چرا شیشه کوارتز نمی تواند یک لایه محافظ برای مقاومت در برابر فرسایش مایع قلیایی تشکیل دهد؟

# چرا ایجاد یک لایه محافظ برای شیشه کوارتز غیرممکن است که بتواند در برابر فرسایش مایعات قلیایی مقاومت کند؟ ساختار بلوری دی اکسید سیلیکون پایدار لوله های گرمایش کوارتز، که در برابر فرسایش اسید و فلوراید مقاومت می کنند، آنها را به گزینه ای محبوب برای فرآیندهای تخمیر که شامل کلرید بالا و اسید هیدروفلوئوریک است تبدیل می کند. با این حال، شیشه کوارتز در هنگام تماس با مواد شوینده قلیایی قادر به تشکیل هیچ لایه خود محافظتی نیست. هنگامی که یک مایع قلیایی با دیواره لوله تماس می گیرد، باعث آسیب دائمی اچ می شود که خطرات پنهان آلودگی میکروبی و متعاقب آن پارگی لوله را به همراه دارد. جدول زیر تفاوت در مکانیسم های حفاظتی بین چهار ماده لوله گرمایش ضد خوردگی را بررسی می کند.|مواد لوله گرمایش|نوع فیلم محافظ|وضعیت بازسازی فیلم|واکنش با مایع قلیایی|برگشت پذیری آسیب|| ---{20}}|----|----|----|----|| فولاد ضد زنگ 316|فیلم غیرفعال اکسید غنی از کروم|بازیابی از طریق غیرفعال سازی ترشی|انحلال موقت فیلم زیر 60 درجه قلیایی|قابل تعمیر از طریق غیرفعال سازی مجدد|| تیتانیوم درجه 2|فیلم غیرفعال دی اکسید تیتانیوم|خود ترمیم با اکسیژن محلول|نازک شدن اندک فیلم تحت قلیایی ضعیف|قابل بازیابی با گردش خون غنی از اکسیژن|| شیشه کوارتز|بدون فیلم محافظ ثانویه، کریستال خود به عنوان مانع عمل می کند|بدون مکانیسم بازسازی|تجزیه شیمیایی کریستال SiO2|اچ دائمی برگشت ناپذیر|| بخاری با روکش PFA|مانع پوشش فلوروپلیمر|بدون عملکرد خود ترمیم|شکستگی آهسته زنجیره مولکولی پوشش|نیاز به تعویض جزئی پس از آسیب|ترکیب شیمیایی هسته شیشه کوارتز صنعتی با خلوص بالا، دی اکسید سیلیکون با خلوص بیش از 99.99٪ است و ساختار داخلی آن یک شبکه سه بعدی پایدار است که توسط پیوندهای کووالانسی سیلیکون-اکسیژن ساخته شده است. بی اثر بودن شیمیایی این شبکه بلوری جامع منبع مقاومت اسیدی آن است. هنگامی که سطح کریستال در معرض محیط اسیدی یا فلوراید قرار می گیرد، هیچ واکنش جابجایی شیمیایی رخ نمی دهد و سطح کریستال به طور طبیعی دست نخورده باقی می ماند. در نتیجه، نیازی به تولید یک فیلم محافظ اضافی برای جداسازی وجود ندارد. مقادیر زیادی یون هیدروکسید در محلول های قلیایی وجود دارد که با هیدروکسید سدیم نشان داده می شود. پیوند کووالانسی پایدار سیلیکون-اکسیژن روی سطح کوارتز توسط یون های هیدروکسید در دمای گرمایش گردش CIP شکسته می شود و در نتیجه سیلیکات سدیم محلول تولید می شود. بدنه کریستالی کوارتز مستقیماً توسط مایع در گردش مصرف می شود، که به طور مداوم محصول محلول را شسته می شود، نه اینکه صرفاً به یک لایه نازک سطحی آسیب برساند. لایه یخ زده آسیب دیده را نمی توان از طریق تمیز کردن، خنثی سازی یا عملیات نگهداری ترمیم کرد، زیرا کوارتز قادر به سنتز دی اکسید سیلیکون جدید برای پر کردن حفره های حک شده نیست. ماتریس فلزی اولیه در زیر فیلم بی‌تأثیر باقی می‌ماند و لوله‌های حرارتی فلزی برای محافظت به لایه‌های سطح نازک وابسته هستند. ماده پایه ظرفیت تولید فیلم جدید را در شرایط خاص دارد، حتی اگر فیلم تا حدی آسیب دیده باشد. با این حال، هیچ تمایزی بین "ماتریس" و "لایه محافظ" در کوارتز وجود ندارد. ساختار باربری اولیه مجرای گرمایش سطح صاف قابل مشاهده است. دیواره لوله به طور ناهموار نازک می شود، ریزترک های نامرئی در کریستال ایجاد می شود، و در نهایت، پارگی ناگهانی تحت تنش متناوب سرد و گرم در طول تولید رخ می دهد که همه اینها به دلیل فرسایش قلیایی مداوم است. اینترلاک های سخت مکانیکی باید روی خطوط لوله قلیایی در آزمایشگاه های تخمیر که مجهز به لوله های گرمایش کوارتز هستند نصب شوند تا اطمینان حاصل شود که حلقه های گردش اسید و قلیایی کاملاً از هم جدا شده اند. اپراتورها باید بر روی بازرسی قسمت های مات و یخ زدگی دیواره لوله که ناشی از نشت تصادفی قلیایی در طول بازرسی های دو هفته ای انتقال نور است، تمرکز کنند. وقتی سطح مات از 30 درصد کل سطح فراتر رفت، دسته لوله باید فوراً از بین برود، زیرا استحکام ساختاری به سطح ناامن رسیده است. به طور خلاصه، ساختار کریستالی متمایز کوارتز، آن را قادر به تولید یک لایه محافظ قابل احیا که می تواند در برابر فرسایش قلیایی مقاومت کند، ناتوان می کند. تنها روش قابل اعتماد برای اطمینان از عملکرد ایمن و عمر طولانی لوله های گرمایش کوارتز، جداسازی کامل مواد شوینده قلیایی است.