Защо кварцовото стъкло не може да образува защитен филм, който да устои на алкална течна ерозия?

# Защо е невъзможно кварцовото стъкло да създаде защитен филм, който да издържи на ерозията на алкалните течности? Стабилната кристална структура на силициевия диоксид на кварцовите нагревателни тръби, която е устойчива на киселинна и флуорна ерозия, ги прави популярен избор за ферментационни процеси, които включват високо съдържание на хлорид и флуороводородна киселина. Кварцовото стъкло обаче не е в състояние да образува какъвто и да е само-защитен слой, когато влезе в контакт с алкален препарат, за разлика от металните нагревателни тръби като неръждаема стомана 316 и титан клас 2, които произвеждат регенерируеми анти{4}}корозионни пасивиращи филми. След като алкална течност влезе в контакт със стената на тръбата, тя предизвиква трайно увреждане от ецване, което създава скрити опасности от микробно замърсяване и последващо разкъсване на тръбата. Следващата таблица разглежда разликата в защитните механизми между четири анти{7}}материала за нагревателни тръби.|Материал на нагревателната тръба|Тип защитно фолио|Състояние на регенерация на филм|Реакция с алкална течност|Обратимост на щетите|| ----|----|----|----|----|| 316 неръждаема стомана|Богат на хром оксиден пасивен филм|Възстановява се чрез ецване и пасивиране|Временно разтваряне на филма под 60 градуса в основа|Поправимо чрез повторно пасивиране|| Титан клас 2|Пасивен филм от титанов диоксид|Самовъзстановява се с разтворен кислород|Леко изтъняване на филма при слаба основа|Възстановимо с богата на кислород циркулация|| Кварцово стъкло|Без вторичен защитен филм, самият кристал служи като бариера|Няма механизъм за регенерация|Химично разлагане на кристал SiO₂|Необратимо постоянно ецване|| Нагревател с PFA покритие|Бариера с флуорополимерно покритие|Без функция за самовъзстановяване|Бавно разрушаване на молекулярната верига на покритието|Необходима е частична подмяна след повреда|Основният химичен състав на индустриалното кварцово стъкло с висока чистота е силициев диоксид с чистота над 99,99%, а вътрешната му структура е стабилна триизмерна мрежа, изградена от ковалентни връзки силиций-кислород. Химическата инертност на тази цялостна кристална мрежа е източникът на нейната киселинна устойчивост. Не възниква химическа реакция на изместване, когато повърхността на кристала е изложена на киселинна или флуоридна среда и повърхността на кристала остава непокътната естествено. Следователно не е необходимо да се произвежда допълнителен защитен филм за изолация. Големи количества хидроксидни йони присъстват в алкални разтвори, които са представени от натриев хидроксид. Стабилната ковалентна връзка силиций-кислород на кварцовата повърхност ще бъде разкъсана от хидроксидни йони при температурата на нагряване на CIP циркулацията, което ще доведе до производството на разтворим натриев силикат. Кристалното тяло на кварца се поглъща директно от циркулиращата течност, която непрекъснато отмива разтворимия продукт, вместо просто да уврежда тънък повърхностен филм. Повреденият матиран слой не може да бъде възстановен чрез почистване, неутрализация или поддържащо третиране, тъй като кварцът не е в състояние да синтезира нов силициев диоксид, който да запълни гравираните вдлъбнатини. Основната метална матрица под филма остава незасегната, а металните нагревателни тръби зависят от тънки повърхностни филми за защита. Основният материал има способността да произвежда нов филм при определени обстоятелства, дори ако филмът е частично повреден. Въпреки това, няма разлика между "матрица" и "защитен слой" в кварца. Основната носеща конструкция на отоплителния тръбопровод е видимата гладка повърхност. Стената на тръбата ще се изтъни неравномерно, в кристала ще се образуват невидими микропукнатини и в крайна сметка ще настъпи внезапно разкъсване при променлив студен и горещ стрес по време на производството, всичко това поради непрекъсната алкална ерозия. Трябва да се монтират механични твърди блокировки на алкални тръбопроводи във ферментационни лаборатории, които са оборудвани с кварцови нагревателни тръби, за да се гарантира, че циркулационните вериги на киселината и алкалите са напълно разделени. Операторите трябва да се съсредоточат върху проверката на матовите зони на стените на тръбите, които са резултат от случайно изтичане на алкали по време на двуседмични инспекции на пропускане на светлина. Тръбният сноп трябва незабавно да се бракува, когато матираната площ надхвърли 30% от общата повърхност, тъй като здравината на конструкцията е паднала до опасно ниво. В обобщение, отличителната кристална структура на кварца го прави неспособен да генерира регенерируем защитен филм, който може да издържи на алкална ерозия. Единственият надежден метод за осигуряване на безопасна работа и удължен експлоатационен живот на кварцовите нагревателни тръби е пълното изолиране на алкален препарат.