Reaktory polimeryzacyjne przetwarzające monomery, takie jak chlorek winylu, styren lub olefiny, często zawierają chlorki organiczne jako monomery, rozpuszczalniki lub katalizatory. Grzejniki tytanowe charakteryzują się odpornością na korozję, ale chlorki organiczne stanowią wyjątkowe wyzwanie: mogą rozkładać się na gorących powierzchniach metali, tworząc kwas solny. Kwas ten lokalnie atakuje pasywną warstwę tytanu. Jednocześnie produkt polimerowy ma tendencję do przylegania do powierzchni grzejników, tworząc osady. Pod tymi osadami koncentrują się agresywne gatunki, co prowadzi do korozji podosadowej. Wykończenie powierzchni rury tytanowej ma krytyczny wpływ zarówno na przyczepność produktu, jak i na inicjację ataku niedostatecznego osadzania. Powierzchnie-ciągnione (Ra 0,8–1,2 µm) zapewniają mechaniczne miejsca blokujące dla gromadzenia się polimeru. Powierzchnie elektropolerowane (Ra 0,1–0,3 µm) są gładsze, co zmniejsza przyczepność i minimalizuje miejsca szczelin, w których gromadzą się substancje żrące.

Mechanizm tworzenia się produktu i korozji podosadowej na tytanie

W reaktorach polimeryzacji monomery reagują w podwyższonych temperaturach (60–150 stopni). Powierzchnia grzejnika tytanowego zapewnia miejsce zarodkowania tworzenia polimeru. Na szorstkich,-rysowanych powierzchniach łańcuchy polimerowe blokują się mechanicznie w zagłębieniach powierzchniowych, co utrudnia usuwanie osadów. Sam osad polimerowy jest porowaty. Chlorki organiczne dyfundują przez osad i rozkładają się na granicy faz-polimeru tytanu, uwalniając HCl. Zamknięta przestrzeń pod osadem zapobiega rozcieńczaniu kwasu, a lokalne pH może spaść poniżej 2. Na powierzchniach polerowanych elektrolitycznie przyczepność polimeru ma głównie charakter chemiczny, a nie mechaniczny. Osady są cieńsze, bardziej jednolite i łatwiejsze do usunięcia poprzez spłukanie lub łagodne czyszczenie mechaniczne. Mniejsza akumulacja oznacza mniej miejsc szczelin i zmniejszone ryzyko korozji spowodowanej niedostatecznymi osadami.

Ilościowe porównanie tworzenia się produktu i szybkości korozji

Kontrolowane testy w płynie symulującym polimeryzację chlorku winylu (5% chlorków organicznych, 80 stopni, 500 godzin) wykazały następujące różnice w wydajności pomiędzy wykończeniami powierzchni:

Jako-powierzchnia ciągniona (Ra 1,0 µm, nieobrobiona): Grubość osadu polimeru 200–400 µm po 500 godzinach. Usuwanie osadu wymaga agresywnego skrobania. Szybkość korozji podosadowej 0,15 mm rocznie. Gęstość wżerów 10–20 wżerów na cm² pod osadami. Maksymalna głębokość wgłębienia 80–120 µm.

Jak-rysowano po pasywacji (Ra 1,0 µm, po obróbce kwasem azotowym): Grubość osadu 150–300 µm po 500 godzinach. Szybkość korozji podosadowej 0,10 mm rocznie. Gęstość wżerów 5–10 wżerów na cm². Pasywacja zapewnia niewielką poprawę.

Polerowany mechanicznie (Ra 0,4–0,6 µm): Grubość osadu 80–150 µm po 500 godzinach. Depozyt usuwalny poprzez przepłukanie rozpuszczalnikiem. Szybkość korozji podosadowej 0,06 mm rocznie. Gęstość wżerów poniżej 5 wżerów na cm².

Elektropolerowany (Ra 0,2 µm, błyszczące wykończenie): Grubość osadu 30–60 µm po 500 godzinach. Osady odpadają podczas normalnych cykli czyszczenia reaktora. Szybkość korozji podosadowej 0,02 mm rocznie. Po 500 godzinach nie zaobserwowano żadnych wżerów.

Elektropolerowany z-powłoką zapobiegającą przywieraniu (fluoropolimer, 0,5 µm): Grubość osadu poniżej 10 µm po 500 godzinach. Zasadniczo-nieprzywierająca powierzchnia. Brak mierzalnej korozji podosadowej. Żywotność powłoki ograniczona przez ścieranie.

Przewodnik dotyczący wyboru wykończenia powierzchni dla usługi chlorku organicznego

Poniższa tabela przedstawia ramy decyzyjne dotyczące wyboru wykończenia powierzchni grzejnika tytanowego w oparciu o skład chemiczny polimeryzacji, częstotliwość czyszczenia i wymagania dotyczące czystości produktu:

Inżynieria wykraczająca poza samo wykończenie powierzchni

Grubość ścianki oddziałuje z korozją podosadową. Grubsze ścianki (1,5–2,0 mm) zapewniają większy margines bezpieczeństwa dla penetracji wżerów, gdy zainicjuje się korozja podosadowa. Jednakże cienkie ścianki elektropolerowane (0,9 mm) mogą wytrzymać-grube ściany ciągnione (1,5 mm), ponieważ gładsza powierzchnia całkowicie zapobiega powstawaniu wżerów. Gatunek stopu tytanu modyfikuje również przyczepność osadu; Klasa 7 (stabilizowana-palladem) utrzymuje bardziej stabilną warstwę pasywną, zmniejszając katalityczny rozkład chlorków organicznych i zmniejszając szybkość tworzenia się osadów o 20–30% w porównaniu do klasy 2. Konstrukcja reaktora ma znaczenie: pionowe grzejniki o gładkich, pionowych powierzchniach usuwają osady polimeru skuteczniej niż grzejniki poziome, w których osady gromadzą się na górnych powierzchniach.

Sporządzanie świadomej specyfikacji

Wybierając grzejnik tytanowy do reaktora polimeryzacyjnego zawierającego chlorki organiczne, należy wymagać elektropolerowanego wykończenia powierzchni o udokumentowanej wartości Ra poniżej 0,3 µm. Należy określić, że po wszystkich operacjach spawania i gięcia należy wykonać elektropolerowanie, aby zapewnić jednolite wykończenie wszystkich powierzchni. Poproś o fotomikrografie w powiększeniu 500× przedstawiające topografię powierzchni. W przypadku zastosowań krytycznych, gdzie czystość produktu jest najważniejsza, należy zastosować dodatkową powłokę fluoropolimerową (PTFE lub PFA, grubość 0,5–1,0 µm) nałożoną na elektropolerowaną powierzchnię. Podczas pracy monitoruj pobór mocy grzejnika; stopniowy wzrost wskazuje na gromadzenie się osadu wymagającego oczyszczenia. Stosować płukanie rozpuszczalnikiem (zwykły rozpuszczalnik do czyszczenia reaktora) w podwyższonej temperaturze, aby usunąć osady, zanim osiągną one krytyczną grubość. Nigdy nie używaj ściernych metod czyszczenia powierzchni elektropolerowanych, ponieważ zadrapania spowodują odtworzenie mechanicznych miejsc wpustu. Wybierając wykończenie powierzchni polerowanej elektrolitycznie zamiast-ciągnionej, inżynier minimalizuje zarówno gromadzenie się produktu, jak i podstępne uszkodzenia spowodowane korozją podosadową w środowiskach polimeryzacji chlorków organicznych.