PTFE 熱交換器が研磨スラリー粒子を含む熱リン酸中でガラス充填 PTFE よりも優れているのはなぜですか?{0}

スラリーチャレンジ

湿式-プロセスによるリン酸の生産には、リン酸塩岩を硫酸で消化することが含まれます。得られたスラリーには、リン酸として 28 ～ 32% の P2O5、硫酸カルシウム (石膏) 結晶、未反応の岩石粒子、およびさまざまな金属不純物が含まれています。スラリーは研磨性があります。腐食性があります。蒸解反応を促進し、その後の蒸発段階で酸を濃縮するために 70 ～ 85 度に加熱されます。

このサービスにおける熱交換器は、熱リン酸による化学的攻撃と懸濁物質の機械的侵食の両方に耐える必要があります。ガラス-充填 PTFE-PTFE に 15-25% のガラス繊維を配合したものは、ガラス充填剤によって剛性が増し、耐摩耗性が向上すると考えられているため、この用途で検討されることがあります。

ただし、ガラス-入り PTFE には熱リン酸に対して重大な脆弱性があります。ガラス充填材は酸によって化学的に攻撃されます。リン酸はガラス繊維を溶解し、多孔質で機械的に弱くなった PTFE マトリックスが残ります。フィラーへの化学的攻撃とスラリーからの侵食の組み合わせにより、未充填のバージン PTFE を超える劣化速度が生じます。

ガラスフィラーの溶解メカニズム

PTFE フィラーとして使用されるガラス繊維は通常、E-ガラス-アルミノホウケイ酸カルシウム-組成物です。熱リン酸中では次のような反応が起こります。酸はシリカネットワークを攻撃し、ガラス構造からシリコンを溶解します。ガラス中の酸化カルシウム、アルミニウム、酸化ホウ素はリン酸と反応して、可溶性リン酸塩を形成します。

ガラス繊維は、もともと PTFE マトリックス全体に個別の強化要素として分散していましたが、表面から内部に向かって徐々に溶解します。溶解した各繊維は PTFE 内に円筒形の空隙を残します。空隙は応力を集中させ、材料への酸の浸透経路を提供します。フィラーが溶解すると表面が粗くなり、摩擦係数が増加し、耐摩耗性が低下します。

バージン PTFE には溶解するフィラーがありません。リン酸は、化学的に不活性なフルオロポリマー表面のみに接触します。浸食速度は、スラリー粒子による PTFE の機械的摩耗によってのみ決まります。-この速度は、化学的-と-ガラス充填材料の機械的劣化の合計よりも低い-。

侵食のパラドックス

PTFEにガラスフィラーを添加することで硬度と剛性を高め、耐摩耗性の向上が期待できます。乾燥した、または-化学的作用のない-研磨環境では、ガラス-入り PTFE はバージン PTFE よりも優れた耐摩耗性を示します。ガラス繊維は研磨粒子による接触荷重に耐え、より柔らかい PTFE マトリックスを保護します。

湿ったリン酸では、ガラス繊維に対する化学的攻撃により、この関係が逆転します。酸は表面の繊維を溶解します。残りの PTFE マトリックスはフィラーによってサポートされていないため、連続した均質な未使用の PTFE 表面よりも浸食を受けやすくなります。耐摩耗性の向上を目的とした充填剤が劣化を促進するメカニズムとなります。

このパラドックスは、化学プロセス装置の材料選択における教訓です。フィラーの性能は、一般的な機械的特性データから推測されるものではなく、サービスの特定の化学条件下で評価される必要があります。

まとめ

バージン PTFE 熱交換器は、熱リン酸スラリー中でガラス充填 PTFE よりも優れた性能を発揮します。これは、ガラス充填剤が酸に溶解し、表面を粗くして浸食を促進する空隙を生成するためです。{0}}フィラーへの化学的攻撃と機械的スラリー侵食の組み合わせにより、未充填の PTFE の 1.5 ～ 2.5 倍の劣化速度が生じます。バージン PTFE は、攻撃的なフィラーを含まないため、滑らかで化学的に不活性な表面を提供し、ゆっくりと均一に侵食されます。腐食性の化学環境での研磨スラリーのサービスには、非充填 PTFE が優れた材料の選択肢です。

リン酸やその他の腐食性スラリー用途における PTFE 熱交換器の材料選択に関するエンジニアリング サポートは、酸の濃度、スラリーの固形分と粒子の特性、動作温度、現在の機器の耐用年数データを提出すると利用できます。