Как флуорополимерните обменници поддържат инсталациите за концентриране на фосфорна киселина?

Чрез третиране на фосфатна скала със сярна киселина се създава фосфорна киселина. Произведената слаба киселина след това се концентрира чрез изпаряване до търговска или хранителна киселина. Топлообменниците, използвани в този процес на концентриране, трябва да са устойчиви на гореща, концентрирана фосфорна киселина, съдържаща корозивни примеси от флуорид и хлорид.

Процес на концентриране на фосфорна киселина
Фосфорната киселина обикновено се произвежда чрез третиране на фосфатна скала със сярна киселина, за да се получи разреден киселинен разтвор, съдържащ около 28-32% P₂O₅. След това слабата киселина се концентрира чрез отстраняване на водата, обикновено под вакуум, за да се намали точката на кипене. Киселината се концентрира до съдържание на P 2 O 5, приемливо за търговски цели, като например за производство на торове или за хранителни приложения.

Топлообменниците са от съществено значение в процеса на концентрация. Те се използват за предварително -нагряване на входящата слаба киселина преди навлизане в етапите на изпаряване и за кондензиране на парите, образувани по време на изпаряването. Топлообменниците възстановяват топлината от процеса, като по този начин повишават енергийната ефективност и минимизират оперативните разходи.

Проблем с корозията при концентрация на фосфорна киселина
Един от ключовите проблеми при концентрацията на фосфорна киселина е корозивният характер на киселината, особено при високите температури (80-100 градуса), необходими за процеса на концентриране. Фосфорната киселина вече е агресивна към много материали, но наличието на примеси като флуорид (от фосфатната скала) и хлорид правят киселината много по-разяждаща. Такива примеси насърчават корозията на неръждаема стомана и някои сплави с високо съдържание на никел, което причинява преждевременна повреда и честа поддръжка и подмяна на топлообменниците.

Политетрафлуоретилен (PTFE) и перфлуороалкокси (PFA) показват много висока устойчивост на фосфорна киселина и нейните корозивни примеси и следователно са добри варианти за топлообменници в това приложение. Химическата инертност предполага, че топлообменниците няма да се разпаднат в присъствието на флуоридни и хлоридни примеси и могат да работят надеждно в дългосрочен план при тези трудни условия.

Дизайн на флуорополимерен топлообменник
Кожухотръбните-и-тръбни топлообменници са най-широко използваният вид в инсталациите за концентриране на фосфорна киселина. В този случай концентрираната фосфорна киселина преминава през флуорополимерните тръби и пара или гореща вода се пуска от страната на корпуса, за да се даде необходимата топлина за изпаряване. Тръбите са изработени от флуорополимерно вещество, което е устойчиво на корозивната фосфорна киселина и примесите от флуор и хлорид, за да се гарантира дълготрайност и производителност.

PTFE топлообменниците се използват широко при температури до 110 градуса, което включва обичайните работни температури на процеса на концентриране. За приложения с по-висока температура се предлагат и PFA топлообменници. PFA може да понася малко по-високи температури (до около 260 C) и добавя малко предпазен буфер за по-строги приложения.

Възможностите на флуорополимерните топлообменници за преодоляване на предизвикателствата на горещата, концентрирана фосфорна киселина са установени, осигурявайки надеждно и устойчиво на корозия-решение за пренос на топлина за инсталации за концентриране на фосфорна киселина.

Избор на материал за топлообменници с концентрация на фосфорна киселина
Изборът на правилния материал за топлообменниците в съоръженията за концентриране на фосфорна киселина е изключително важен, за да се осигури надеждна работа и да се сведе до минимум поддръжката. Пригодността на множество материали за използване в гореща концентрирана фосфорна киселина с флуоридни и хлоридни примеси е сравнена в следната таблица:

Материал Макс. темп. Устойчивост на корозия на фосфорна киселина Устойчивост на флуор Устойчивост на хлорид Концентрация на фосфорна киселина PTFE 110 градуса Отлично Отлично Отлично Добър за ситуации с умерено висока температура, които са киселинни с примеси.
PFA ~260 градуса Отличен Отличен Отличен Най-добър за приложения при висока температура.
Графит ~200 градуса Добър Лош Лош Ограничен до ниски температури и по-малко подходящ поради флуоридната атака.
Hastelloy ~500 градуса Fair Fair Fair FairExpensive. Слаба устойчивост на флуорид и хлорид в гореща фосфорна киселина.
PTFE и PFA са, както може да се види, избраните материали поради тяхната отлична устойчивост на киселинна среда и на корозивните флуоридни и хлоридни примеси. Хастелоят и графитът са донякъде устойчиви, но не толкова надеждни, колкото флуорополимерите в това приложение.

Заключение
Флуорополимерните топлообменници (особено тези от PTFE и PFA) са важни позволяващи технологии за надеждна и ефективна концентрация на фосфорна киселина. Материалите са устойчиви на корозивните ефекти на горещата фосфорна киселина и нейните флуоридни и хлоридни примеси и по този начин гарантират дългосрочна-работа в топлообменниците. Специални материали (като PTFE и PFA) са необходими за силно корозивни настройки (като фабрика за концентриране на фосфорна киселина). Тези материали са много устойчиви на химическа атака и се използват за минимизиране на корозията, максимизиране на живота на оборудването и минимизиране на разходите за поддръжка. Изборът на подходящ материал е от решаващо значение за устойчивостта и ефективността на тези силно желани операции.