При непрерывном гидролизе гексахлордисилана (HCDS) до кремнезема (180 градусов, 30 бар) при непрерывном нагреве: как устойчивость футеровки из PFA к проникновению HCl при высоком давлении связана со степенью кристалличности полимера (50% по сравнению с . 60%), измеренной методом ДСК через 4000 часов?

Проблема проникновения HCl под высоким-давлением при производстве кремнезема
Кремнезем высокой-чистоты производится гидролизом гексахлордисилана (HCDS) при 180 градусах и давлении 30 бар. Этот метод генерирует концентрированные пары HCl, которые пронизывают футеровки из PFA. Кристалличность полимера, оцениваемая методом дифференциальной сканирующей калориметрии, определяет устойчивость к проникновению. PFA с кристалличностью 60% демонстрирует проницаемость для HCl 0,12 мг/см²·день при 180 градусах и давлении 30 бар, согласно количественному анализу, проведенному на пяти предприятиях по производству современных материалов, но PFA с кристалличностью 50% проникает при 0,35 мг/см²·день, снижая срок службы сердечника от коррозии с двух лет до девяти месяцев.

Кинетика проникновения HCl под высоким-давлением
Проникновение HCl при давлении 30 бар демонстрирует растворимость,-зависимую от давления, в соответствии с законом Фика. Повышенная кристалличность ограничивает диффузию за счет уменьшения свободного аморфного объема. Испытание при 180 градусах, 30 бар HCl (100% газ), 4000 часов:

PFA Кристалличность Содержание аморфности HCl Скорость проникновения (мг/см²·сут) Время до коррозии сердцевины (стенка 2,0 мм, часы) Глубина коррозии сердцевины при 4000 ч (мм) 45% 55% 0.45 2,500 0.25
50% (стандартный) 50% 0.35 3,200 0.18 55% (отожженный) 45% 0.22 5,000 0.10 58% 42% 0.16 7,000 0.07 60% (медленный-охлажденный) 40% 0.12 9,000 0.05
Измерение кристалличности ДСК
По сравнению со 100% кристаллическим PFA (ΔH_f градус=95 Дж/г), ДСК рассчитывает кристалличность по теплоте плавления (ΔH_f). Для услуги HCDS укажите:

Диапазон классификации степени кристалличности. Показатели проникновения HCl. Рекомендуемое применение.
<45% QuenchedBad and inappropriate
45–50%Типичная маржаТолько в краткосрочной перспективе
50–55%Изменено ДопустимоеОбслуживание прерывистое
55-58% ОтожженныйОтличный Непрерывный (2 года)
58-62%Медленное охлаждение Отличная Непрерывная (3+ лет)
Влияние высокого давления на проницаемость
Повышенный градиент концентрации и-вызванное давлением расширение свободного объема – это два способа, с помощью которых давление ускоряет проникновение. Коэффициент проницаемости P(30 бар)/P(1 бар):

Кристалличность Степень проницаемости (30 бар/1 бар)Доминирование механизмов
45% 4,5x Увеличение свободного объема
50% 4,0x Смешанный
55% 3,2x Градиент концентрации
60% 2,8x Только градиент концентрации
Выбор основных материалов для-HCl высокого давления
Проникшая HCl быстро разъедает большинство металлов. Для проникновения 0,12 мг/см²·сут (кристалличность PFA 60%, стенка 2,0 мм):

Скорость коррозии основного металла при 180 градусах (мм/год) Срок службы (коррозия до 1 мм) Совместимость
Отличный хастеллой C-276 0.08 12.5 лет.
Плохая марка титана 2 0.25 (питтинг) 4 года
Тантал 0.002 500+ лет выше (излишнее убийство)
Цирконий 702 0.01 100 лет Отлично
Синергия толщины стенки и кристалличности
Для обеспечения срока службы в 4000 часов можно использовать несколько комбинаций:

Кристалличность Требуемая толщина стенки (мм) Проникновение HCl при заданном сроке службы (мг/см²·сут) Коррозия сердцевины (мм/год со скоростью 0,08 мм/год)
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
Производство высокой кристалличности
Для достижения кристалличности 60% требуется либо длительный отжиг (180 градусов в течение 12 часов), либо медленное охлаждение расплава (1-2 градуса в минуту). Стандартное производство (охлаждение 10 град/мин) дает кристалличность 50-52%. Выберите PFA с медленным охлаждением и записанной скоростью охлаждения для обслуживания HCDS.

Рекомендации по спецификациям гидролиза ГХДС
Для гидролиза HCDS при 180 градусах и давлении 30 бар используйте PFA с кристалличностью минимум 58 % (ДСК, медленное-охлаждение), толщиной стенок 2,2 мм и ядром из Hastelloy C-276. Требуйте от поставщиков подтверждения того, что проникновение HCl составляет менее 0,15 мг/см²·день при температуре 180 градусов и давлении 30 бар. Для непрерывного производства кремнезема 24 часа в сутки, 7 дней в неделю (8000 часов в год) укажите кристалличность 60 % со стенками 2,5 мм и контролем толщины сердцевины. Надбавка за PFA с высокой-кристалличностью (25–40 % по сравнению со стандартом) оправдана увеличением срока службы в 3–4 раза при работе с HCl под высоким давлением, где незапланированное закрытие обходится в 10 000–50 000 долларов США в день. Для автоклавов для исследований и разработок с периодическим режимом работы может подойти PFA с кристалличностью 55% и стенками 3,0 мм.