см² | 4444 см² | 2829 мм | 3 проходи × 943 мм |
| 5 кВт | 0,9 Вт/см² | 5556 см² | 3 537 мм | 4 проходу × 884 мм |
| 6 кВт | 0,9 Вт/см² | 6667 см² | 4244 мм | 5 проходів × 849 мм |
| 8 кВт | 0,9 Вт/см² | 8889 см² | 5659 мм | 6 проходів × 943 мм |
Вимоги до площі поверхні та конфігурації нагрівача для змішаного кислотного травлення при 0,9 Вт/см²
Практичні етапи специфікації для обслуговування змішаної кислоти
Почніть з кислотного складу. Вищі концентрації HF і азотної кислоти вимагають меншої щільності ват. Для 10% HNO₃ + 2% HF щільність у ватах не повинна перевищувати 1,0 Вт/см². Для 15% HNO₃ + 3% HF обмеження знижується до 0,9 Вт/см².
Виберіть щільність ват з фактичних умов потоку в місці розташування нагрівача. Для ванни з помірним перемішуванням доречно 0,9 Вт/см². У зоні низького-потоку зменште до 0,7 Вт/см².
Обчисліть необхідну площу поверхні за потужністю та щільністю ват. Для навантаження 5 кВт при 0,9 Вт/см² потрібно 5556 см². Якщо один обігрівач не може забезпечити цю площу всередині резервуара, розгляньте кілька нагрівачів, розподілених по периметру.
Переконайтеся, що температура поверхні нагрівача залишається нижче 90 градусів. Якщо розрахована температура поверхні перевищує цю межу, зменште щільність ват або покращте потік на поверхні нагрівача.
Коли стандартні обігрівачі не відповідають вимогам щодо щільності ват
Резервуари для змішаного кислотного травлення з високими вимогами до потужності та обмеженим периферійним простором часто не можуть вмістити стандартні занурювальні нагрівачі PTFE з низькою щільністю ват, що вимагає хімія. Спеціальна конфігурація занурювального нагрівача з ПТФЕ з великою площею поверхні, низькою щільністю ват і оптимізованою -позицією потоку усуває основну причину невідповідності щільності ват. Процес специфікації вимагає складу кислоти, робочої температури, розмірів бака, умов потоку та необхідної потужності. Для установок із змішаними лініями кислотного травлення цей-спеціальний підхід зменшує деградацію покриття та подовжує термін служби нагрівача.
