Els reactors de polimerització que processen monòmers com el clorur de vinil, l'estirè o les olefines sovint contenen clorurs orgànics com a monòmers, dissolvents o catalitzadors. Els escalfadors de titani s'especifiquen per la seva resistència a la corrosió, però els clorurs orgànics presenten un repte únic: es poden descompondre a superfícies metàl·liques calentes, formant àcid clorhídric. Aquest àcid ataca localment la pel·lícula passiva de titani. Simultàniament, el producte de polímer tendeix a adherir-se a les superfícies de l'escalfador, creant dipòsits. Sota aquests dipòsits, les espècies agressives es concentren, donant lloc a una corrosió inferior als dipòsits. L'acabat superficial del tub de titani influeix de manera crítica tant en l'adhesió del producte com en l'inici de l'atac de subdipòsit. Com a -superfícies dibuixades (Ra 0,8-1,2 µm) proporcionen llocs de claus mecànics per a l'acumulació de polímers. Les superfícies electropoliades (Ra 0,1–0,3 µm) són més llises, redueixen l'adhesió i minimitzen els llocs d'esquerdes on s'acumulen espècies corrosives.

Mecanisme d'acumulació de productes i corrosió de subdipòsit en titani

En els reactors de polimerització, els monòmers reaccionen a temperatures elevades (60-150 graus). La superfície de l'escalfador de titani proporciona un lloc de nucleació per a la formació de polímers. En superfícies rugoses com-dibuixades, les cadenes de polímer s'entrellacen mecànicament a les valls superficials, cosa que dificulta l'eliminació de dipòsits. El dipòsit de polímer en si és porós. Els clorurs orgànics es difonen a través del dipòsit i es descomponen a la interfície del polímer-titani, alliberant HCl. L'espai confinat sota el dipòsit impedeix la dilució de l'àcid, i el pH local pot baixar per sota de 2. A les superfícies electropolides, l'adhesió del polímer és principalment química més que mecànica. Els dipòsits són més prims, més uniformes i més fàcils d'eliminar mitjançant un rentat o una neteja mecànica suau. Menys acumulació significa menys llocs d'esquerdes i un risc de corrosió inferior als dipòsits reduït.

Comparació quantitativa d'acumulació de productes i taxes de corrosió

Les proves controlades en un simulant de polimerització de clorur de vinil (5% de clorurs orgànics, 80 graus, 500 hores) han establert les següents diferències de rendiment entre els acabats superficials:

Com a -superfície estirada (Ra 1,0 µm, sense tractar): gruix de dipòsit de polímer de 200 a 400 µm després de 500 hores. L'eliminació de dipòsits requereix un raspat agressiu. Índex de corrosió de subdipòsit de 0,15 mm per any. Densitat de picadura de 10-20 picadura per cm² sota els dipòsits. Profunditat màxima de la fossa de 80–120 µm.

Tal com es dibuixa- amb passivació (Ra 1,0 µm, tractat amb àcid nítric): gruix de dipòsit de 150–300 µm després de 500 hores. Índex de corrosió de subdipòsit de 0,10 mm per any. Densitat de picadura de 5-10 picadura per cm². La passivació proporciona una millora modesta.

Polit mecànicament (Ra 0,4–0,6 µm): gruix de dipòsit de 80–150 µm després de 500 hores. Dipòsit eliminable per rentat amb dissolvent. Índex de corrosió de subdipòsit de 0,06 mm per any. Densitat de picat per sota de 5 picats per cm².

Electropolit (Ra 0,2 µm, acabat brillant): gruix de dipòsit de 30–60 µm després de 500 hores. Els dipòsits es desprenen durant els cicles normals de neteja del reactor. Índex de corrosió de subdipòsit de 0,02 mm per any. No s'observa cap picat després de 500 hores.

Electropolit amb recobriment anti-adherent (fluoropolímer, 0,5 µm): Dipòsit de gruix inferior a 10 µm després de 500 hores. Essencialment superfície-antiadherent. No hi ha corrosió de subdipòsit mesurable. Vida del recobriment limitada per l'abrasió.

Guia de selecció d'acabat superficial per al servei de clorur orgànic

La taula següent proporciona un marc de decisió per seleccionar l'acabat superficial de l'escalfador de titani basat en la química de polimerització, la freqüència de neteja i els requisits de puresa del producte:

Enginyeria més enllà de l'acabat superficial

El gruix de la paret interacciona amb la corrosió del subdipòsit. Les parets més gruixudes (1,5-2,0 mm) proporcionen un marge de seguretat més gran per a la penetració de la fossa un cop s'inicia la corrosió del subdipòsit. Tanmateix, les parets fines electropoliment (0,9 mm) poden durar més que les parets gruixudes-dibuixades (1,5 mm) perquè la superfície més llisa impedeix l'inici de la fossa del tot. El grau d'aliatge de titani també modifica l'adhesió del dipòsit; El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) manté una pel·lícula passiva més estable, reduint la descomposició catalítica dels clorurs orgànics i reduint la taxa de formació de dipòsits entre un 20 i un 30% en comparació amb el grau 2. El disseny del reactor és important: els escalfadors verticals amb superfícies llises i verticals llencen els dipòsits de polímer amb més eficàcia que els escalfadors horitzontals on els dipòsits s'acumulen.

Elaboració d'una especificació informada

Quan s'especifica un escalfador de titani per a un reactor de polimerització que conté clorurs orgànics, cal un acabat superficial electropolit amb un valor de Ra documentat per sota de 0,3 µm. Especifiqueu que l'electropolit es realitzi després de totes les operacions de soldadura i plegat per garantir un acabat uniforme en totes les superfícies. Sol·liciteu microfotografies amb un augment de 500 × que mostrin la topografia de la superfície. Per a aplicacions crítiques on la puresa del producte és primordial, especifiqueu un recobriment de fluoropolímer addicional (PTFE o PFA, 0,5-1,0 µm de gruix) aplicat sobre la superfície electropolitada. Durant el funcionament, controleu el consum d'energia de l'escalfador; un augment gradual indica una acumulació de dipòsits que requereix neteja. Utilitzeu el rentat amb dissolvent (el dissolvent de neteja normal del reactor) a temperatura elevada per eliminar els dipòsits abans que arribin al gruix crític. No utilitzeu mai mètodes de neteja abrasius en superfícies electropolides, ja que les rascades recrearan llocs de claus mecàniques. En seleccionar l'acabat superficial electropolit com a-dibuixat, l'enginyer minimitza tant l'acumulació de productes com la fallada insidiosa de la corrosió de subdipòsits en entorns de polimerització de clorur orgànic.