Lingkungan-Serangan Ganda
Proses pembersihan kimia bergantian antara larutan asam klorida 15% pada suhu 70 derajat dan larutan natrium hidroksida 10% pada suhu 80 derajat. Penukar panas terkena pH ekstrem di kedua ujung skala, dengan pembilasan air panas di antara siklus. Asam menyerang logam dan-bahan yang sensitif terhadap basa. Kaustik menyerang kaca,-keramik berbahan dasar silika, dan logam amfoter. Hanya sedikit material yang dapat bertahan di kedua lingkungan tersebut.
Baja berenamel-juga disebut baja berlapis kaca-telah lama digunakan dalam layanan kimia korosif. Lapisan kaca, enamel borosilikat yang menyatu dengan substrat baja pada suhu tinggi, tahan terhadap asam dengan baik. Ini banyak digunakan di bejana reaktor, tangki penyimpanan, dan penukar panas di industri kimia dan farmasi.
PTFE menolak asam dan basa pada seluruh spektrum pH penuh. Pilihan antara baja berenamel dan PTFE untuk layanan asam-basa bergantian ditentukan oleh sisi kaustik dari siklus-di mana baja berenamel memiliki kerentanan mendasar.
Mekanisme Korosi Kaca pada Alkali
Kaca adalah silikon dioksida dengan berbagai pengubah oksida logam. Dalam larutan basa, ion hidroksida menyerang ikatan silikon-oksigen yang membentuk jaringan kaca. Reaksinya adalah:
SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O
Natrium silikat larut dan larut ke dalam larutan basa. Permukaan kaca semakin tergores. Kecepatannya tergantung pada suhu, konsentrasi kaustik, dan komposisi kaca spesifik.
Kaca borosilikat-jenis yang digunakan untuk baja berenamel-mengandung boron oksida yang meningkatkan ketahanan kimia. Namun dalam NaOH 10% pada suhu 80 derajat, bahkan kaca borosilikat terkorosi pada kecepatan sekitar 0,01-0,05 mm/tahun. Lapisan kaca dengan ketebalan 0,8-1,2 mm kehilangan 10-60% ketebalannya selama masa pakai 10 tahun dalam kondisi ini.
Korosi jarang terjadi secara seragam sempurna. Cacat mikroskopis, gelembung, atau bintik tipis pada lapisan kaca lebih cepat terkorosi. Setelah kaca ditembus, baja di bawahnya terkena lingkungan asam-basa yang bergantian. Baja terkorosi dengan cepat di keduanya. Lapisannya rusak secara lokal, dan peralatan harus dipasang kembali atau diganti.
Tabel 1: Perbandingan Kinerja Siklus Asam-Alkaline
| Parameter Kinerja | Baja Berenamel (Kaca-Berlapis). | PTFE |
|---|---|---|
| Ketahanan asam (HCl, H₂SO₄) | Bagus sekali | Bagus sekali |
| Resistensi basa (NaOH, KOH) | Buruk (pelarutan kaca) | Bagus sekali |
| Laju korosi pada NaOH 10% pada suhu 80 derajat (mm/tahun) | 0.01-0.05 | 0 |
| Ketebalan lapisan/lapisan (mm) | 0.8-1.2 | 1.0-1.5 (dinding tabung) |
| Perkiraan masa pakai lapisan dalam layanan pH bergantian | 3-8 tahun | 15+ tahun |
| Metode perbaikan | kaca pabrik; waktu henti berminggu-minggu | Pasang atau ganti bagian tabung di lapangan |
| Ketahanan terhadap guncangan termal | Sedang (ΔT maks ~100 derajat ) | Excellent (>200 derajat ΔT) |
| Resistensi dampak mekanis | Buruk (rapuh; pecah akibat benturan) | Baik (pemulihan elastis) |
| Modus kegagalan | Penetrasi lapisan → korosi baja | Penipisan merayap secara bertahap |
| Deteksi kegagalan yang akan datang | Sulit (kerusakan lapisan seringkali tidak terlihat) | Mudah (pengukuran ketebalan ultrasonik) |
Faktor Kejutan Termal
Transisi dari larutan asam panas ke larutan basa panas melalui pembilasan air menciptakan kondisi kejutan termal. Penukar panas baja berenamel mengalami perubahan suhu cepat yang menekankan ikatan-ke-kaca. Kaca dan baja memiliki koefisien muai panas yang berbeda-kaca pada kira-kira 3-6 × 10⁻⁶/ derajat , baja pada 12-15 × 10⁻⁶/ derajat . Ekspansi diferensial menciptakan tegangan geser pada antarmuka.
Selama ratusan siklus termal, tegangan kumulatif menyebabkan-retak mikro pada antarmuka baja-kaca. Retakan ini tidak terlihat dari sisi proses. Mereka tumbuh dengan siklus yang terus menerus sampai kacanya terlepas dari baja. Baja yang terbuka kemudian terkorosi dengan cepat.
PTFE tidak memiliki antarmuka untuk delaminasi. Bahannya homogen melalui ketebalannya. Ekspansi termal diakomodasi oleh deformasi elastis seluruh komponen. Tidak ada stres diferensial yang berkembang.
Kontras Perawatan dan Perbaikan
Jika penukar panas{0}}baja berlapis kaca rusak, seluruh unit harus dilepas dan dikirim ke fasilitas khusus untuk dilakukan pelapisan ulang. Prosesnya memakan waktu berminggu-minggu. Produksi terhenti. Unit cadangan harus tersedia jika tidak, kapasitas produksi akan hilang.
Bila penukar panas PTFE mengalami kebocoran-biasanya setelah digunakan selama bertahun-tahun-tabung yang terkena dampak dapat dipasang di lapangan. Penukar terus beroperasi dengan kapasitas yang sedikit berkurang. Perbaikan permanen atau penggantian tabung dijadwalkan pada penghentian pemeliharaan terencana berikutnya.
Kemampuan-perbaikan di lapangan PTFE merupakan keuntungan operasional yang signifikan dalam proses yang mengutamakan kontinuitas produksi.
Ringkasan
Penukar panas PTFE mengungguli baja berenamel dalam layanan asam-basa karena PTFE kebal terhadap pelarutan kaustik yang semakin menipiskan lapisan kaca. Laju korosi kaca baja berenamel dalam alkali panas, dikombinasikan dengan kerusakan kejutan termal pada antarmuka baja kaca, membatasi masa pakai hingga 3-8 tahun. PTFE menyediakan layanan 15+ tahun tanpa korosi atau delaminasi antarmuka.
Kemampuan-perbaikan lapangan PTFE semakin mengurangi biaya waktu henti dibandingkan dengan pelapisan ulang-pabrik yang diperlukan untuk perbaikan baja berenamel. Untuk proses yang berputar antara kimia asam dan basa, PTFE adalah pilihan-risiko yang lebih rendah,-masa pakai yang lebih lama.
Analisis teknik untuk pemilihan material layanan pH bergantian tersedia berdasarkan penyerahan konsentrasi asam dan kaustik, suhu pengoperasian, frekuensi siklus, dan data masa pakai peralatan saat ini.
