硫酸用の PTFE 浸漬ヒーターの選択をサポートする腐食データはどれですか?

めっき工場のエンジニアは、25 度の硫酸陽極酸化浴用の交換用 PTFE 浸漬ヒーターを指定していました。ベンダーの腐食チャートでは、すべての硫酸濃度および温度にわたって PTFE が「優れている」と示されています。エンジニアはヒーターを注文して設置しましたが、それは 3 年間良好に動作しました。別のタンク用のヒーターを指定した 2 人目のエンジニアは、同じチャートを使用して、90 度の 50% 硫酸バス用に同じヒーターを注文しました。ヒーターは8か月で故障しました。チャートには「素晴らしい」と書かれていました。現実はさらに微妙なものでした。

腐食チャートは便利なツールですが、過度に単純化されていることがよくあります。彼らは、広範囲の濃度と温度にわたって材料を「優れている」、「良好」、「まあまあ」、または「推奨されない」として評価します。 PTFE は、従来の意味での硫酸中では分解しません。-溶解したり腐食したりしません。ただし、浸透はします。浸透速度は濃度と温度に依存します。硫酸スペクトル全体にわたって PTFE を「優れている」と評価するグラフでは、高温での耐用年数を制限する浸透経路が無視されています。

腐食チャートの正しい読み方

腐食チャートは出発点であり、仕様ではありません。これは、材料が広範な条件下で化学的に適合するかどうかを示します。材料がどのくらいの期間持続するか、浸透速度がどのくらいか、破損のメカニズムがどのようなものかはわかりません。

硫酸中の PTFE の場合、チャートは温度を念頭に置いて解釈する必要があります。室温および中程度の濃度では、PTFE は本質的に不活性です。温度が上昇すると、透過が制限要因になります。ポリマーは溶解しないため、グラフでは依然として「優れている」と表示されている可能性がありますが、耐用年数は湿気の侵入や絶縁不良によって制限される可能性があります。

硫酸使用時の濃度と温度による PTFE の透過率と寿命

硫酸の浸透メカニズム

硫酸は、水と酸分子がポリマーマトリックスを通って拡散するにつれて PTFE に浸透します。この速度は、温度、濃度、およびシースの厚さに依存します。低温および低濃度では、浸透速度が十分に遅いため、ヒーターは数年間持続します。高温および高濃度では速度が加速され、数か月以内に水分が MgO 絶縁体に到達します。

温度が10度上昇するごとに、浸透速度は約2倍になります。また、酸濃度とともに増加しますが、その関係は線形ではありません。 50% の濃度では、同じ温度での 20% の場合よりも透過率が 2 ～ 3 倍高くなる可能性があります。

シースの厚さによって拡散経路長が決まります。 2.5 mm シースは、1.5 mm シースよりも浸透するのに時間がかかります。しかし、シースが厚くなると熱抵抗が増すためシースの温度も上昇し、透過率が増加します。最適な厚さにより、これらの効果のバランスが取れます。

チャートでは分からないこと

腐食チャートでは次のことがわかりません。

特定の温度と濃度での浸透率

アプリケーションの予想耐用年数

シースの厚さが浸透に及ぼす影響

ワット密度がシース温度と透過に及ぼす影響

熱伝達とシース温度に対する流れ条件の影響

これらの要因により、PTFE ヒーターの寿命が 2 年か 10 年になるかが決まります。チャートはスクリーニングツールです。この仕様には、より詳細な分析が必要です。

硫酸サービスの実際的な選択手順

浴の実際の濃度と温度範囲を決定します。平均値ではなく、通常の操作中に発生する最高の濃度と温度を使用します。

温度と濃度から浸透速度を推定します。予想される耐用年数が 3 年未満の場合は、ワット密度を低くする、シースを厚くする、または別の素材を検討してください。

ワット数と安全なワット密度から必要な表面積を計算します。 60 ～ 80 度の硫酸では、ワット密度 1.0 ～ 1.2 W/cm2 でシース温度を透過を制限する範囲内に保ちます。

シースの厚さを考慮してください。 2.0 ～ 2.5 mm のシースはより長い浸透経路を提供しますが、熱抵抗が増加します。 1.5 ～ 2.0 mm のシースは熱抵抗を減らしますが、浸透経路を短くします。最適値は温度と必要な耐用年数によって異なります。

設置後の絶縁抵抗を監視してください。数か月にわたって徐々に減少することは、浸透が進んでいることを示しています。読み取り値が安定している場合は、ヒーターが安全な範囲内で動作していることを示します。

硫酸サービス用 PTFE 浸漬ヒーター仕様パラメータ

チャートは「Excellent」と表示されているが、ヒーターが故障した場合

グラフの評価にもかかわらず、硫酸の使用でヒーターが早期に故障する場合、通常は化学的攻撃ではなく浸透によって制限されます。ポリマーはそのままです。絶縁抵抗が低下しました。故障は電気的なものであり、化学的なものではありません。

解決策は、シースの温度を下げるか、シースの厚さを増やすか、あるいはその両方によって浸透速度を下げることです。ワット密度が低いと、シースの温度が下がります。シースが厚くなると、浸透経路が増加します。これらを組み合わせると、水分が MgO に到達するまでの時間が延長されます。

低ワット密度、厚いシース、大きな表面積を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成は、標準ヒーターでは早期に故障してしまう高温硫酸サービスに対応します。{0}}仕様プロセスでは、酸の濃度、動作温度、タンクの寸法、および必要なワット数が必要です。