Flýtir tilvist mýkingarefna sem flytjast úr PVC tankfóðri sprungum á yfirborði PFA hitara?

PVC (pólývínýlklóríð) tankar eru mikið notaðar í efnavinnslu vegna lágs kostnaðar og góðs efnaþols gegn mörgum sýrum og basum. Hins vegar inniheldur PVC mýkingarefni-venjulega þalöt (DEHP, DINP, DIDP) eða ó-þalöt (DOA, TOTM)-bætt til að veita sveigjanleika. Þessi mýkiefni eru ekki samgild tengd PVC fylkinu og flytjast upp á yfirborðið með tímanum, sérstaklega við hærra hitastig (40–80 gráður). Þegar PFA hitari er á kafi í tanki sem er fóðraður með mýkuðu PVC, flytja mýkiefnin í gegnum vökvann og aðsogast á PFA yfirborðið. Mýkingarefni eru lífrænir esterar með litla-mólþunga-þunga sem bólga upp myndlaus svæði PFA, lækka glerhitastig þess (Tg) og stuðla að umhverfisálagssprungu (ESC). Hraðprófanir sýna að PFA í snertingu við þalatmýkingarefni sem flytjast í 70 gráður myndar yfirborðssprungur 3–5 sinnum hraðar en í -lausu umhverfi. Tilvist mýkingarefna úr PVC-fóðringum flýtir fyrir sprungum á yfirborði PFA hitara, sérstaklega þegar hitarinn vinnur við háan wattaþéttleika (meira en eða jafnt og 3 W/cm²) eða verður fyrir hitauppstreymi.

Mýkingarefnaflutningskerfi og samspil við PFA

Mýkingarefni flytjast frá PVC í gegnum þrjár leiðir: yfirborðsdreifingu (mýkingarefni blómstrar að yfirborði fóðursins og leysist upp í vinnsluvökvanum), útskolun (mýkingarefni dregur beint út í árásargjarn leysiefni eða sýrur) og gufu-fasaflutningur (mýkingarefni gufar upp úr fóðrinu og þéttist á kaldari yfirborði, þar með talið hitaranum). Þegar það er komið í vökvann safnast mýkiefni upp. Fyrir 1.000-lítra tank með PVC-fóðri sem vinnur við 60 gráður getur styrkur þalats í vökvanum náð 20–100 ppm innan 6 mánaða. Styrkur mýkingarefnisins er hæstur nálægt yfirborði fóðursins (mörkalagið), þar sem PFA hitari getur verið staðsettur fyrir jafna upphitun. Á PFA yfirborðinu gleypa mýkiefni inn í formlaus svæði fjölliðunnar. PFA er 40–50% myndlaust; mýkiefnissameindir (mólþungi 300–500 Da) dreifast inn á þessi svæði og virka sem leysir sem aðskilur fjölliðakeðjur og dregur úr núningi milli keðja. Glerbreytingshitastig formlausa fasans lækkar úr um það bil -15 gráðum (hreint PFA) í -30 til -40 gráður (mýkt PFA). Þó að þetta auki sveigjanleika við stofuhita, gerir það einnig fjölliðuna næmari fyrir sprungum umhverfisálags vegna þess að myndlausu svæðin komast nú auðveldara í gegn fyrir ætandi tegundir.

Sprunga í umhverfinu á sér stað þegar streituvaldandi fjölliða (frá varmaþenslu, þrýstingi eða afgangsframleiðsluálagi) kemst í snertingu við -yfirborðsvirkt efni (mýkiefnið). Mýkiefnið lækkar yfirborðsorkuna sem þarf til sprunguútbreiðslu, sem gerir sprungum kleift að vaxa við álag sem er langt undir venjulegum uppskeruþol fjölliðunnar. Fyrir PFA í 30% saltpéturssýru við 80 gráður án mýkingarefnis er mikilvæga streita fyrir ESC 5–7 MPa. Þegar 50 ppm DEHP mýkiefni er til staðar, lækkar mikilvæga streita niður í 2–3 MPa. Hitari með afgangsálagi upp á 4 MPa á flanshorni (dæmigert fyrir skarpa-horna hönnun) mun ekki sprunga í hreinni sýru heldur sprunga innan mánaða í mýkingarefni-mengaðri sýru.

Niðurstöður hröðunar sprunguprófs

Uppgötvun og forvarnir

Merki um sprungu-mýkingarefnis á PFA hitara: (1) Sprungur birtast fyrst á þeirri hlið hitarans sem snýr að PVC fóðrinu (þar sem styrkur mýkingarefnis er hæstur). (2) Sprungur eru venjulega grunnar (0,1–0,5 mm djúpar), margar og af handahófi stilla (ólíkt hitauppstreytusprungum sem eru í ummáli). (3) PFA yfirborðið getur verið örlítið klístrað eða olíukennt við snertingu vegna aðsogaðs mýkiefnis. (4) Vinnsluvökvinn getur sýnt hækkað TOC (heildar lífrænt kolefni) frá útskolun mýkiefnis. Staðfesting krefst greiningar: Þurrkaðu PFA yfirborðið með -vættri þurrku (ísóprópanóli) með leysi og greindu með GC-MS fyrir þalötum eða öðrum mýkingarefnum. Jákvæð greining yfir 10 µg/cm² gefur til kynna verulega mýkingarmengun.

Forvarnaraðferðir: (1) Skiptu um PVC-fóðrið með -lausu mýkiefni (PP, PVDF, PFA eða PTFE). PVC án mýkingarefnis (stíft PVC, gerð I) er fáanlegt en hefur lægra efnaþol og er minna sveigjanlegt. (2) Settu upp mýkiefnishindrun: pólýetýlen eða pólýprópýlen lak (1–2 mm) á milli PVC fóðrunnar og innihald tanksins. Skipta þarf um hindrun árlega. (3) Viðhalda mikilli vökvaveltu: ef skipt er oft um vökva geymisins (td lotunotkun með ferskri lausn í hverri lotu), helst styrkur mýkingarefnisins lágur (<5 ppm), greatly reducing risk. (4) Use a heater with lower surface stress: radius all corners (see Article #62), anneal to reduce residual stress, and operate at lower watt density (<2.5 W/cm²). A stress-free PFA surface has much higher resistance to ESC, even in the presence of plasticizers. (5) Add a plasticizer-absorbing filter (activated carbon or polymeric adsorbent) to the tank recirculation loop to remove plasticizers continuously.

Fyrir núverandi uppsetningar með PVC-fóðringum og PFA-hitara sem sýna ótímabæra sprungu, er -hagkvæmasta lang-lausnin að skipta um PVC-fóðrið fyrir PVDF eða pólýprópýlen (ef efnasamhæfi leyfir). Kostnaður við að skipta um klæðningu (5.000–15.000 fyrir 2.000 L tank) jafnast venjulega innan 2–3 ára með minni hitaskipti (5.000–15.000 fyrir 2.000 Ltank) jafnan endurheimt innan 2–3 ára í gegnum 1–1 hita 2–4 hitarar á ári=$1.000–6.000 á ári) auk minni niður í miðbæ. Ef ekki er mögulegt að skipta um fóður skaltu skipta yfir í málmhitara (títan eða Hastelloy), sem er ónæmur fyrir mýkingarefni-framkallað ESC. Títanhitarar kosta 2–3× meira en PFA en geta verið hagkvæmir ef PFA hitarar bila á 3–6 mánaða fresti vegna sprungna mýkiefnis.

Ályktun: Mýkingarefni flýta verulega fyrir PFA sprungu

Tilvist mýkingarefna sem flytjast úr PVC tankfóðri flýtir fyrir sprungu yfirborði PFA hitara, sem dregur úr tíma til bilunar um 3–30 stuðla, allt eftir styrk mýkiefnis, hitastigi og álagsstigi hitara. Þalatmýkingarefni (DEHP, DINP) eru árásargjarnustu og valda sprungum í umhverfinu við álag sem er allt að 2–3 MPa. PFA hitari í tönkum með plastuðu PVC fóðri ætti að teljast hafa verulega skertan endingartíma -venjulega 6–18 mánuði frekar en 3–5 ár. Forvarnir krefjast þess að útrýma uppsprettu mýkiefnisins (skipta um PVC-fóðrið með -lausu efni), setja upp hindrun eða skipta yfir í mýkingarefni-ónæmishitaraefni (títan, kvars, kísilkarbíð). Verkfræðingar sem tilgreina PFA-hitara fyrir tanka með núverandi PVC-fóðringum verða að innihalda mýkingarefnagreiningu í vinnsluvökvanum og íhuga hraðari skiptiáætlanir. PFA hitari sem sprungur í hreinni sýru eftir 4 ár getur sprungið á 4 mánuðum í sömu sýru með 50 ppm DEHP úr PVC fóðri. Ekki gera ráð fyrir að vegna þess að PFA sé „efnafræðilega ónæmt“ sé það ónæmt fyrir mýkingarefni-framkallað ESC. Mýkingarefni eru ekki efni sem ráðast á fjölliða burðarásina-þeir ráðast á líkamlega uppbyggingu og PFA er viðkvæmt.