Hvorfor kan kvartsglas ikke danne en beskyttende film for at modstå alkalisk væskeerosion?

# Hvorfor er det umuligt for kvartsglas at skabe en beskyttende film, der kan modstå erosion af alkaliske væsker? Den stabile siliciumdioxidkrystalstruktur i kvartsvarmerør, som modstår syre- og fluorerosion, gør dem til et populært valg til fermenteringsprocesser, der involverer højt kloridindhold og flussyre. Kvartsglas er dog ikke i stand til at danne noget selv-beskyttende lag, når det kommer i kontakt med alkalisk rengøringsmiddel, i modsætning til metalvarmerør som 316 rustfrit stål og Grade 2 titanium, som producerer regenererbare anti-korrosionspassiveringsfilm. Når en alkalisk væske kommer i kontakt med rørvæggen, fremkalder den permanent ætsningsskade, som udgør skjulte farer for mikrobiel kontaminering og efterfølgende rørbrud. Den følgende tabel undersøger forskellen i beskyttelsesmekanismer mellem fire anti--opvarmningsrørmaterialer.|Materiale til varmerør|Type beskyttelsesfilm|Filmregenereringstilstand|Reaktion med alkalisk væske|Skader reversibilitet|| ----|----|----|----|----|| 316 rustfrit stål|Krom-rig oxid passiv film|Gendannes via bejdsningspassivering|Midlertidig filmopløsning under 60 grader alkali|Kan repareres gennem re-passivering|| Grade 2 Titanium|Titandioxid passiv film|Selvreparationer med opløst ilt|Let filmudtynding under svag alkali|Kan genvindes med iltrig cirkulation|| Kvartsglas|Ingen sekundær beskyttende film, krystal selv tjener som barriere|Ingen regenereringsmekanisme|Kemisk nedbrydning af SiO₂-krystal|Irreversibel permanent ætsning|| PFA coated varmelegeme|Fluoropolymer belægningsbarriere|Ingen selvreparerende funktion|Langsom molekylær kædebrud af belægning|Delvis udskiftning nødvendig efter beskadigelse|Den kemiske kernesammensætning af højrent industrikvartsglas er siliciumdioxid med en renhed på over 99,99%, og dets indre struktur er et stabilt tredimensionelt netværk konstrueret af silicium-ilt kovalente bindinger. Den kemiske inertitet af dette omfattende krystalnetværk er kilden til dets syreresistens. Der sker ingen kemisk forskydningsreaktion, når krystaloverfladen udsættes for sure eller fluoridmedier, og krystaloverfladen forbliver naturligt intakt. Der er derfor ikke noget krav om at fremstille en yderligere beskyttelsesfilm til isolering. Store mængder hydroxidioner er til stede i alkaliske opløsninger, som repræsenteres af natriumhydroxid. Den stabile silicium-oxygen kovalente binding på kvartsoverfladen vil blive brudt af hydroxidioner ved CIP-cirkulationens opvarmningstemperatur, hvilket resulterer i produktionen af ​​opløseligt natriumsilicat. Krystallegemet af kvarts forbruges direkte af den cirkulerende væske, som kontinuerligt vasker det opløselige produkt væk, i stedet for blot at beskadige en tynd overfladefilm. Det beskadigede frostede lag kan ikke genoprettes gennem rengøring, neutralisering eller vedligeholdelsesbehandling, da kvarts ikke er i stand til at syntetisere nyt siliciumdioxid til at fylde de ætsede gruber. Den primære metalmatrix under filmen forbliver upåvirket, og metalvarmerør er afhængige af tynde overfladefilm til beskyttelse. Grundmaterialet har kapacitet til at producere ny film under særlige omstændigheder, selvom filmen er delvist beskadiget. Der er dog ingen skelnen mellem "matrix" og "beskyttende lag" i kvarts. Varmeledningens primære bærende struktur er den synlige glatte overflade. Rørvæggen vil fortyndes ujævnt, usynlige mikrorevner vil dannes inde i krystallen, og i sidste ende vil der opstå pludselig brud under kold og varm vekslende stress under produktionen, alt sammen på grund af kontinuerlig alkalierosion. Mekaniske hårde låse skal installeres på alkalirørledninger i fermenteringslaboratorier, der er udstyret med kvartsvarmerør for at sikre, at syre- og alkalicirkulationssløjferne er helt adskilte. Operatører skal koncentrere sig om at inspicere rørvægs frosting og matte områder, der skyldes utilsigtet alkalilækage under inspektioner af lystransmission hver anden uge. Rørbundtet skal straks kasseres, når det frostede areal overstiger 30 % af den samlede overflade, da den strukturelle styrke er faldet til et usikkert niveau. Sammenfattende gør den karakteristiske krystalstruktur af kvarts den ude af stand til at generere en regenererbar beskyttende film, der kan modstå alkalierosion. Den eneste pålidelige metode til at sikre sikker drift og forlænget levetid for kvartsvarmerør er fuldstændig isolering af alkalisk rengøringsmiddel.