60 度での混合酸酸洗い用の PTFE 浸漬ヒーターのサイズを決定するにはどうすればよいですか?

ステンレス鋼の酸洗ラインでは、60 度の硝酸-水素酸バスの交換用 PTFE 浸漬ヒーターが必要でした。既存のヒーターは、使用開始からわずか 6 か月で故障しました。-PTFE シースに膨れが生じ、加熱部分全体に亀裂が生じました。保守チームは、ヒーターのサイズが小さすぎて、高すぎるワット密度で動作しているのではないかと疑っていました。

混合酸酸洗槽は、PTFE 浸漬ヒーターにとって最も要求の厳しい化学薬品の 1 つです。フッ化水素酸成分は浸透によって PTFE を攻撃し、硝酸成分はポリマー表面を酸化します。 HF と硝酸を 60 度で組み合わせるには、ワット密度が低く、表面積が大きい保守的な設計が必要です。

混酸酸洗いに低いワット密度が必要な理由

フッ化水素酸は、温度と濃度に応じた速度で PTFE に浸透します。硝酸はポリマー表面を酸化します。これらを組み合わせると、どちらかの酸単独よりも早くコーティングが劣化します。

60 度の混合酸酸洗における PTFE 浸漬ヒーターの安全なワット密度は 0.8 ～ 1.0 W/cm² です。その範囲を超えると、表面温度がポリマーの安全限界を超え、劣化速度が加速します。

混合酸酸洗いの安全なワット密度と表面積の要件

混酸サービスの温度上限

表面温度が制御変数です。 60 度のバルクでの混合酸酸洗いの場合、表面温度は 85 ～ 90 度を超えてはなりません。その範囲を超えると、HF の透過速度と硝酸の酸化速度が加速し、PTFE が急速に劣化します。

表面温度を 90 度未満に保つには、適度に撹拌した浴中でワット密度を 0.8 ～ 1.0 W/cm2 に制限する必要があります。低流量ゾーンでは、制限は 0.6～0.8 W/cm² に低下します。-

必要な表面積の計算

表面積の要件は、ワット数とワット密度によって異なります。 0.9 W/cm2 での 5 kW の負荷の場合、必要な表面積は 5,556 cm2 です。シース直径 50 mm、加熱長さ 1,500 mm の単一ストレート ヒーターは、要件の半分未満の約 2,356 cm²-を提供します。マルチパス構成または複数のヒーターが必要です。-

タンクに単一の大型ヒーターを収容できない場合は、タンクの周囲に複数の小型ヒーターを分散させて、低いワット密度を維持しながら必要な表面積を提供できます。

0.9 W/cm2 での混合酸酸洗いの表面積とヒーター構成の要件

混酸サービスの実際の仕様手順

酸の組成から始めます。 HF および硝酸の濃度が高いほど、必要なワット密度は低くなります。 10% HNO₃ + 2% HF の場合、ワット密度は 1.0 W/cm² を超えてはなりません。 15% HNO₃ + 3% HF の場合、制限は 0.9 W/cm² に低下します。

ヒーターの設置場所での実際の流量条件からワット密度を選択します。適度に撹拌された浴では、0.9 W/cm2 が適切です。低流量ゾーンでは、0.7 W/cm² に軽減します。-

ワット数とワット密度から必要な表面積を計算します。 0.9 W/cm2 での 5 kW のデューティには 5,556 cm2 が必要です。単一のヒーターではタンク内にその領域を提供できない場合は、周囲に複数のヒーターを配置することを検討してください。

ヒーターの表面温度が 90 度以下に保たれていることを確認してください。計算された表面温度がその制限を超える場合は、ワット密度をさらに下げるか、ヒーター表面の流れを改善します。

標準ヒーターがワット密度要件を満たせない場合

高ワット数の要件があり、周辺スペースが限られている混合酸酸洗タンクでは、多くの場合、化学が要求する低ワット密度の標準 PTFE 浸漬ヒーターを収容できません。表面積が大きく、ワット密度が低く、流量が最適化された位置を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、ワット密度の不一致の根本原因に対処します。-仕様プロセスでは、酸の組成、動作温度、タンクの寸法、流量条件、および必要なワット数が必要です。混合酸酸洗ラインを備えた施設では、この用途固有のアプローチによりコーティングの劣化が軽減され、ヒーターの耐用年数が延長されます。{4}}