En la hidròlisi escalfada contínua d'hexaclorodisilà (HCDS) a sílice (180 graus, 30 bar), com es relaciona la resistència del revestiment PFA a la penetració de HCl a alta pressió amb el grau de cristal·linitat del polímer (50% vs . 60%) mesurat per DSC després de 4000 hores?
Deixa un missatge
El problema de la-permeació d'HCl a alta pressió en la producció de sílice
La sílice d'alta -puresa es produeix mitjançant la hidrolització de l'hexaclorodisilà (HCDS) a 180 graus i 30 bar. El mètode genera vapor d'HCl concentrat que impregna els revestiments de PFA. La cristalinitat del polímer avaluada per calorimetria d'exploració diferencial determina la resistència a la permeació. El PFA amb un 60% de cristal·linitat presenta una permeabilitat a l'HCl de 0,12 mg/cm²·dia a 180 graus, 30 bar, segons l'anàlisi quantitativa de cinc instal·lacions de materials avançats, però el PFA amb un 50% de cristal·linitat impregna a 0,35 mg/cm²·dia, reduint la vida útil de la corrosió del nucli de dos anys a nou mesos.
Cinètica de-permeació d'HCl d'alta pressió
La permeació d'HCl a 30 bar presenta una solubilitat depenent de la pressió-d'acord amb la llei de Fick. L'augment de la cristalinitat limita la difusió disminuint el volum lliure amorf. Prova a 180 graus, 30 bar HCl (100% gas), 4000 hores:
PFA Cristalinitat Contingut amorf Taxa de permeació de HCl (mg/cm²·dia) Temps fins a la corrosió del nucli (paret de 2,0 mm, hores) Profunditat de corrosió del nucli a 4000 h (mm) 45% 55% 0.45 2,500 0.25
50% (estàndard) 50% 0.35 3,200 0.18 55% (recuit) 45% 0.22 5,000 0.10 58% 42% 0.16 7,000 0.07 60% (refrigerat-lent) 40% 0.12 9,000 0.05
Mesura de la cristal·linitat DSC
En comparació amb el 100% de PFA cristal·lí (ΔH_f grau=95 J/g), DSC calcula la cristalinitat a partir de la calor de fusió (ΔH_f). Per al servei HCDS, indiqueu:
Interval de classificació del grau de cristal·linitat Rendiment de la permeació de HCl Aplicació recomanada
<45% QuenchedBad and inappropriate
45–50%Marginal típicNomés a curt termini
50–55%Modificat AcceptableService intermitent
55-58% RecuitExcel·lent continu (2 anys)
58-62%Refrigeració lent Excel·lent Continu (3+ anys)
Efectes de l'alta pressió sobre la permeació
L'augment del gradient de concentració i l'expansió del volum lliure induïda per la pressió-són les dues maneres en què la pressió accelera la permeació. Relació de permeació P(30 bar)/P(1 bar):
Ratio de permeació de cristal·linitat (30 bar/1 bar)Domini dels mecanismes
45% 4,5x Expansió del volum lliure
50% 4,0x Mixt
55% 3,2x Gradient de concentració
60% 2,8x Només gradient de concentració
Selecció de materials bàsics per a HCl d'alta pressió-
L'HCl permeat ataca ràpidament la majoria dels metalls. Per a una penetració de 0,12 mg/cm²·dia (60% de PFA de cristalinitat, paret de 2,0 mm):
Taxa de corrosió del nucli metàl·lic a 180 graus (mm/any) Vida útil (corrosió fins a 1 mm) Compatibilitat
Excel·lent Hastelloy C-276 0.08 12.5 anys
Grau de titani pobre 2 0.25 (pitting) 4 anys
Tàntal 0.002 500+ anys superior (excés)
Zirconi 702 0.01 100 anys Excel·lent
Sinèrgia de gruix de paret i cristal·linitat
Per a un objectiu de servei de 4000 hores, múltiples combinacions aconsegueixen la vida útil:
Cristalinitat requerida Gruix de paret (mm) Permeació de HCl a la vida útil (mg/cm²·dia) Corrosió del nucli (mm/any a una velocitat de 0,08 mm/any)
50% 3.0 0.15 0.012 55% 2.5 0.12 0.010 58% 2.2 0.12 0.010 60% 2.0 0.12 0.010 62% 1.8 0.12 0.010
Producció d'alta cristal·linitat
Es necessita un recuit prolongat (180 graus durant 12 hores) o un refredament lent des de la fusió (1-2 graus /min) per obtenir un 60% de cristal·linitat. La producció estàndard (refrigeració de 10 graus / min) proporciona un 50-52% de cristal·linitat. Trieu un PFA de refrigeració lent amb una velocitat de refrigeració registrada per al servei HCDS.
Directrius per a les especificacions d'hidròlisi d'HCDS
Per a la hidròlisi d'HCDS a 180 graus, 30 bar, especifiqueu PFA amb una cristalinitat mínima del 58% (DSC, refredament lent-), gruix de paret 2,2 mm i nucli Hastelloy C-276. Exigir als proveïdors que certificin que la permeació d'HCl és inferior a 0,15 mg/cm²·dia a 180 graus i 30 bar. Per a la producció contínua de sílice les 24 hores del dia, els 7 dies de la setmana (8000 hores/any), especifiqueu un 60% de cristal·linitat amb parets de 2,5 mm i control del gruix del nucli. La prima per a PFA d'alta-cristallinitat (25-40% respecte a l'estàndard) es justifica per una vida útil 3-4 vegades més llarga en el servei d'HCl d'alta pressió on el tancament no programat costa entre 10.000 i 50.000 dòlars al dia. Per a autoclaus d'R+D amb funcionament per lots, pot ser adequat un PFA de cristalinitat del 55% amb parets de 3,0 mm.
