Cum susțin schimbătoarele de fluoropolimeri instalațiile de concentrare a acidului fosforic?

Prin tratarea rocii fosfatice cu acid sulfuric, se creează acid fosforic. Acidul slab produs este apoi concentrat prin evaporare la acid comercial sau alimentar. Schimbatoarele de caldura utilizate in acest proces de concentrare trebuie sa fie rezistente la acid fosforic concentrat, fierbinte, care contine impuritati corozive de fluor si clor.

Procesul de concentrare a acidului fosforic
Acidul fosforic este de obicei produs prin tratarea rocii fosfatice cu acid sulfuric pentru a da o soluție acidă diluată care conține aproximativ 28-32% P₂O₅. Acidul slab este apoi concentrat prin eliminarea apei, de obicei sub vid pentru a reduce punctul de fierbere. Acidul este concentrat la un conținut de P205 acceptabil pentru utilizări comerciale, cum ar fi pentru producerea de îngrășăminte sau pentru aplicații de calitate alimentară.

Schimbatoarele de caldura sunt esentiale in procesul de concentrare. Acestea sunt folosite pentru a pre-încălzi acidul slab primit înainte de a intra în etapele de evaporare și pentru a condensa vaporii formați în timpul evaporării. Schimbătoarele de căldură recuperează căldura de proces, crescând astfel eficiența energetică și reducând la minimum cheltuielile operaționale.

Problemă de coroziune în concentrația de acid fosforic
Una dintre problemele cheie în concentrația acidului fosforic este caracterul corosiv al acidului în special la temperaturile ridicate (80-100 grade) necesare procesului de concentrare. Acidul fosforic este deja agresiv pentru multe materiale, dar prezența impurităților precum fluor (din roca fosfatică) și clorură fac acidul mult mai caustic. Astfel de impurități favorizează coroziunea oțelului inoxidabil și a unor aliaje cu conținut ridicat de nichel, ceea ce provoacă defecțiuni premature și întreținerea și înlocuirea frecventă a schimbătoarelor de căldură.

Politetrafluoretilena (PTFE) și perfluoroalcoxi (PFA) prezintă o rezistență foarte mare la acidul fosforic și la impuritățile sale corozive și, prin urmare, sunt opțiuni bune pentru schimbătoarele de căldură în această aplicație. Inerția chimică implică faptul că schimbătoarele de căldură nu se vor degrada în prezența impurităților de fluor și clorură și pot fi operate în mod fiabil pe termen lung în aceste condiții dificile.

Design schimbător de căldură fluoropolimer
Schimbătoarele de căldură cu carcasă-și-tub sunt cele mai utilizate pe scară largă în instalațiile de concentrare a acidului fosforic. În acest caz, acidul fosforic concentrat este trecut prin tuburile de fluoropolimer și aburul sau apa fierbinte sunt trecute pe partea de înveliș pentru a da căldura necesară pentru evaporare. Tuburile sunt realizate dintr-o substanță fluoropolimeră care rezistă acidului fosforic corosiv și impurităților de fluor și clor pentru a asigura longevitatea și performanța.

Schimbătoarele de căldură din PTFE sunt utilizate pe scară largă la temperaturi de până la 110 de grade, care includ temperaturile comune de lucru ale procesului de concentrare. Pentru aplicații cu temperaturi mai mari sunt disponibile și schimbătoare de căldură PFA. PFA poate tolera temperaturi ușor mai ridicate (până la aproximativ 260 C) și adaugă puțin tampon de siguranță pentru aplicații mai stricte.

Au fost stabilite capacitățile schimbătoarelor de căldură fluoropolimer de a depăși provocările acidului fosforic concentrat, fierbinte, oferind o soluție de transfer de căldură fiabilă și rezistentă la coroziune-pentru instalațiile de concentrare a acidului fosforic.

Selectarea materialului pentru schimbătoarele de căldură cu concentrație de acid fosforic
Alegerea materialului corect pentru schimbătoarele de căldură din instalațiile de concentrare a acidului fosforic este extrem de importantă pentru a asigura o funcționare fiabilă și pentru a minimiza întreținerea. Adecvarea numeroaselor materiale pentru utilizare în acid fosforic concentrat fierbinte cu impurități de fluorură și clorură este comparată în următorul tabel:

Material Max. Temp. Rezistență la coroziune la acid fosforic Rezistență la fluor Rezistență la clorură Acid fosforic Concentrație Adecvare PTFE 110 grade Excelent Excelent Excelent Bun pentru situații de temperatură moderat ridicate care sunt acide cu impurități.
PFA ~260 grade Excelent Excelent Excelent Cel mai bun pentru aplicații la temperaturi înalte.
Grafit ~200 de grade Bine Slab Slab Limitat la temperaturi scăzute și mai puțin adecvat din cauza atacului de fluor.
Hastelloy ~500 de grade Târg Târg Corect Costos. Rezistență slabă la fluor și clor în acid fosforic fierbinte.
PTFE și PFA sunt, după cum se poate observa, materialele de alegere datorită rezistenței lor excelente la mediul acid și la impuritățile corozive de fluor și clor. Hastelloy și grafitul sunt oarecum rezistente, dar nu la fel de fiabile ca fluoropolimerii din această aplicație.

Concluzie
Schimbătoarele de căldură fluoropolimer (în special cele din PTFE și PFA) sunt tehnologii importante care permit concentrarea fiabilă și eficientă a acidului fosforic. Materialele sunt rezistente la efectele corozive ale acidului fosforic fierbinte și ale impurităților sale de fluor și clorură și, prin urmare, garantează performanța pe termen lung a schimbătoarelor de căldură. Materialele speciale (cum ar fi PTFE și PFA) sunt necesare pentru setările foarte corozive (cum ar fi o fabrică de concentrare a acidului fosforic). Aceste materiale sunt foarte rezistente la atacul chimic și sunt utilizate pentru a minimiza coroziunea, pentru a maximiza durata de viață a echipamentului și pentru a minimiza costurile de întreținere. Alegerea materialului adecvat este crucială pentru durabilitatea și eficiența acestor operațiuni extrem de dorite.