Hvordan støtter fluorpolymerutvekslere fosforsyrekonsentrasjonsanlegg?

Ved å behandle fosfatbergart med svovelsyre dannes fosforsyre. Den svake syren som produseres konsentreres deretter ved fordampning til handels- eller næringsmiddelsyre. Varmevekslerne som brukes i denne konsentrasjonsprosessen må være motstandsdyktige mot varm, konsentrert fosforsyre som inneholder etsende fluor- og kloridurenheter.

Konsentrasjon av fosforsyreprosess
Fosforsyre produseres vanligvis ved å behandle fosfatbergart med svovelsyre for å gi en fortynnet syreløsning som inneholder rundt 28 -32 % P₂O₅. Den svake syren konsentreres deretter ved å fjerne vann, vanligvis under vakuum for å redusere kokepunktet. Syren konsentreres til et P205-innhold som er akseptabelt for kommersiell bruk, slik som for fremstilling av gjødsel eller for bruk i næringsmiddelkvalitet.

Varmevekslere er avgjørende i konsentrasjonsprosessen. De brukes til å forvarme den innkommende svake syren før de går inn i fordampningsstadiene, og til å kondensere dampene som dannes under fordampningen. Varmevekslerne gjenvinner prosessvarme, og øker dermed energieffektiviteten og minimerer driftskostnadene.

Korrosjonsproblem i fosforsyrekonsentrasjon
Et av hovedproblemene i konsentrasjonen av fosforsyre er syrens etsende karakter, spesielt ved de høye temperaturene (80-100 grader) som er nødvendige for konsentrasjonsprosessen. Fosforsyre er allerede aggressiv for mange materialer, men tilstedeværelsen av urenheter som fluor (fra fosfatbergarten) og klorid gjør syren mye mer kaustisk. Slike urenheter fremmer korrosjon av rustfritt stål og noen høy-nikkel-legeringer, noe som forårsaker for tidlig svikt og hyppig vedlikehold og utskifting av varmevekslere.

Polytetrafluoretylen (PTFE) og perfluoralkoksy (PFA) viser meget høy motstand mot fosforsyre og dens etsende urenheter og er derfor gode alternativer for varmevekslere i denne applikasjonen. Kjemisk inertitet innebærer at varmevekslerne ikke vil forfalle i nærvær av fluor- og kloridurenheter og kan drives pålitelig over lang sikt under disse vanskelige forholdene.

Fluoropolymer varmevekslerdesign
Skall-og-rørvarmevekslere er den mest brukte typen i fosforsyrekonsentrasjonsanlegg. I dette tilfellet føres konsentrert fosforsyre gjennom fluorpolymerrørene og damp eller varmt vann kjøres på skallsiden for å gi nødvendig varme for fordampning. Rørene er laget av et fluorpolymerstoff som motstår den etsende fosforsyren og fluor- og kloridurenhetene for å sikre lang levetid og ytelse.

PTFE varmevekslere er mye brukt ved temperaturer opp til 110 grader som inkluderer de vanlige arbeidstemperaturene i konsentrasjonsprosessen. For bruk med høyere temperatur er PFA varmevekslere også tilgjengelig. PFA tåler litt høyere temperaturer (opptil ca. 260 C) og legger til en liten sikkerhetsbuffer for mer strenge bruksområder.

Mulighetene til fluorpolymervarmevekslere for å overvinne utfordringene med varm, konsentrert fosforsyre er etablert, og gir en pålitelig og korrosjonsbestandig- varmeoverføringsløsning for fosforsyrekonsentreringsanlegg.

Valg av materiale for varmevekslere med fosforsyrekonsentrasjon
Valg av riktig materiale for varmevekslerne i fosforsyrekonsentrasjonsanlegg er ekstremt viktig for å gi en pålitelig drift og for å minimere vedlikeholdet. Egnetheten til en rekke materialer for bruk i varm konsentrert fosforsyre med fluor- og kloridurenheter sammenlignes i følgende tabell:

Materiale Maks. Temp. Korrosjonsbestandighet mot fosforsyre Fluorbestandighet Kloridbestandighet Fosforsyre Konsentrasjon Egnethet PTFE 110 grader Utmerket Utmerket Utmerket Bra for situasjoner med moderat høy temperatur som er sure med urenheter.
PFA ~260 grader Utmerket Utmerket Utmerket Best for høytemperaturapplikasjoner.
Grafitt ~200 grader God Dårlig Dårlig Begrenset til lave temperaturer og mindre hensiktsmessig på grunn av fluorangrep.
Hastelloy ~500 grader Fair Fair Fair FairDyrt. Dårlig motstand mot fluor og klorid i varm fosforsyre.
PTFE og PFA er, som det kan sees, de foretrukne materialene på grunn av deres utmerkede motstand mot det sure miljøet og mot korrosive fluor- og kloridurenheter. Hastelloy og grafitt er noe motstandsdyktige, men ikke like pålitelige som fluorpolymerene i denne applikasjonen.

Konklusjon
Fluoropolymer varmevekslere (spesielt de av PTFE og PFA) er viktige teknologier for pålitelig og effektiv fosforsyrekonsentrasjon. Materialene er motstandsdyktige mot de korrosive effektene av varm fosforsyre og dens fluor- og kloridurenheter og garanterer dermed langsiktig-ytelse i varmevekslerne. Spesielle materialer (som PTFE og PFA) er nødvendig for svært korrosive miljøer (for eksempel en fosforsyrekonsentrasjonsfabrikk). Disse materialene er svært motstandsdyktige mot kjemiske angrep, og brukes til å minimere korrosjon, maksimere utstyrets levetid og minimere vedlikeholdskostnadene. Valget av riktig materiale er avgjørende for bærekraften og effektiviteten til disse svært ønskede operasjonene.