เหตุใดโลหะผสมไททาเนียมจึงสามารถนำมาใช้กับอุตสาหกรรมคลอรีนที่เป็นด่างได้

อุตสาหกรรมคลออัลคาไลเป็นอุตสาหกรรมเคมีที่ผลิตก๊าซคลอรีนและโซดาไฟโดยใช้สารละลายเกลืออิเล็กโทรไลต์ มีประวัติความเป็นมายาวนานกว่า 100 ปี และเป็นการนำไททาเนียมมาใช้ในอุตสาหกรรมเคมีได้เร็วที่สุด ในการผลิตคลอร์อัลคาไล อุปกรณ์ไททาเนียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยอิเล็กโทรไลต์แอโนดโลหะ อิเล็กโทรไลเซอร์เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออน เครื่องทำความเย็นคลอรีนเปียกแบบท่อ เครื่องอุ่นน้ำเกลือกลั่น หอขจัดคลอรีน หอหล่อเย็นและล้างคลอรีน ปั๊มและวาล์วลดคลอรีนสุญญากาศ และอุปกรณ์ไททาเนียมอื่นๆ โดยแทนที่กราไฟต์เป็นวัสดุหลักในเครื่องขัดพื้นเพื่อทำความเย็นคลอรีนในปี 1970 ในปัจจุบัน ไททาเนียมเป็นวัสดุป้องกันการกัดกร่อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมคลอร์อัลคาไล ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าทำให้เหมาะสำหรับการผลิตแอโนดโลหะและอุปกรณ์แปรรูปอื่นๆ ทำไม ทำไมไทเทเนียมถึงได้รับความนิยมในด้านนี้? เริ่มจากตัวละครกันก่อน

คุณสมบัติของไททาเนียม
ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของอุตสาหกรรมคลอรีนอัลคาไล สารกลางในกระบวนการและสารกัดกร่อน เช่น กรดซัลฟิวริก ก๊าซคลอรีน กรดไฮโดรคลอริก และโซดาไฟที่ใช้ในอุตสาหกรรมคลอร์อัลคาไลจะส่งผลเสียต่อท่อและอุปกรณ์ ดังนั้นอุปกรณ์และวัสดุในการผลิตคลออัลคาไลจึงนำเสนอข้อกำหนดความต้านทานการกัดกร่อนที่สูงขึ้น ไททาเนียมอัลลอยด์มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม มีความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา และมีเสถียรภาพที่ดี ดังนั้นจึงนิยมใช้ในอุตสาหกรรมคลออัลคาไล

ไททาเนียมมักใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง และทำให้เหมาะสมกว่าโลหะอื่นๆ สำหรับการใช้งานดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพัฒนาฟิล์มพาสซีฟออกไซด์บนพื้นผิว ฟิล์มนี้ประกอบด้วยวัสดุที่เป็นผลึกซึ่งมีความสมบูรณ์และการยึดเกาะสูง เมื่อโลหะผสมไทเทเนียมเสียหาย ฟิล์มแบบพาสซีฟจะรักษาตัวมันเอง นอกจากนี้ การชุบอโนไดซ์ยังเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงฟิล์มป้องกันบนไททาเนียม มีความทนทานต่อการกัดกร่อนดีเยี่ยมในน้ำทะเลและไฮโดรคาร์บอน นอกจากนี้ ไททาเนียมยังมีแนวโน้มการเกิดฟิล์มที่รุนแรง ซึ่งหมายความว่าสามารถสร้างฟิล์มออกซิไดซ์ที่เสถียรในอากาศหรือสารละลายในน้ำได้ ดังนั้น การใช้ไททาเนียมอัลลอยด์สำหรับกระบวนการคลอรีนจึงเป็นประโยชน์อย่างมากต่ออุตสาหกรรม ไททาเนียมอัลลอยด์ยังมีความเหนียว การขึ้นรูป ความแข็งแรง และความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม ไททาเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนและทองแดง ดังนั้นผนังของไททาเนียมจึงบางลงได้ ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีของไททาเนียมยังหมายความว่าพื้นผิวไม่ไวต่อการขูดขีด ทำให้ความต้านทานความร้อนลดลง นอกจากนี้ ไททาเนียมอัลลอยด์ยังสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 600 องศาเซลเซียสเป็นเวลานาน

ภายใต้สภาวะออกซิไดซ์ที่มีคลอไรด์ ไททาเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนเทียบได้กับแทนทาลัมและเหนือกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก การกัดกร่อนของไททาเนียมบริสุทธิ์ 100% นั้นไม่ดีภายใต้สภาวะของกรดรีดิวซ์ ในขณะที่โลหะผสมไททาเนียมที่มีแพลเลเดียมไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของไททาเนียมภายใต้สภาวะของตัวกลางรีดิวซ์ แต่ยังรักษาความต้านทานการกัดกร่อนภายใต้สภาวะของการเกิดออกซิเดชัน มันสร้างฟิล์มพาสซีฟออกไซด์บนพื้นผิวซึ่งช่วยเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน

การประยุกต์ใช้ไททาเนียมในอุตสาหกรรมคลอรีนที่เป็นด่าง

• ขั้วบวกโลหะ
  กระบวนการผลิตคลออัลคาไลรวมถึงอิเล็กโทรไลซิสปรอท อิเล็กโทรไลซิสไดอะแฟรมและอิเล็กโทรไลซิสเมมเบรนไอออน ในอดีต ใช้แกรไฟต์แอโนดสำหรับแอโนดคลออัลคาไล ในปี 1956 เฮนรี่ชาวดัตช์ เอช. เบียร์เสนอให้ใช้โลหะแอโนดในอิเล็กโทรไลเซอร์แบบเมมเบรนหรือที่เรียกว่าแอโนดที่เสถียรตามมิติ (DSA) และได้รับสิทธิบัตรในปี 1965 แอโนดที่มีความเสถียรตามมิติคืออิเล็กโทรดที่เคลือบด้วยโลหะออกไซด์โนเบิลกลุ่มแพลตตินัมบนพื้นผิวไททาเนียม ในปี พ.ศ. 1968 บริษัท DeNore ของอิตาลีได้ตระหนักถึงการพัฒนาอุตสาหกรรมของแอโนดไททาเนียมในอุตสาหกรรมคลอร์อัลคาไล
  ตั้งแต่ปี 1970 อิเล็กโทรไลเซอร์โลหะแอโนด (DSA) และอิเล็กโทรไลเซอร์แบบฟิล์มไอออนเริ่มมาแทนที่อิเล็กโทรไลเซอร์กราไฟต์แอโนด ดังนั้นตัวทำความเย็นกราไฟท์จึงถูกแทนที่ด้วยไททาเนียมเปียกคลอรีนคูลเลอร์ อุปกรณ์หลักประกอบด้วยอิเล็กโทรไลเซอร์เมมเบรนไอออน ไทเทเนียมอโนไดซ์ ถังหมุนเวียนของเหลว, ถังน้ำเค็มเบา, หอกำจัดคลอรีนสูญญากาศ, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, ท่อและวาล์วปั๊ม ฯลฯ ท่อไทเทเนียม และอุปกรณ์ส่วนใหญ่จะใช้ในระบบหมุนเวียนของเหลวขั้วบวก ระบบน้ำเค็มเบา ระบบกำจัดคลอรีน ระบบจ่ายก๊าซคลอรีนเปียก และระบบหมุนเวียนน้ำคลอรีน ปั๊มไททาเนียมใช้เป็นหลักในการลำเลียงน้ำเกลือบริสุทธิ์ ของเหลวหมุนเวียนขั้วบวก น้ำเกลือเบา และน้ำคลอรีน ฯลฯ เมื่อเทียบกับเซลล์อิเล็กโทรไลต์ขั้วบวกกราไฟท์ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ขั้วบวกโลหะไดอะแฟรมสามารถประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ 100-200 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมงโดยการผลิต 1 ตัน ของโซดาไฟ
  ในอิเล็กโทรไลเซอร์เมมเบรนไอออน อุณหภูมิของห้องแอโนดและแคโทดอยู่ที่ประมาณ 90 ℃ ห้องแอโนดที่เต็มไปด้วยสารละลายคลอรีนและเกลือ และห้องแคโทดมีสารละลายโซดาไฟ 30% -35% ความหนาแน่นกระแสไฟในการทำงานคือ 30-40A /dm ภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยดังกล่าว ความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุจะต้องเพียงพอในการออกแบบอิเล็กโทรไลเซอร์ ส่วนขั้วบวก (ขั้วบวกและส่วนสัมผัสของเหลวขั้วบวก) ของอิเล็กโทรไลเซอร์ฟิล์มไอออนส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมไททาเนียมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี นอกจากอิเล็กโทรไลเซอร์ของอุปกรณ์หลัก อุปกรณ์ไททาเนียมยังใช้ในส่วนต่อไปนี้เป็นหลัก: ระบบน้ำเกลือ – มาตรวัดระดับของเหลว ระบบของเหลวขั้วบวก – ถังเก็บของเหลวขั้วบวกและหอล้างคลอรีน ระบบน้ำเกลือสด – หอกำจัดคลอรีน, ตัวจ่ายน้ำเกลือสด, เครื่องทำความเย็นเครื่องมือ; ระบบโซเดียมไฮโปคลอไรท์ – คูลลิ่ง, หอดูดซับ, ผู้จัดจำหน่าย; ระบบก๊าซคลอรีน – เครื่องทำความเย็นก๊าซคลอรีนแบบเปียก ระบบป้องกันความเสี่ยง – เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, พัดลม.
• เครื่องทำความเย็นแก๊สคลอรีนเปียก
  เมื่อเกลืออิเล็กโทรไลต์ผลิตโซดาไฟ จะมีการผลิตก๊าซคลอรีนเปียกร้อนจำนวนมาก ซึ่งสามารถใช้ได้หลังจากการทำความเย็นและทำให้แห้ง มีสองวิธีในการทำให้คลอรีนร้อนและเปียกเย็นลง: การฉีดพ่นน้ำโดยตรงและการทำความเย็นทางอ้อมโดยใช้เครื่องทำความเย็นแบบท่อ การระบายความร้อนโดยตรงไม่เพียงแต่จะผลิตน้ำคลอรีนที่มีคลอรีนจำนวนมากเท่านั้น มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และการสูญเสียคลอรีนที่มากขึ้น การใช้กรดซัลฟิวริก ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าไททาเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงในสภาพแวดล้อมของก๊าซคลอรีนเปียก และการกัดกร่อนประจำปีคือ 0.0025 มม. ดังนั้น การใช้ไททาเนียมคูลเลอร์ในการผลิตคลออัลคาไลในเชิงอุตสาหกรรมสามารถลดกระบวนการทำความเย็นและการทำให้แห้ง ลดการสูญเสียก๊าซคลอรีนและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และสร้างเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการทำงานที่เสถียรของก๊าซอัดและการเป่าแห้งที่รุนแรง
• ปั๊มและวาล์ว
  ในการผลิตก๊าซคลอรีนโดยอิเล็กโทรลิซิสเมมเบรนและอิเล็กโทรลิซิสปรอท ปั๊มที่ทำจากโลหะผสมไททาเนียมที่ใช้ในโพแทสเซียมไฮโปคลอไรท์และโซเดียมไฮโปคลอไรท์นั้นประหยัด บริษัท Georgia-pifik ใช้ปั๊มไททาเนียมเพื่อสูบสารละลายเกลือ 85℃ ซึ่งประกอบด้วย NaCl 270~320g/L การตกผลึกของ NaCl และคลอรีนอิสระมากกว่า 0.5g/L อายุการใช้งานของปั๊มไททาเนียมนานถึง 10 ปี

เขียนในตอนสุดท้าย
เราสามารถพูดได้ว่าโลหะผสมไททาเนียมเป็นโลหะที่ต้องการมากที่สุดในอุตสาหกรรมคลออัลคาไล ยังมีปัญหาอยู่บ้าง: ประการแรก เกรดต่างๆ ของโลหะผสมไททาเนียมมีความแตกต่างกันในด้านความต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการตัดเฉือน ฯลฯ วิศวกรควรยึดตามสภาพจริง ตำแหน่งของชิ้นส่วน และความจำเป็นในการตัดเฉือน ฯลฯ โดยทั่วไปแล้วไททาเนียมไม่ ไม่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนตามขอบเกรนและความเค้น แต่มีแนวโน้มที่จะกัดกร่อนรอยแยก โดยเฉพาะรอยแยกที่มีความกว้างประมาณ 0.5 มม. สำหรับชิ้นส่วนที่มีแนวโน้มการกัดกร่อน ไททาเนียมพาลาเดียมอัลลอยด์หรือการชุบแพลเลเดียมเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด
แม้ว่าไททาเนียมจะเป็นโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อน แต่ก็ไม่เหมาะสำหรับสารกัดกร่อนทางเคมีทุกชนิด ความต้านทานการกัดกร่อนยังสัมพันธ์กับความเข้มข้นและอุณหภูมิของตัวกลางอีกด้วย ไททาเนียมไม่สามารถใช้กับก๊าซคลอรีนแห้งได้ เนื่องจากแม้ว่าอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมของก๊าซคลอรีนแห้งจะต่ำกว่าศูนย์ แต่ก็จะมีปฏิกิริยาเคมีที่ค่อนข้างรุนแรง ซึ่งทำให้เกิดความร้อนมหาศาล ซึ่งอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้ได้ เพื่อให้แน่ใจว่าไททาเนียมมีเสถียรภาพที่ดีในก๊าซคลอรีน ปริมาณน้ำของก๊าซคลอรีนต้องไม่เกิน 0.5%