Hur stödjer fluorpolymerbytare fosforsyrakoncentrationsanläggningar?

Genom att behandla fosfatberg med svavelsyra skapas fosforsyra. Den svaga syran som produceras koncentreras sedan genom indunstning till handels- eller livsmedelssyra. Värmeväxlarna som används i denna koncentrationsprocess måste vara resistenta mot het, koncentrerad fosforsyra som innehåller frätande fluor- och kloridföroreningar.

Koncentration av fosforsyraprocess
Fosforsyra framställs vanligtvis genom att fosfatsten behandlas med svavelsyra för att ge en utspädd syralösning innehållande cirka 28-32 % P₂O₅. Den svaga syran koncentreras sedan genom att avlägsna vatten, vanligtvis under vakuum för att sänka kokpunkten. Syran koncentreras till en P205-halt som är acceptabel för kommersiella användningar, såsom för framställning av gödningsmedel eller för användningar av livsmedelskvalitet.

Värmeväxlare är väsentliga i koncentrationsprocessen. De används för att förvärma den inkommande svaga syran innan den går in i förångningsstegen och för att kondensera ångorna som bildas under förångningen. Värmeväxlarna återvinner processvärme, vilket ökar energieffektiviteten och minimerar driftskostnaderna.

Korrosionsproblem i fosforsyrakoncentrationen
Ett av huvudproblemen i koncentrationen av fosforsyra är syrans frätande karaktär, särskilt vid de höga temperaturer (80-100 grader) som krävs för koncentrationsprocessen. Fosforsyra är redan aggressiv mot många material men närvaron av föroreningar som fluor (från fosfatberget) och klorid gör syran mycket mer frätande. Sådana föroreningar främjar korrosion av rostfritt stål och vissa högnickellegeringar, vilket orsakar för tidigt fel och frekvent underhåll och byte av värmeväxlare.

Polytetrafluoreten (PTFE) och perfluoralkoxi (PFA) uppvisar mycket hög motståndskraft mot fosforsyra och dess korrosiva föroreningar och är därför bra alternativ för värmeväxlare i denna applikation. Kemisk tröghet innebär att värmeväxlarna inte kommer att sönderfalla i närvaro av fluor- och kloridföroreningar och att de kan drivas tillförlitligt under lång sikt under dessa svåra förhållanden.

Fluoropolymer värmeväxlardesign
Skal-och-rörvärmeväxlare är den mest använda typen i fosforsyrakoncentrationsanläggningar. I detta fall leds koncentrerad fosforsyra genom fluorpolymerrören och ånga eller varmt vatten körs på skalsidan för att ge den nödvändiga värmen för avdunstning. Rören är gjorda av en fluorpolymersubstans som motstår den frätande fosforsyran och fluor- och kloridföroreningarna för att säkerställa lång livslängd och prestanda.

PTFE värmeväxlare används i stor utsträckning vid temperaturer upp till 110 grader som inkluderar de vanliga arbetstemperaturerna för koncentrationsprocessen. För applikationer med högre temperaturer finns också PFA-värmeväxlare tillgängliga. PFA tål något högre temperaturer (upp till ca 260 C) och tillför en liten säkerhetsbuffert för mer stränga tillämpningar.

Fluorpolymervärmeväxlarnas förmåga att övervinna utmaningarna med het, koncentrerad fosforsyra har etablerats, vilket ger en pålitlig och korrosionsbeständig -värmeöverföringslösning för fosforsyrakoncentreringsanläggningar.

Val av material för fosforsyrakoncentrationsvärmeväxlare
Valet av rätt material för värmeväxlarna i fosforsyrakoncentrationsanläggningar är extremt viktigt för att ge en tillförlitlig drift och för att minimera underhållet. Lämpligheten hos ett flertal material för användning i varm koncentrerad fosforsyra med fluor- och kloridföroreningar jämförs i följande tabell:

Material Max. Temp. Korrosionsbeständighet mot fosforsyra Fluorbeständighet Kloridbeständighet Fosforsyrakoncentration Lämplighet PTFE 110 grader Utmärkt Utmärkt Utmärkt Bra för situationer med måttligt höga temperaturer som är sura med föroreningar.
PFA ~260 grader Utmärkt Utmärkt Utmärkt Bäst för högtemperaturapplikationer.
Grafit ~200 grader Bra Dålig Dålig Begränsad till låga temperaturer och mindre lämplig på grund av fluorangrepp.
Hastelloy ~500 grader Rättvist Rättvist Rätt dyrt. Dålig motståndskraft mot fluor och klorid i het fosforsyra.
PTFE och PFA är, som kan ses, de valda materialen på grund av deras utmärkta motståndskraft mot den sura miljön och mot korrosiva fluor- och kloridföroreningar. Hastelloy och grafit är något resistenta, men inte lika tillförlitliga som fluorpolymererna i denna applikation.

Slutsats
Fluoropolymervärmeväxlare (särskilt de av PTFE och PFA) är viktiga tekniker som möjliggör tillförlitlig och effektiv fosforsyrakoncentration. Materialen är resistenta mot de frätande effekterna av het fosforsyra och dess fluor- och kloridföroreningar och garanterar därigenom långvarig-prestanda i värmeväxlarna. Speciella material (såsom PTFE och PFA) är nödvändiga för mycket korrosiva miljöer (såsom en fosforsyrakoncentrationsfabrik). Dessa material är mycket resistenta mot kemiska angrepp och används för att minimera korrosion, maximera utrustningens livslängd och minimera underhållskostnaderna. Valet av lämpligt material är avgörande för hållbarheten och effektiviteten av dessa mycket önskade verksamheter.