مبدلهای تانتالیوم چه نقشی در بازیابی ید در دمای بالا-از آب نمک بازی میکنند؟
پیام بگذارید
ید با حرارت دادن و اسیدی کردن آب نمک عمیق زیرزمینی از نمک های یدید محلول جدا می شود. بخار حاصل مخلوط شدیدی از بخار، ید، و اغلب آثاری از اسید سولفوریک و اسید هیدریدیک است- یک محیط شیمیایی بسیار تهاجمی که بسیاری از آلیاژهای معمولی به زودی خورده می شوند، شکننده می شوند یا کاملاً از بین می روند. تانتالوم در این سیستمها تقریباً منحصر به فرد است، وقتی صحبت از ترکیب قابلیت اطمینان طولانی مدت، عملکرد حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی میشود.
از آنجایی که میتواند بخارات حاوی ید را با خیال راحت متراکم کند، در حالی که در مقابل یکی از سختترین جریانهای شیمیایی موجود در تولید هیدرومتالورژی مقاومت میکند، کاربرد آب نمک بازیابی ید مبدل حرارتی تانتالیوم بسیار مهم است.
شیمی در پس بازیابی ید از آب نمک
آب نمک های زیرزمینی غنی از ید اغلب نقطه شروع تولید ید طبیعی هستند. این آب نمک ها حاوی یون های یدید محلول هستند که برای بازیابی باید از نظر شیمیایی به ید عنصری تبدیل شوند.
این روش معمولاً شامل موارد زیر است:
اسیدی شدن آب نمک
اکسیداسیون یدیدها
حرارت دادن و حذف بخارات ید
تغلیظ و جمع آوری ید
جریان بخار ناشی از مرحله سلب کردن اغلب شامل موارد زیر است:
بخار
بخار ید عنصری
اسید هیدرودیک
آثار اسید سولفوریک
گونه های هالوژن محلول
این مخلوط در دماهای بالا برای مواد فرآیند معمولی بسیار خورنده می شود.
چرا مواد سنتی کار نمی کنند؟
فولادهای زنگ نزن و بسیاری از آلیاژهای نیکل در شرایط اسیدی غنی از ید داغ-به دلیل اینکه شیمی هالوژن سطوح فلزی غیرفعال را به شدت تخریب میکند، با مشکل مواجه میشوند.
حالت های خرابی معمولی عبارتند از:
حفره خوردگی
ترک خوردگی در اثر خوردگی تنشی
تردی ناشی از هالوژن-
خوردگی عمومی سریع
حمله اسیدی در دمای بالا
علیرغم اینکه تجهیزات گرافیتی در برخی خدمات اسیدی از نظر شیمیایی مقاوم هستند، ممکن است در معرض تغییرات فشار و چرخه حرارتی، تخریب ساختاری یا نفوذپذیری داشته باشند.
محدوده محدودی از مصالح ساختمانی قابل دوام به دلیل ترکیبی از گرما، اسیدیته، شیمی اکسید کننده و قرار گرفتن در معرض هالوژن وجود دارد.
چرا تانتالیوم انتخاب شده است
پایداری استثنایی پوشش اکسید غیرفعال آن دلیل اصلی ارزش گذاری تانتالیوم است.
این لایه اکسیدی در برابر:
ید
اسید هیدرودیک
اسید گوگرد
اکسید کننده آب نمک اسیدی
حتی در دماهای افزایش یافته و غلظت های بالا، تانتالم در بسیاری از سیستم های شیمیایی خورنده به طور فوق العاده ای بی اثر می ماند.
تانتالوم به طور قابل توجهی فقط توسط:
اسید هیدروفلوریک
بخار کردن اسید سولفوریک در دماهای بالا
خارج از این تنظیمات سخت، فلز مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده ای را نشان می دهد که می تواند چندین دهه کارکرد را پشتیبانی کند.
نقش مبدل حرارتی در بازیابی ید
در سیستم های بازیابی ید، مبدل عموماً به عنوان کندانسور پوسته-و-لوله عمل می کند.
به منظور بازیابی ید عنصری و وارد کردن مجدد فازهای مایع متراکم به فرآیند، بخار حاوی ید گرم شده- وارد کندانسور شده و با دقت سرد میشود.
تراکم بخار ید
ید عنصری رفتار متفاوتی با بسیاری از بخارات صنعتی دارد زیرا در دمای محیط یک جامد تشکیل می دهد.
نقطه ذوب تقریبی آن عبارت است از:
113 درجه 113 درجه 113 درجه
به همین دلیل، کندانسورهای ید معمولاً بالای نقطه ذوب کار می کنند تا از انجماد در مسیرهای جریان کوچک جلوگیری کنند.
اگر سطوح لوله خیلی سرد شود:
بلورهای ید ساخته می شوند
محدودیت جریان ایجاد می شود
افزایش افت فشار
خطرات اتصال به برق به طور چشمگیری افزایش می یابد
بنابراین، مدیریت دقیق گرما بسیار مهم می شود.
چرا طرح های کندانسور عمودی اغلب استفاده می شود؟
کندانسورهای ید تانتالیوم اغلب به صورت عمودی قرار می گیرند.
این پیکربندی ید نیمه متبلور یا تغلیظ شده را قادر می سازد تا:
به طور طبیعی در سرازیری تخلیه کنید
از سطوحی که گرما را انتقال می دهند دوری کنید.
کاهش تجمع بر روی دیواره لوله ها
خطر اتصال را کاهش دهید
در طول عملیات بازیابی مداوم، تخلیه{0}}به کمک گرانش، پایداری عملیاتی را افزایش میدهد.
جهت گیری عمودی همچنین به حفظ توزیع یکنواخت بخار در سراسر پوسته مبدل کمک می کند.
مزایای عملکرد حرارتی تانتالیم
اگرچه تانتالوم معمولاً برای مقاومت در برابر خوردگی استفاده میشود، اما در مقایسه با برخی از سرامیکهای بسیار مقاوم در برابر خوردگی یا سیستمهای پوششدار فلوروپلیمر-، هدایت حرارتی بالاتری را نیز ارائه میکند.
این اجازه می دهد:
طراحی مبدل فشرده
تراکم موثر بخار
کاهش سطح برای انتقال حرارت
کاهش ردپای تجهیزات
نتیجه یک مبدل است که قادر به مدیریت شیمی بسیار تهاجمی بدون اندازه یا پیچیدگی غیر ضروری است.
عمر طولانی خدمات قیمت را توجیه می کند
در مقایسه با آلیاژهای صنعتی معمولی، تانتالیوم گران است. با این حال، در خدمات بازیابی ید، هزینه مواد اغلب با عواقب شکست جبران می شود.
کندانسور خراب می تواند منجر به موارد زیر شود:
دود سمی ید آزاد می شود.
آلودگی محیط زیست
خطرات قرار گرفتن در معرض کارگران
خاموش شدن فرآیند
از دست دادن بازیابی محصول مهم
کندانسور تانتالیوم یک جزء کوچک و گرانبها از یک میدان آب نمک دور است، که شیمی را کنترل می کند که عملاً همه چیزهای دیگر را از بین می برد در حالی که به طور محتاطانه از تداوم تولید محافظت می کند.
مبدل های تانتالیوم اغلب برای چندین دهه کار می کنند زیرا در شرایط عملیاتی ایده آل، نرخ خوردگی بسیار پایین باقی می ماند.
توجه عملیاتی شرایط اکسید کننده باید حفظ شود
توانایی تانتالم برای مقاومت در برابر خوردگی تا حد زیادی به پایداری لایه اکسید غیرفعال آن بستگی دارد.
شرایط به شدت کاهش یافته ممکن است به این لایه محافظ آسیب برساند یا مختل کند.
برای عملکرد قابل اعتماد:
شرایط اکسیداسیون باید حفظ شود
شیمی فرآیند باید به اندازه کافی مدیریت شود
بهتر است آلاینده هایی را که می توانند در غیرفعال شدن اختلال ایجاد کنند، کاهش دهید.
از دست دادن غیرفعال شدن میتواند حساسیت به خوردگی را بهویژه در محیطهای اسیدی با دمای بالا بسیار افزایش دهد.
ملاحظات طراحی مکانیکی
مبدل های تانتالیوم معمولاً با استفاده از موارد زیر ساخته می شوند:
لوله تانتالیومی که جامد است
سازه های فولادی با روکش تانتالیم{0}}
ورق های لوله چسبانده شده در انفجار{0}
مرزهای فشار مرکب
تکنیک های ساخت روکش اغلب برای ایجاد تعادل بین مقاومت در برابر خوردگی و اقتصاد سازه استفاده می شود زیرا تانتالیوم خود نسبتاً متراکم و گران است.
تکنیکهای ساخت دقیق نیز مورد نیاز است زیرا تانتالیوم میتواند گازهایی مانند اکسیژن و هیدروژن را در دماهای شدید جذب کند، در صورتی که در حین جوشکاری به خوبی استفاده نشود.
آینده تبادل حرارتی با خوردگی بالا-
با افزایش نیاز به ید در موارد زیر:
داروسازی
تصویربرداری پزشکی
تولید لوازم الکترونیکی
مواد شیمیایی تخصصی
تجهیزات خوردگی{0}بالا بادوام روز به روز اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
فناوری مبدل های تانتالیوم پیشرفته ممکن است به پیشرفت خود ادامه دهد:
تولید لباس بهتر
راندمان حرارتی بهبود یافته است
ادغام آلیاژهای هیبریدی
سیستم های مدیریت رسوب بهتر
با وجود پیشرفت در آلیاژهای غیرمعمول و سیستم های فلوروپلیمری، تانتالم هنوز یکی از معدود مواد مفید برای سخت ترین شرایط بازیافت ید است.
در نتیجه
مبدلهای حرارتی تانتالیوم نقش کلیدی در بازیابی ید در دمای بالا از آب نمک اسیدی با متراکم کردن ایمن بخار- ید که به سرعت اکثر فلزات معمولی را از بین میبرد، ایفا میکنند. فیلم اکسید پایدار این فلز مقاومت فوقالعادهای در برابر ید، اسید هیدریدیک و اسید سولفوریک در شرایط عملیاتی سخت ایجاد میکند، در حالی که هدایت حرارتی مطلوب آن باعث میشود که طراحی کندانسور فشرده و کارآمدی داشته باشد.
ید تغلیظ شده ممکن است هنگام استفاده از چیدمان کندانسور عمودی به طور تمیز از سطوح انتقال حرارت جدا شود و عملکرد بالای نقطه ذوب ید به جلوگیری از انسداد کمک می کند. اگرچه گران است، اما تجهیزات تانتالیوم اغلب چندین دهه خدمات قابل اعتماد را در فرآیندهایی ارائه می دهند که در آن شکست عواقب جدی ایمنی، زیست محیطی و تولید ایجاد می کند.
در تولید ید، مبدلهای تانتالیوم راهحلی ضروری برای مدیریت یکی از متخاصمترین جریانهای بخار صنعت شیمیایی باقی میمانند. برخی از عناصر جدول تناوبی در نهایت تنها توسط چند گرم عنصر دیگر آزاد میشوند و به صورت استراتژیک درون یک لوله با طراحی مناسب قرار میگیرند.
