Beth Yw Cydnawsedd Cyfnewidwyr Gwres Graffit ag Asidau Ocsideiddio Fel Nitrig a Chromig?

Mae sawdl Achilles Graphite yn agored i gyfryngau ocsideiddio. Mae PTFE yn anadweithiol i bopeth bron. Gall graffit, ar y llaw arall, gael ei ymosod yn gyflym gan asid nitrig, asid cromig, a hyd yn oed berwi asid sylffwrig crynodedig o dan amodau penodol. Mae gan gyfnewidwyr gwres graffit anhydraidd fywyd gwasanaeth rhagorol mewn amodau lleihau (hy hydroclorig, sylffwrig gwanedig, asidau ffosfforig) ond cydnawsedd cyfyngedig iawn ag asidau ocsideiddiol. Mae'n hanfodol deall cydnawsedd graffit ag asidau ocsideiddio i atal methiant offer trychinebus ac amser segur diangen.

Mecanwaith Ymosodiad Oxidative
Mae graffit yn fath o elfen carbon. Mae ocsidyddion cryf yn ymosod yn gemegol ar y dellt carbon, gan ei droi'n garbon deuocsid (CO 2 ), carbon monocsid (CO) neu foleciwlau ocsidiedig eraill. Gellir cyffredinoli'r adwaith cyfan fel a ganlyn:

O2 + C(o ocsidydd)=CO2 + O(o ocsidydd)=COx

Mae'r broses hon yn bwyta'r deunydd graffit ac yn trosi carbon solet yn nwy yn araf. Mae hyn yn arwain at golli cyfanrwydd adeileddol, tyllu arwyneb ac yn y pen draw trydylliad waliau tiwbiau neu sianeli bloc. Darperir amddiffyniad cychwynnol gan y resin trwytho (ffenolig fel arfer), sy'n sefydlu rhwystr rhwng ocsidydd a swbstrad graffit. Ond mae'r resin ei hun hefyd yn dueddol o ocsideiddio. Os caiff y resin ei dyllu - trwy ymosodiad cemegol, microcraciau, cylchred gwres, ac ati - mae'r graffit gwaelodol yn cael ei ymosod yn uniongyrchol a'i ddinistrio'n gyflym.

Mewn llawer o wasanaethau ocsideiddio, mae cyfradd colli carbon mor gyflym y gall cyfnewidydd gwres graffit fethu mewn dyddiau neu wythnosau, nid blynyddoedd.

Ocsidyddion Cyffredin ac Anghydnawsedd Penodol
Cydnawsedd Graffit Asid Ocsideiddio Sylwadau Cydnawsedd PTFE
Nitric acid (HNO3) Poor; degraded at >Crynodiad 5% ar dymheredd poeth Da hyd at 110 gradd gwanedig (<5%) nitric acid at room temperature can be tolerated for short durations, but is not suggested for continuous service
Asid Cromig (H₂CrO₄) Gwael iawn. Pob crynodiad a thymheredd. Hyd at 110 gradd Mae asid ExcellentChromic yn ocsidydd pwerus. Ni chynghorir graffit.
Sulphuric acid (H 2 SO 4 ) - concentrated, heated Limited; assaults start above 96% concentration and >150 CGood i 110 C (cyfyngedig gan dymheredd) Graffit sy'n gallu gwrthsefyll gwanhau i 96% H2SO4 i ~150 C; mae bron i 98% ar dymheredd uchel yn dod yn ocsideiddiol
Asid perchlorig (HClO₄) Peryglus; adwaith cryf tebygol Ardderchog (oer) Ni ddylid byth defnyddio graffit ag asid perclorig oherwydd ocsidiad a pherygl ffrwydrol
Asidau cymysg (regia dŵr, asid nitrosylffwrig) Gwael; ymosodiad cyflym Ardderchog hyd at 110 gradd Mae cyfuniadau ocsideiddio yn fwy gweithgar nag asidau unigol
Asid Nitrig: Crynodiad a Therfynau Tymheredd
Mae terfyn cydnawsedd graffit ag asidau ocsideiddio braidd yn ddifrifol ar gyfer asid nitrig. Gall amlygiad tymor byr i dymheredd amgylchynol (Llai na neu'n hafal i 30 gradd) ac is na thua 5% crynodiad achosi ychydig o ymosodiad ymddangosiadol. Fodd bynnag, mae cynnydd mewn crynodiad neu dymheredd yn hyrwyddo ocsidiad yn sylweddol. Mae cyfnewidwyr gwres graffit yn dioddef dirywiad arwyneb amlwg mewn oriau ar 10-20% asid nitrig a 50 gradd. Ar 50% o asid nitrig ac yn agos at dymheredd berwi, mae'r graffit yn cael ei fwyta'n gyflym.

O ganlyniad, nid yw arfer diwydiannol yn cynnwys graffit i'w ddefnyddio gydag asid nitrig oni bai bod yr asid yn wan iawn, yn oer ac yn cael ei ddefnyddio mewn cymhwysiad nad yw'n hanfodol. Yn dal i fod, mae PTFE neu ddeunyddiau eraill (cerameg, tantalwm, zirconium) yn cael eu hargymell yn fawr.

Asid Cromig: Anghydnawsedd Cyflym
Asid cromig ( H 2 CrO 4 ) yw un o'r cemegau ocsideiddio cryfaf a geir mewn gweithrediadau diwydiannol . Fe'i defnyddir mewn caboli metel a baddonau anodio. Mae'n ymosod ar graffit ar bob crynodiad a phob tymheredd gan gynnwys hydoddiannau gwanedig oer. Ni fydd unrhyw orchudd resin amddiffynnol yn goddef asid cromig am gyfnodau hir o amser. Bydd unrhyw ran graffit, cyfnewidydd gwres, falf neu sparger, sy'n agored i asid cromig, yn torri'n gyflym, fel arfer o fewn dyddiau. Os yw'r tymheredd yn is na therfyn PTFE (tua 110 C) yna cyfnewidwyr gwres PTFE yw'r norm ar gyfer gwresogi asid cromig neu dasgau oeri.

Asid Sylffwrig Crynhoad Poeth: Astudiaeth Achos o Bontio
Graphite has found wide and successful usage in sulphuric acid service over much of the concentration range. Low (0-70%) and medium (70-93%) concentrations of sulphuric acid are well handled at temperatures up to 150-180°C. Concentrated sulphuric acid (>96%) yn addas ar dymheredd cymedrol (<=100°C). However, the oxidising power of sulphuric acid increases as the concentration near 98% and the temperature exceeds about 150°C. The acid then begins to function as an oxidiser and attacks the graphite lattice, not as a reducing acid. This is a well-known boundary: graphite oxidises and loses weight rapidly at 180°C and 98% H₂SO₄.

Ar gyfer gweithrediadau o'r fath (ee, crynodyddion asid sylffwrig neu wasanaeth oliwm) nid yw PTFE yn ddewis ymarferol gan fod y tymheredd yn uwch na'r terfyn gweithredol. Yn lle hynny, defnyddir cyfnewidwyr gwres ceramig (gwydr, silicon carbid) neu tantalwm.

Pam Mae PTFE yn Well Ar gyfer Asidau Ocsideiddio
Mae gan boly(tetrafluoroethylene) (PTFE) asgwrn cefn carbon-fflworin . Mae'r cysylltiadau fflworin carbon cryf yn gwneud PTFE yn anadweithiol i bron pob sylwedd gan gynnwys ocsidyddion pwerus fel asid nitrig, cromig ac asid sylffwrig crynodedig poeth (ar dymheredd cymedrol). O dan yr amodau hyn, nid yw PTFE yn ocsideiddio nac yn dirywio. Unig gyfyngiad PTFE yw'r tymheredd gweithredu parhaus uchaf sydd tua 110-120 gradd ar gyfer PTFE solet mewn cymwysiadau cyfnewidydd gwres. PTFE yw'r deunydd o ddewis ar gyfer dyletswydd asid ocsideiddio yn yr ystod tymheredd hwnnw.

Canllaw da iawn yw na ddylid defnyddio graffit mewn unrhyw wasanaeth lle mae ocsidydd cryf yn bresennol gyda chrynodiad sylweddol a thymheredd gormodol. Mae hon yn ffin gemegol galed: ni all strwythur carbon graffit wrthsefyll ocsideiddio, ni waeth beth fo'r trwytho resin.

Amodau ac Eithriadau Oxidant Gwanedig
 

Gwerthusiad Difrod Ocsidiol