Hvordan understøtter fluorpolymerudvekslere fosforsyrekoncentrationsplanter?

Ved at behandle fosfatsten med svovlsyre skabes fosforsyre. Den producerede svage syre koncentreres derefter ved fordampning til handels- eller fødevarekvalitetssyre. De varmevekslere, der anvendes i denne koncentreringsproces, skal være modstandsdygtige over for varm, koncentreret fosforsyre indeholdende ætsende fluor- og kloridurenheder.

Koncentration af fosforsyreproces
Fosforsyre fremstilles sædvanligvis ved at behandle fosfatsten med svovlsyre for at give en fortyndet syreopløsning indeholdende omkring 28-32% P2O₅. Den svage syre koncentreres derefter ved at fjerne vand, normalt under vakuum for at reducere kogepunktet. Syren koncentreres til et P205-indhold, der er acceptabelt til kommercielle anvendelser, såsom til fremstilling af gødning eller til anvendelser af fødevarekvalitet.

Varmevekslere er essentielle i koncentrationsprocessen. De bruges til at for-forvarme den indkommende svage syre, før den går ind i fordampningsstadierne, og til at kondensere de dampe, der dannes under fordampningen. Varmevekslerne genvinder procesvarme, hvilket øger energieffektiviteten og minimerer driftsomkostningerne.

Korrosionsproblem i koncentrationen af ​​fosforsyre
Et af hovedproblemerne i koncentrationen af ​​fosforsyre er syrens ætsende karakter, især ved de høje temperaturer (80-100 grader), der er nødvendige for koncentrationsprocessen. Fosforsyre er allerede aggressiv over for mange materialer, men tilstedeværelsen af ​​urenheder såsom fluorid (fra fosfatstenen) og chlorid gør syren meget mere ætsende. Sådanne urenheder fremmer korrosion af rustfrit stål og nogle højnikkellegeringer, hvilket forårsager for tidlig fejl og hyppig vedligeholdelse og udskiftning af varmevekslere.

Polytetrafluorethylen (PTFE) og perfluoralkoxy (PFA) udviser meget høj modstandsdygtighed over for fosforsyre og dens ætsende urenheder og er derfor gode muligheder for varmevekslere i denne applikation. Kemisk inertitet indebærer, at varmevekslerne ikke vil henfalde i nærvær af fluor- og kloridurenheder og kan drives pålideligt på lang sigt under disse vanskelige forhold.

Fluoropolymer varmevekslerdesign
Skal-og-rørvarmevekslere er den mest udbredte type i fosforsyrekoncentrationsanlæg. I dette tilfælde ledes koncentreret phosphorsyre gennem fluorpolymerrørene, og damp eller varmt vand køres på skalsiden for at give den nødvendige varme til fordampning. Rørene er lavet af et fluorpolymerstof, der modstår den ætsende fosforsyre og fluor- og kloridurenhederne for at sikre lang levetid og ydeevne.

PTFE varmevekslere er almindeligt anvendt ved temperaturer op til 110 grader, der inkluderer de almindelige arbejdstemperaturer i koncentrationsprocessen. Til anvendelse ved højere temperaturer er PFA varmevekslere også tilgængelige. PFA kan tåle lidt højere temperaturer (op til ca. 260 C) og tilføjer en lille sikkerhedsbuffer til mere stringente anvendelser.

Fluorpolymer-varmeveksleres egenskaber til at overvinde udfordringerne med varm, koncentreret fosforsyre er blevet etableret, hvilket giver en pålidelig og korrosionsbestandig- varmeoverførselsløsning til fosforsyrekoncentrationsanlæg.

Valg af materiale til fosforsyrekoncentrationsvarmevekslere
Valget af det korrekte materiale til varmevekslerne i fosforsyrekoncentrationsanlæg er ekstremt vigtigt for at sikre en pålidelig drift og for at minimere vedligeholdelsen. Adskillige materialers egnethed til brug i varm koncentreret fosforsyre med fluor- og chloridurenheder sammenlignes i følgende tabel:

Materiale Max. Temp. Korrosionsbestandighed over for fosforsyre Fluormodstandsdygtighed Kloridbestandighed Fosforsyrekoncentration Egnethed PTFE 110 grader Fremragende Fremragende Fremragende God til situationer med moderat høje temperaturer, der er sure med urenheder.
PFA ~260 grader Fremragende Fremragende Fremragende Bedst til højtemperaturapplikationer.
Grafit ~200 grader God Dårlig Dårlig Begrænset til lave temperaturer og mindre passende på grund af fluorangreb.
Hastelloy ~500 grader Fair Fair Fair Fair dyrt. Dårlig modstandsdygtighed over for fluor og klorid i varm phosphorsyre.
PTFE og PFA er, som det kan ses, de foretrukne materialer på grund af deres fremragende modstandsdygtighed over for det sure miljø og over for de ætsende fluor- og kloridurenheder. Hastelloy og grafit er noget modstandsdygtige, men ikke så pålidelige som fluorpolymererne i denne applikation.

Konklusion
Fluoropolymer varmevekslere (især dem af PTFE og PFA) er vigtige teknologier, der muliggør pålidelig og effektiv fosforsyrekoncentration. Materialerne er modstandsdygtige over for de ætsende virkninger af varm fosforsyre og dens fluor- og chloridurenheder og garanterer derved langtids-ydelse i varmevekslerne. Særlige materialer (såsom PTFE og PFA) er nødvendige til stærkt korrosive omgivelser (såsom en fosforsyrekoncentrationsfabrik). Disse materialer er meget modstandsdygtige over for kemiske angreb og bruges til at minimere korrosion, maksimere udstyrets levetid og minimere vedligeholdelsesomkostninger. Valget af det passende materiale er afgørende for bæredygtigheden og effektiviteten af ​​disse meget ønskede operationer.