Inżynier zakładu chemicznego przejrzał listę kąpieli procesowych i zadał proste pytanie: w których można zastosować grzałkę zanurzeniową z PTFE, a w których nie? Na liście znalazły się kwas siarkowy, kwas solny, kwas azotowy, kwas fluorowodorowy, wodorotlenek sodu, kwas chromowy, rozpuszczalniki i kilka preparatów specjalistycznych. Odpowiedź nie była prosta: tak lub nie dla każdego. PTFE jest odporny na większość tych substancji chemicznych w większości warunków. Istnieją jednak szczególne środowiska, w których PTFE jest złym wyborem, a jego użycie prowadzi do przedwczesnej awarii.
PTFE jest często opisywany jako uniwersalnie odporny chemicznie. Opis ten jest dokładny dla zdecydowanej większości chemii przemysłowej. Ale to nie jest absolutne. Istnieją trzy kategorie środowisk, w których nie należy stosować grzałek zanurzeniowych PTFE: stopione metale alkaliczne, fluor elementarny i określone-wysokotemperaturowe połączenia środków żrących i utleniających.
Stopione metale alkaliczne
Stopiony sód, potas i lit reagują gwałtownie z PTFE. Reakcja powoduje odfluorowanie polimeru, uwalniając ciepło i tworząc niebezpieczne warunki. Nie jest to stopniowa degradacja,-jest to szybka, egzotermiczna reakcja, która może zniszczyć grzejnik w ciągu kilku sekund.
Stopione metale alkaliczne nie są powszechnie stosowane w galwanizacji ani w obróbce chemicznej, ale są wykorzystywane w niektórych zastosowaniach specjalistycznych, w tym w niektórych procesach nuklearnych i metalurgicznych. Grzałki zanurzeniowe z PTFE nie nadają się do tych środowisk.
Fluor elementarny i silne środki fluorujące
Fluor elementarny atakuje PTFE w podwyższonych temperaturach. W temperaturze pokojowej reakcja jest powolna. Powyżej 100 stopni fluor może odfluorować polimer, tworząc reaktywną powierzchnię i degradując powłokę. Trifluorek chloru i inne silne środki fluorujące mają podobne działanie.
Fluor i środki fluorujące są stosowane w niektórych procesach chemicznych związanych z półprzewodnikami i specjalnymi. W takich środowiskach PTFE nie jest właściwym wyborem. Zamiast tego często stosuje się grzałki zanurzeniowe niklowe lub monelowe.
| Środowisko | Temperatura | Mechanizm ataku | Przydatność PTFE | Materiał alternatywny |
|---|---|---|---|---|
| Stopiony sód | >100 stopni | Gwałtowna defluoryzacja | Nie nadaje się | Stal nierdzewna, nikiel |
| Roztopiony potas | >100 stopni | Gwałtowna defluoryzacja | Nie nadaje się | Stal nierdzewna, nikiel |
| Fluor pierwiastkowy | >100 stopni | Defluorowacja | Nie nadaje się | Nikiel, Monel |
| Trifluorek chloru | >50 stopni | Defluorowacja | Nie nadaje się | Nikiel, Monel |
| Gorący skoncentrowany środek żrący | >95 stopni | Odfluorowanie powierzchniowe | Marginalne – nieodpowiednie | Tytan, 316L |
| Gorący stężony kwas azotowy | >100 stopni | Utlenianie | Marginalny | Węglik krzemu, tytan |
Środowiska, w których nie nadają się grzałki zanurzeniowe z PTFE
Gorący stężony środek kaustyczny w ekstremalnych temperaturach
PTFE jest odporny na roztwory żrące w umiarkowanych temperaturach. W temperaturze 60–70 stopni i stężeniach poniżej 20% atak jest znikomy. Przy stężeniu 95 stopni i 25% stopień odfluorowania staje się znaczący. Powierzchnia polimeru ulega degradacji, a osłona ulega zniszczeniu w ciągu kilku miesięcy.
Nie jest to bezwzględny zakaz.-PTFE można stosować w gorących substancjach żrących, jeśli temperatura i stężenie są utrzymywane w odpowiednich granicach lub jeśli gęstość watów jest zmniejszona, aby utrzymać niską temperaturę powłoki. Jednak na skraju spektrum substancji żrących PTFE nie jest właściwym wyborem.
Gorące stężone kwasy utleniające
PTFE jest odporny na kwas azotowy i chromowy w umiarkowanych temperaturach. Przy wysokich stężeniach i temperaturach powyżej 90–100 stopni szybkość utleniania przyspiesza. Powierzchnia polimeru ulega degradacji, a otoczka staje się krucha.
W takich środowiskach bardziej odpowiedni może być węglik krzemu lub kwarc. Kwarc jest odporny na kwasy azotowy i chromowy, ale nie na warunki zasadowe. Węglik krzemu jest odporny na oba te czynniki, ale jest droższy.
Rozpuszczalniki w wysokiej temperaturze
PTFE jest odporny na większość rozpuszczalników w temperaturze pokojowej. W podwyższonych temperaturach rozpuszczalniki o dużym powinowactwie do polimeru przenikają szybciej. Chlorowane i aromatyczne rozpuszczalniki w temperaturze 60–70 stopni mogą przedostać się przez powłokę w ciągu tygodni lub miesięcy.
PTFE nie jest właściwym wyborem w przypadku-rozpuszczalników wysokotemperaturowych. Bardziej odpowiednie są kwarc lub stal nierdzewna, w zależności od rozpuszczalnika i temperatury.
Kiedy PTFE jest marginalny, nie jest zabroniony
W wielu środowiskach nie obowiązują bezpośrednie zakazy, ale marginalne warunki, w których żywotność PTFE ulega skróceniu. Do tej kategorii zaliczają się gorące stężone żrące,-wysokotemperaturowe kwasy utleniające i agresywne rozpuszczalniki. W takich środowiskach można stosować PTFE przy dokładnych specyfikacjach,-niższej gęstości watów, grubszej osłonie i częstym monitorowaniu-ale żywotność będzie krótsza niż w łagodniejszych warunkach.
| Środowisko | Stan | Przydatność PTFE | Notatki |
|---|---|---|---|
| Wodorotlenek sodu 25% | 95 stopni | Niezalecane | Użyj tytanu lub 316L |
| Wodorotlenek sodu 15% | 80 stopni | Marginalny | Zmniejsz gęstość watów |
| Kwas azotowy, 50% | 90 stopni | Marginalny | Zmniejsz gęstość watów |
| Kwas chromowy, 20% | 80 stopni | Marginalny | Monitoruj rezystancję izolacji |
| Chlorowany rozpuszczalnik | 60 stopni | Niezalecane | Użyj kwarcu |
| Rozpuszczalnik aromatyczny | 70 stopni | Niezalecane | Użyj kwarcu lub stali nierdzewnej |
Środowiska marginalne i zabronione dla grzałek zanurzeniowych PTFE
Kiedy standardowe materiały nie spełniają wymagań zastosowania
Niektóre środowiska chemiczne są niekompatybilne z PTFE, a także niekompatybilne z powszechnymi alternatywami. Kąpiel, w której występują na przemian kwasy i zasady lub która zawiera zarówno związki utleniające, jak i redukujące, może nie mieć jednego najlepszego materiału. W takich przypadkach może być wymagane niestandardowe podejście-inny polimer, specjalistyczny stop lub konstrukcja hybrydowa.
Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej PTFE z niższą gęstością mocy, grubszymi osłonami i lepszym dostępem do przepływu rozszerza zakres PTFE na środowiska marginalne. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, stężenia, temperatury i historii awarii poprzednich grzejników. W przypadku obiektów wyposażonych w wiele łaźni procesowych to podejście-specyficzne dla danego zastosowania określa, w których wannach można zastosować PTFE, a w których należy zastosować alternatywę.
