مبدل های فلوروپلیمر چگونه از کارخانه های غلظت اسید فسفریک پشتیبانی می کنند؟

با تصفیه سنگ فسفات با اسید سولفوریک، اسید فسفریک ایجاد می شود. اسید ضعیف تولید شده سپس با تبخیر به اسید تجاری یا مواد غذایی تغلیظ می شود. مبدل های حرارتی مورد استفاده در این فرآیند غلظت باید در برابر اسید فسفریک داغ و غلیظ حاوی ناخالصی های خورنده فلوراید و کلرید مقاوم باشند.

غلظت فرآیند اسید فسفریک
اسید فسفریک معمولاً با تصفیه سنگ فسفات با اسید سولفوریک تولید می شود تا محلول اسید رقیق حاوی حدود 28-32% P2O5 به دست آید. اسید ضعیف در مرحله بعدی با حذف آب، معمولاً در خلاء برای کاهش نقطه جوش، غلیظ می شود. اسید به مقدار P.sub.2 O.sub.5 قابل قبول برای مصارف تجاری مانند تولید کود یا کاربردهای غذایی متمرکز می شود.

مبدل های حرارتی در فرآیند تغلیظ ضروری هستند. آنها برای پیش{1}گرم کردن اسید ضعیف ورودی قبل از ورود به مراحل تبخیر و متراکم کردن بخارات تشکیل شده در طول تبخیر استفاده می شوند. مبدل‌های حرارتی گرمای فرآیند را بازیابی می‌کنند و از این رو راندمان انرژی را افزایش می‌دهند و هزینه‌های عملیاتی را به حداقل می‌رسانند.

مشکل خوردگی در غلظت اسید فسفریک
یکی از مشکلات کلیدی در غلظت اسید فسفریک، خاصیت خورندگی اسید به ویژه در دماهای بالا (80{3}}100 درجه) لازم برای فرآیند غلظت است. اسید فسفریک در حال حاضر به بسیاری از مواد تهاجمی است، اما وجود ناخالصی هایی مانند فلوراید (از سنگ فسفات) و کلرید اسید را بسیار سوزاننده تر می کند. چنین ناخالصی هایی باعث خوردگی فولاد ضد زنگ و برخی از آلیاژهای با نیکل بالا می شود که باعث خرابی زودرس و تعمیر و نگهداری مکرر و تعویض مبدل های حرارتی می شود.

پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) و پرفلوئوروآلکوکسی (PFA) مقاومت بسیار بالایی در برابر اسید فسفریک و ناخالصی های خورنده آن از خود نشان می دهند و بنابراین گزینه های خوبی برای مبدل های حرارتی در این کاربرد هستند. بی اثر بودن شیمیایی نشان می دهد که مبدل های حرارتی در حضور ناخالصی های فلوراید و کلرید تجزیه نمی شوند و می توانند در طولانی مدت تحت این شرایط دشوار به طور قابل اعتماد کار کنند.

طراحی مبدل حرارتی فلوروپلیمر
مبدل های حرارتی پوسته-و-لوله ای پرکاربردترین نوع در کارخانه های غلظت اسید فسفریک هستند. در این حالت اسید فسفریک غلیظ از لوله های فلوئوروپلیمر عبور داده می شود و بخار یا آب داغ در سمت پوسته اجرا می شود تا گرمای لازم برای تبخیر را بدهد. لوله ها از یک ماده فلوروپلیمر ساخته شده اند که در برابر اسید فسفریک خورنده و ناخالصی های فلوراید و کلرید مقاومت می کند تا طول عمر و عملکرد را تضمین کند.

مبدل های حرارتی PTFE به طور گسترده در دماهای تا 110 درجه استفاده می شوند که شامل دمای معمول کاری فرآیند غلظت می باشد. برای کاربردهای دمای بالاتر، مبدلهای حرارتی PFA نیز در دسترس هستند. PFA می تواند دمای کمی بالاتر (تا حدود 260 درجه سانتیگراد) را تحمل کند و برای کاربردهای دقیق تر کمی بافر ایمنی اضافه می کند.

قابلیت‌های مبدل‌های حرارتی فلوئوروپلیمری برای غلبه بر چالش‌های اسید فسفریک گرم و غلیظ ثابت شده است، و یک محلول انتقال حرارت قابل اعتماد و مقاوم در برابر خوردگی- برای کارخانه‌های غلظت اسید فسفریک ارائه می‌کند.

انتخاب مواد برای مبدل های حرارتی غلظت اسید فسفریک
انتخاب مواد مناسب برای مبدل های حرارتی در تاسیسات غلظت اسید فسفریک به منظور ارائه عملکرد قابل اعتماد و به حداقل رساندن تعمیر و نگهداری بسیار مهم است. مناسب بودن مواد متعدد برای استفاده در اسید فسفریک غلیظ داغ با ناخالصی های فلوراید و کلرید در جدول زیر مقایسه شده است:

حداکثر مواد دما مقاومت در برابر خوردگی در برابر اسید فسفریک مقاومت فلوراید مقاومت در برابر کلرید غلظت اسید فسفریک مناسب بودن PTFE 110 درجه عالی عالی عالی عالی برای شرایط با دمای متوسط ​​بالا که اسیدی با ناخالصی هستند خوب است.
PFA ~ 260 درجه عالی عالی عالی عالی بهترین برای کاربردهای دمای بالا.
گرافیت ~ 200 درجه خوب ضعیف ضعیف محدود به دمای پایین و کمتر مناسب به دلیل حمله فلوراید.
Hastelloy ~ 500 درجه Fair Fair FairExpensive. مقاومت ضعیف در برابر فلوراید و کلرید موجود در اسید فسفریک داغ.
همانطور که مشاهده می شود، PTFE و PFA به دلیل مقاومت عالی در برابر محیط اسیدی و ناخالصی های خورنده فلوراید و کلرید، مواد انتخابی هستند. هاستلو و گرافیت تا حدودی مقاوم هستند، اما به اندازه فلوروپلیمرهای این کاربرد قابل اعتماد نیستند.

نتیجه گیری
مبدل های حرارتی فلوروپلیمری (به ویژه مبدل های PTFE و PFA) فناوری های مهمی هستند که غلظت اسید فسفریک قابل اعتماد و کارآمد را امکان پذیر می کنند. این مواد در برابر اثرات خورنده اسید فسفریک داغ و ناخالصی های فلوراید و کلرید آن مقاوم هستند و در نتیجه عملکرد طولانی مدت در مبدل های حرارتی را تضمین می کنند. مواد خاصی (مانند PTFE و PFA) برای تنظیمات بسیار خورنده (مانند کارخانه غلظت اسید فسفریک) ضروری هستند. این مواد در برابر حملات شیمیایی بسیار مقاوم هستند و برای به حداقل رساندن خوردگی , به حداکثر رساندن عمر تجهیزات و به حداقل رساندن هزینه های نگهداری استفاده می شوند . انتخاب ماده مناسب برای پایداری و کارایی این عملیات بسیار مطلوب بسیار مهم است.