Den ukentlige kjemiendringen
En kjemisk prosessor på kontrakt bruker den samme reaktoren for en syre-katalysert reaksjon (pH 1, 80 grader) én uke og en alkalisk forsåpning (pH 13, 90 grader) den neste uken. Varmeveksleren utsettes for begge ytterpunkter, med vannskylling mellom batch. pH-svingningen dekker 14 størrelsesordener i hydrogenionkonsentrasjon. Temperaturen endres med 10 grader mellom de to prosessene.
Metalliske varmevekslere kan ikke overleve denne tjenesten. Rustfritt stål passiveres i syren, men angripes av den varme alkalien. Titan motstår alkaliet, men angripes av syren ved forhøyet temperatur. Nikkellegeringer motstår alkali, men blir angrepet av sterke syrer. Ingen enkelt metall dekker begge pH-ekstreme.
PTFE dekker hele pH-området-fra konsentrert saltsyre til konsentrert natriumhydroksid-ved temperaturer opp til 260 grader. Det er det eneste praktiske varmevekslermaterialet for prosesser som veksler mellom sur og alkalisk kjemi.
Den universelle pH-motstanden til PTFE
PTFEs kjemiske motstand kommer fra styrken til karbon-fluorbindingen. Med en bindingsdissosiasjonsenergi på omtrent 485 kJ/mol, er C-F-bindingen en av de sterkeste i organisk kjemi. Det brytes ikke av syrer (protonering), alkalier (nukleofilt angrep) eller overgangen mellom dem.
Polymeren har ingen funksjonelle grupper som kan protoneres i syre eller deprotoneres i alkali. Den har ingen hydrolyserbare bindinger. Det sveller ikke eller oppløses i noen av miljøene. Overflatekjemien er identisk enten røret er nedsenket i pH 1 syre, pH 13 alkali eller skyllevannet i mellom.
Metalliske materialer er avhengige av passive filmer som bare er stabile innenfor spesifikke pH- og potensielle områder. Filmen som beskytter i syre kan oppløses i alkali. Filmen som beskytter i alkali kan oppløses i syre. Overgangen mellom de to er en periode med sårbarhet når ingen av filmene er ferdig dannet. PTFE har ingen slik sårbarhet. Det er iboende inert ved alle pH-verdier.
| pH-kompatibilitetsparameter | Rustfritt stål 316L | Titan klasse 2 | PTFE |
|---|---|---|---|
| Sikkert pH-område ved 80 grader | 2-10 (kloridavhengig) | 2-12 (fluorsensitiv) | 0-14 |
| Syrebestandighet | Bra (oksiderende syrer) | Bra (oksiderende syrer) | Utmerket (alle syrer) |
| Alkalisk motstand | Dårlig (kaustisk SCC over pH 10) | Bra (til pH 12) | Glimrende |
| Overgangssårbarhet | Ja (re-passiv filmreformasjon) | Ja | Ingen |
| Levetid under ukentlig pH-sykling | 6-12 måneder | 12-24 måneder | 10+ år |
Eliminering av passivering og kondisjonering
Metalliske varmeovner i alternerende pH-tjenester krever passivering eller kondisjonering før hver kjemi-endring. Syreprosessen etterlater metalloverflaten i en tilstand som er egnet for syre, men ikke for alkali. Før den alkaliske batchen må veksleren passiveres i varm alkali for å gjenoppbygge den alkaliske-bestandige filmen. Før syrepartiet skal det passiveres i syre. Disse kondisjoneringstrinnene bruker tid, kjemikalier og skyllevann. De genererer avfall.
PTFE krever ingen kondisjonering. Etter syrebatchen skylles reaktoren. PTFE-overflaten er kjemisk identisk før og etter skyllingen. Den alkaliske batchen begynner umiddelbart. Tiden og kostnadene ved passivering mellom batcher elimineres. Reaktorutnyttelsen øker.
Forebygging av kryss-kontaminering
Den samme PTFE-kjemiske inertheten som muliggjør pH-syklus forhindrer også kryss-kontaminering mellom batcher. PTFE-overflaten absorberer eller adsorberer ikke prosesskjemikalier. Syren fra syrebatchen overføres ikke til den alkaliske batchen. Det alkaliske batchproduktet er ikke forurenset med syrerester. Rengjøringsvalideringen mellom batcher er forenklet. For farmasøytiske og kjemiske applikasjoner med høy-renhet er denne kryss-motstanden like verdifull som pH-kompatibiliteten.
Sammendrag
En PTFE varmeveksler fungerer pålitelig i en tank hvor prosessvæsken endres fra sur til alkalisk ukentlig. PTFE er kjemisk inert over hele pH-området (0-14) ved temperaturer opp til 260 grader, uten sårbarhet under pH-overganger. Ingen passivering eller kondisjonering er nødvendig mellom batch. Den universelle pH-kompatibiliteten eliminerer en feilmodus som begrenser levetiden til metallvarmeren til måneder ved vekslende pH-drift.
Teknisk støtte for PTFE-varmevekslerspesifikasjoner i multi-produkt- og pH--syklusapplikasjoner er tilgjengelig ved innsending av prosesskjemi, pH-områder, driftstemperaturer og omstillingsprosedyrer.
