Hver er samhæfni grafítvarmaskipta við oxandi sýrur eins og nitur og króm?

Akkilesarhæll grafít er næmur þess fyrir oxandi efnum. PTFE er óvirkt fyrir nánast öllu. Á hinn bóginn getur saltpéturssýru, krómsýru og jafnvel sjóðandi óblandaðri brennisteinssýru ráðist hratt á grafít við ákveðnar aðstæður. Ógegndræpi grafítvarmaskiptar hafa framúrskarandi endingartíma við afoxandi aðstæður (þ.e. saltsýra, þynnt brennisteinssýra, fosfórsýrur) en mjög takmarkaðan samhæfi við oxandi sýrur. Það er mikilvægt að skilja grafít samhæfni við oxandi sýrur til að koma í veg fyrir skelfilegar bilanir í búnaði og óþarfa niður í miðbæ.

Oxunarárásarkerfi
Grafít er tegund af frumefni kolefnis. Sterk oxunarefni ráðast efnafræðilega á kolefnisgrindina og breyta því í koltvísýring (CO 2 ), kolmónoxíð (CO) eða aðrar oxaðar sameindir. Alhæfa má öll viðbrögðin sem hér segir:

O2 + C(frá oxandi)=CO2 + O(frá oxandi)=COx

Þetta ferli étur grafítefnið og breytir föstu kolefni hægt og rólega í gas. Þetta hefur í för með sér tap á burðarvirki, yfirborðshola og að lokum götun á rörveggjum eða blokkarrásum. Upphafsvörn er veitt af gegndreypingarplastefninu (venjulega fenól), sem kemur á hindrun milli oxunarefnis og grafíthvarfefnis. En plastefnið sjálft er einnig viðkvæmt fyrir oxun. Ef plastefnið er stungið - með efnaárás, örsprungum, hitahringrás o.s.frv. - er beinlínis ráðist á grafítið sem er undirliggjandi og það eyðilagt hratt.

Í mörgum oxunarþjónustum er hraði koltapsins svo hraður að grafítvarmaskiptir gæti bilað á dögum eða vikum, ekki árum.

Algeng oxunarefni og sérstakur ósamrýmanleiki
Grafítsamhæfi Oxandi sýra PTFE Samhæfi athugasemdir
Nitric acid (HNO3) Poor; degraded at >5% styrkur við heitt hitastig Gott allt að 110 gráður Þynnt (<5%) nitric acid at room temperature can be tolerated for short durations, but is not suggested for continuous service
Krómsýra (H₂CrO₄) Mjög léleg. Allur styrkur og hitastig. Allt að 110 gráður FrábærtKrómsýra er öflugt oxunarefni. Ekki er mælt með grafíti.
Sulphuric acid (H 2 SO 4 ) - concentrated, heated Limited; assaults start above 96% concentration and >150 CGood til 110 C (takmarkast af hitastigi) Grafítþolið þynningu í 96% H2SO4 til ~150 C; nær 98% við háan hita verður oxandi
Perklórsýra (HClO₄) Hættuleg; sterk viðbrögð líkleg Frábær (kalt) Grafít ætti aldrei að nota með perklórsýru vegna oxunar og sprengihættu
Blandaðar sýrur (aqua regia, nítróbrennisteinssýra) Léleg; hröð árás Framúrskarandi allt að 110 gráður Oxandi samsetningar eru virkari en einstakar sýrur
Saltpéturssýra: Styrkur og hitastigsmörk
Mörkin á samhæfni grafíts við oxandi sýrur eru frekar alvarleg fyrir saltpéturssýru. Skammtíma útsetning fyrir umhverfishita (minna en eða jafnt og 30 gráður) og undir u.þ.b. 5% styrkur getur valdið smávægilegri árás. Hins vegar, aukning á styrk eða hitastigi stuðlar að oxun verulega. Grafítvarmaskiptir þjást af áberandi yfirborðsrýrnun á klukkustundum við 10–20% saltpéturssýru og 50 gráður. Við 50% saltpéturssýru og nálægt suðuhita er grafítið fljótt neytt.

Þar af leiðandi útiloka iðnframkvæmdir grafít til notkunar með saltpéturssýru nema sýran sé mjög þynnt, köld og notuð í ó-mikilvægu notkun. Samt er mjög mælt með PTFE eða öðrum efnum (keramik, tantal, sirkon).

Krómsýra: Hröð ósamrýmanleiki
Krómsýra (H 2 CrO 4 ) er eitt af sterkustu oxandi efnum sem finnast í iðnaðarstarfsemi. Það er notað í málmslípun og rafskautsböð. Það ræðst á grafít í öllum styrkjum og öllum hitastigum, þar með talið köldum þynntum lausnum. Engin hlífðarhúð úr plastefni þolir krómsýru í langan tíma. Allir grafíthlutar, varmaskiptir, loki eða sparger, sem verða fyrir krómsýru, brotna hratt, venjulega innan nokkurra daga. Ef hitastigið er undir PTFE-mörkum (um 110 C) þá eru PTFE-varmaskipti viðmið fyrir krómsýruhitun eða kælingu.

Heitt þétt brennisteinssýra: Dæmi um umskipti
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%) hentar við meðalhita (<=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.

Fyrir slíkar aðgerðir (td brennisteinssýruþykkni eða oleum þjónustu) er PTFE ekki framkvæmanlegt val þar sem hitastigið er yfir rekstrarmörkum. Í staðinn eru notaðir keramik (gler, kísilkarbíð) eða tantal varmaskiptar.

Af hverju PTFE er betra fyrir oxandi sýrur
Pólý(tetraflúoretýlen) (PTFE) hefur kolefnis-flúor burðarás. Sterku kolefnis-flúortengslin gera PTFE óvirkt fyrir næstum öllum efnum, þar með talið öflugum oxunarefnum eins og saltpéturs, krómsýru og heitri óblandaðri brennisteinssýru (við meðalhitastig). Við þessar aðstæður oxast PTFE hvorki né rýrnar. Eina takmörkunin á PTFE er hámarks samfellda rekstrarhitastig sem er um það bil 110–120 gráður fyrir fast PTFE í varmaskipti. PTFE er valið efni til að oxa sýruálag á því hitastigi.

Mjög góð leiðarvísir er að grafít ætti ekki að nota í neinni þjónustu þar sem sterkt oxunarefni er til staðar við töluverðan styrk og of hátt hitastig. Þetta eru erfið efnafræðileg mörk: kolefnisbygging grafíts þolir ekki oxun, sama hvernig plastefni gegndreypist.

Skilyrði fyrir þynnt oxunarefni og undantekningar
 

Mat á oxunarskemmdum