Masalah Pengotoran Pempolimeran dalam Dandang Semula VCM
Dandang semula monomer vinil klorida beroperasi pada 60 darjah hingga 90 darjah dengan pendedahan berterusan kepada monomer reaktif yang mengalami-pempolimeran aliran sisi radikal bebas pada permukaan yang dipanaskan. Mendapan polimer mengurangkan pemindahan haba, meningkatkan penurunan tekanan, dan mewujudkan bahaya keselamatan daripada eksoterma yang tidak terkawal. Tenaga permukaan bahan pemanas secara langsung menentukan berapa lama permukaan kekal bersih sebelum nukleus polimer melekat dan berkembang. Data perbandingan daripada 18 unit pengeluaran VCM menunjukkan bahawa permukaan bersalut PFA-dengan tenaga permukaan 18 dyne/cm memanjangkan masa aruhan untuk lekatan deposit dengan faktor 6 hingga 10 berbanding dengan permukaan keluli tahan karat atau keluli karbon yang tidak bersalut.
Tenaga Permukaan dan Termodinamik Nukleasi Polimer
Lekatan nukleus polimer vinil klorida pada permukaan mengikut persamaan-Dupré Muda, di mana kerja lekatan berkurangan dengan tenaga permukaan pepejal yang lebih rendah. Keluli karbon tidak bersalut mempamerkan tenaga permukaan 45 hingga 55 dynes/cm. Keluli tahan karat berukuran 35 hingga 45 dynes/cm bergantung pada kemasan. PFA, dengan tegangan permukaan kritikal 18 dynes/cm, mewakili salah satu-permukaan pepejal tenaga terendah yang tersedia. Ujian kekotoran makmal menggunakan VCM pada 75 darjah menunjukkan bahawa nukleus polimer melekat pada keluli tahan karat tidak bersalut dalam tempoh 30 minit pendedahan, dengan pembentukan mendapan yang boleh dilihat pada 2 jam. Pada permukaan PFA, ujian yang sama menunjukkan tiada lekatan yang boleh diukur pada 6 jam, dengan nukleus pertama yang boleh dikesan muncul pada 8 hingga 10 jam. Masa aruhan yang dilanjutkan membolehkan jangka masa larian dandang semula yang lebih lama antara kitaran pembersihan.
Kadar Pertumbuhan Deposit Selepas Induksi
Sebaik sahaja tempoh aruhan tamat dan nukleus polimer awal melekat, kadar pertumbuhan seterusnya bergantung kepada tenaga permukaan juga. Pada keluli karbon tidak bersalut, ketebalan deposit meningkat pada 0.8 mm sehari di bawah keadaan dandang semula VCM biasa. Pada keluli tahan karat, kadar pertumbuhan 0.4 hingga 0.6 mm sehari adalah tipikal. Pada permukaan PFA, kadar pertumbuhan-pasca aruhan ialah 0.08 hingga 0.12 mm sehari, pengurangan lima kali ganda berbanding keluli tahan karat. Tenaga permukaan yang rendah menghalang penyebaran prekursor polimer merentasi permukaan, mengehadkan pertumbuhan kepada pulau terpencil yang kekal kecil dan mudah dikeluarkan oleh ricih aliran proses biasa. Mikroskopi elektron permukaan PFA selepas 14 hari pendedahan VCM menunjukkan nodul polimer bertaburan diameter 50 hingga 100 mikron.
Kestabilan Tenaga Permukaan Di Bawah Perkhidmatan VCM
Tenaga permukaan 18 dyne/sm PFA tidak stabil secara kekal dalam perkhidmatan VCM kerana penyerapan monomer ke dalam-lapisan permukaan berhampiran boleh mengubah suai sifat permukaan. Pengukuran sudut sentuhan pada sampel PFA yang direndam dalam VCM pada 80 darjah selama 30 hari menunjukkan tenaga permukaan meningkat daripada 18 kepada 23 dina/cm. Peningkatan berlaku daripada orientasi semula permukaan kumpulan hujung kutub dan bukannya degradasi kimia. Walaupun peningkatan ini, tenaga permukaan kekal jauh lebih rendah daripada logam tidak bersalut, dan faedah praktikal untuk pengurangan kekotoran berterusan. Selepas 60 hari rendaman, PFA masih menunjukkan pengurangan 60% hingga 70% dalam lekatan deposit berbanding keluli tahan karat.
Prestasi Fouling Perbandingan mengikut Jenis Permukaan
| Bahan Permukaan Reboiler | Tenaga Permukaan (dynes/cm) | Masa Induksi untuk Lekatan Deposit (jam pada 75 darjah ) | Selepas-Kadar Pertumbuhan Induksi (mm/hari) |
|---|---|---|---|
| bersalut PFA | 18 hingga 23 | 8 hingga 10 | 0.08 hingga 0.12 |
| Keluli tahan karat digilap (Ra 0.4µm) | 35 hingga 40 | 1.5 hingga 2.0 | 0.35 hingga 0.50 |
| Keluli tahan karat standard (Ra 0.8µm) | 38 hingga 42 | 1.0 hingga 1.5 | 0.40 hingga 0.60 |
| Keluli karbon | 45 hingga 55 | 0.3 hingga 0.5 | 0.70 hingga 0.90 |
Interaksi Ricih Hidrodinamik dengan Tenaga Permukaan Rendah
Pengurangan fouling daripada tenaga permukaan PFA bergabung dengan halaju aliran untuk menentukan panjang larian dandang semula sebenar. Dalam dandang semula VCM di mana halaju sisi tiub-melebihi 1.5 m/s, tegasan ricih 8 hingga 12 Pa menghilangkan nodul polimer yang melekat lemah sebelum ia membesar kepada ketebalan yang ketara. Pada halaju rendah di bawah 0.6 m/s, tegasan ricih 2 hingga 4 Pa tidak boleh menanggalkan polimer daripada permukaan PFA, dan deposit akhirnya terkumpul walaupun tenaga permukaan rendah. Jurutera proses yang menilai salutan PFA harus terlebih dahulu mengesahkan bahawa halaju minimum melebihi 0.8 m/s. Untuk halaju di bawah ambang ini, PFA memanjangkan panjang larian sebanyak 3× hingga 4× berbanding 6× hingga 10× yang dilihat pada aliran yang lebih tinggi.
Interaksi Ketebalan Dinding dengan Faedah Tenaga Permukaan
Ketebalan dinding PFA tidak secara langsung menjejaskan tenaga permukaan, tetapi dinding yang lebih tebal membolehkan pembersihan mekanikal yang lebih agresif apabila deposit akhirnya terbina. Untuk dandang semula yang boleh diakses untuk hidroblasting, dinding PFA 2.5mm menahan pembersihan pancutan air 3000 psi tanpa kerosakan, manakala dinding 1.5mm memerlukan tekanan di bawah 1500 psi untuk mengelakkan hakisan polimer. Selang pembersihan menentukan keperluan ketebalan dinding. Kemudahan yang merancang untuk membersihkan setiap 30 hari boleh menggunakan dinding 1.8mm. Kemudahan yang berlanjutan hingga 60 hari antara pembersihan harus menentukan 2.2mm hingga 2.5mm untuk menampung deposit tebal yang memerlukan penyingkiran yang lebih agresif.
Panduan Spesifikasi untuk Reka Bentuk Reboiler VCM
Memilih salutan PFA memerlukan penentuan kedua-dua pengesahan tenaga permukaan dan ketebalan dinding minimum. Minta ukuran sudut sentuhan daripada pembekal menggunakan air ternyahion dan diiodometana untuk mengira tenaga permukaan melalui kaedah Owens-Wendt, mengesahkan nilai di bawah 22 dyne/sm sebelum penghantaran. Untuk pembinaan dandang semula baharu, nyatakan salutan PFA pada semua permukaan yang dibasahi termasuk kepingan tiub dan kepala saluran, kerana nukleasi polimer berlaku secara keutamaan pada peralihan-polimer logam. Untuk aplikasi pengubahsuaian di mana hanya permukaan pemanas menerima PFA, jangkakan sambungan panjang larian 3× hingga 4× berbanding 6× hingga 10× penuh kerana permukaan logam terdedah di tempat lain menyediakan tapak nukleasi. Gabungan salutan PFA ditambah pengoptimuman proses memberikan jangka masa larian terpanjang yang boleh dipercayai.
