Чому кварцове скло не може утворювати захисну плівку для опору ерозії лужної рідини?

# Чому кварцове скло не може створити захисну плівку, яка може протистояти ерозії лужних рідин? Стабільна кристалічна структура діоксиду кремнію кварцових нагрівальних трубок, яка стійка до кислотної та фторидної ерозії, робить їх популярним вибором для процесів бродіння, які включають високий вміст хлориду та фтористоводневої кислоти. Однак кварцове скло не здатне утворювати само-захисний шар, коли воно вступає в контакт із лужним миючим засобом, на відміну від металевих нагрівальних трубок, таких як нержавіюча сталь 316 і титан 2-го класу, які створюють відновлювані анти-корозійні пасивуючі плівки. Як тільки лужна рідина контактує зі стінкою трубки, вона викликає незворотне пошкодження травленням, що створює приховану небезпеку мікробного забруднення та подальшого розриву трубки. У наступній таблиці розглядається різниця в захисних механізмах між чотирма анти-корозійними матеріалами нагрівальних труб.|Матеріал нагрівальної трубки|Тип захисної плівки|Умова регенерації плівки|Реакція з лужною рідиною|Зворотність пошкоджень|| ----|----|----|----|----|| Нержавіюча сталь 316|Багата хромом оксидна пасивна плівка|Відновлюється за допомогою пасивації травлення|Тимчасове розчинення плівки нижче 60 градусів лугом|Ремонтується шляхом повторної пасивації|| Титан 2 класу|Пасивна плівка з діоксиду титану|Самовідновлення за допомогою розчиненого кисню|Незначне витончення плівки під дією слабкого лугу|Відновлювані з насиченою киснем циркуляцією|| Кварцове скло|Немає вторинної захисної плівки, сам кристал служить бар'єром|Немає механізму регенерації|Хімічний розклад кристала SiO₂|Необоротне постійне травлення|| Нагрівач з покриттям PFA|Фторполімерне покриття бар'єр|Немає функції самовідновлення|Повільний молекулярно-ланцюговий руйнування покриття|Необхідна часткова заміна після пошкодження|Основним хімічним складом промислового кварцового скла високої чистоти є діоксид кремнію з чистотою понад 99,99%, а його внутрішня структура являє собою стабільну тривимірну мережу, побудовану ковалентними зв’язками кремній-кисень. Хімічна інертність цієї комплексної кристалічної мережі є джерелом її кислотостійкості. Ніякої хімічної реакції заміщення не відбувається, коли поверхня кристала піддається впливу кислотних або фтористих середовищ, і поверхня кристала залишається неушкодженою природним чином. Відповідно, немає необхідності виготовляти додаткову захисну плівку для ізоляції. Велика кількість гідроксид-іонів міститься в лужних розчинах, які представлені гідроксидом натрію. Стійкий кремній-кисень ковалентний зв'язок на поверхні кварцу буде розірваний іонами гідроксиду при температурі нагрівання циркуляції CIP, в результаті чого утвориться розчинний силікат натрію. Кристал кварцу безпосередньо поглинається циркулюючою рідиною, яка постійно змиває розчинний продукт, а не просто пошкоджує тонку поверхневу плівку. Пошкоджений матовий шар не можна відновити за допомогою очищення, нейтралізації або догляду, оскільки кварц не здатний синтезувати новий діоксид кремнію для заповнення витравлених ямок. Основна металева матриця під плівкою залишається незмінною, а металеві нагрівальні труби залежать від тонких поверхневих плівок для захисту. Основний матеріал має здатність створювати нову плівку за певних умов, навіть якщо плівка частково пошкоджена. Однак у кварці немає різниці між «матрицею» і «захисним шаром». Основною несучою структурою теплопроводу є видима гладка поверхня. Стінка труби буде нерівномірно тоншою, у кристалі утворюватимуться невидимі мікротріщини, і, зрештою, відбудеться раптовий розрив під час чергування холодних і гарячих навантажень під час виробництва, все через постійну лужну ерозію. На трубопроводах лугу в ферментаційних лабораторіях, обладнаних кварцовими нагрівальними трубками, повинні бути встановлені жорсткі механічні блокування, щоб забезпечити повне розділення контурів циркуляції кислоти та лугу. Оператори повинні зосередитися на огляді матових ділянок стінок трубок і матових ділянок, які є результатом випадкового витоку лугу під час інспекцій світлопроникності кожні два тижні. Пучок труб необхідно негайно зняти на металобрухт, коли покрита інеєм площа перевищує 30% загальної поверхні, оскільки міцність конструкції впала до небезпечного рівня. Таким чином, відмінна кристалічна структура кварцу робить його нездатним створювати відновлювану захисну плівку, яка може протистояти лужній ерозії. Єдиним надійним способом забезпечення безпечної експлуатації та тривалого терміну служби кварцових нагрівальних труб є повна ізоляція лужного миючого засобу.