Díghrádú Hidriteirmeach na Grianchloch Faoin bPointe Criticiúil
Baintear úsáid níos mó as uisce brúite subcritical-uisce leachtach téite arna chothabháil faoi bhrú chun fiuchphointe a chosc, go hiondúil ag 280–350 céim agus 10–20 MPa-i ghlanadh sliseog leathsheoltóra (sruthlaithe uisce dí-ianaithe teocht ard), ardphróisis ocsaídiúcháin, agus sintéis hidreamach. Murab ionann agus uisce sárchriticiúil nuair a thiteann tuaslagthacht shilice go géar, léiríonn uisce subcritical in aice leis an teocht chriticiúil (374 céim ) uasmhéid i dtuaslagthacht shilice. Ag 300-350 céim , sroicheann tuaslagthacht shilice éagruthach in uisce íon 300-500 csm, thart ar 100 uair níos airde ná ag teocht an tseomra. Tiomáineann an tuaslagthacht ard seo díscaoileadh leanúnach ar sheaths Grianchloch a úsáidtear mar tumthéitheoirí. Ag an am céanna, cuireann an brú ard (10-20 MPa) strus comhbhrúiteach seachtrach ar an bhfeadán Grianchloch, rud a éilíonn tiús balla leordhóthanach chun buckling nó pléascadh a chosc. Cruthaíonn an meascán de thuaslagadh ceimiceach agus luchtú brú meicniúil dúshlán dearaidh uathúil: ní mór don tiús bhalla lamháltas creimthe a sholáthar i gcoinne baint shilice seasta agus stiffness leordhóthanach chun an brú hidreastatach seachtrach a sheasamh. Déanann an anailís seo cainníochtú ar thuaslagthacht shilice agus cinéitic díscaoilte in uisce dí-ianaithe subcritical mar fheidhmeanna teochta agus brú, socraíonn sé an tiús íosta balla le haghaidh srianadh brú, agus díorthaíonn sé an tiús balla tosaigh atá ag teastáil chun spriocshaol seirbhíse 500-5,000 uair a bhaint amach. Déanann creat roghnúcháin idirdhealú a dhéanamh ar chórais uisce ghlana ardíonachta agus iad siúd a bhfuil rian-ábhar salaithe ianach nó orgánacha acu a luathaíonn ionsaí.
Tuaslagthacht shilice agus Cinéitic Díscaoilte in Uisce faoi Bhrú Fochriticiúil
Méadaíonn tuaslagthacht chothromaíochta shilice comhleáite in uisce íon go heaspónantúil le teocht suas le thart ar 360 céim , tar éis an loga gaolta₁₀(S)=A - B/T, áit a bhfuil S intuaslagthacht i mg/kg (ppm), is teocht absalóideach é T, agus is tairisigh eimpíreacha iad A agus B. Ag 280 céim (brú sáithiúcháin ~ 6.5 MPa), tá tuaslagthacht thart ar 120 ppm. Ag 320 céim (11 MPa), sroicheann tuaslagthacht 250 ppm. Ag 350 céim (16.5 MPa), is é tuaslagthacht 380-420 ppm. Ag 360 céim , buaiceanna sé in aice le 500 ppm roimh meath sa réigiún supercritical.
Tá an ráta ag a dtéann grianchloch ag druidim leis an gcothromaíocht seo á rialú ag an gciseal teorann ollaistrithe. I gcórais sreafa (tipiciúil i mbinsí fliucha leathsheoltóra nó lúba cúrsaíochta), tugtar an ráta díscaoilte le R=k_m × (C_sat - C_bulk), áit a bhfuil k_m an chomhéifeacht aistrithe mais (go hiondúil 0.001–0.005 mm/uair in aghaidh an ppm den fhórsa tiomána, ag brath ar an treoluas sreafa). I gcórais ghlana ina bhfuil C_bulk gar do nialas (uisce úr dí-ianaithe), is é an ráta tuaslagtha tosaigh ag 320 céim ná thart ar 0.002–0.004 mm/uair in aghaidh gach ppm de thuaslagthacht, rud a thugann 0.5–1.0 mm/uair do thuaslagthacht 250 ppm. Tá sé seo thar a bheith ard-inchomparáide le loiscneach leáite. Dhéanfadh truaill Grianchloch 2.0 mm a thuaslagadh go hiomlán i 2-4 uair an chloig. Mar sin féin, i gcórais athfhillte, méadaíonn C_bulk le himeacht ama, ag laghdú an fórsa tiomána. I lúb dúnta le méid seasta uisce agus achar dromchla mór Grianchloch, tá an córas ag druidim le saturation, agus tá an ráta díscaoilte ag druidim le nialas. I gcórais sreabhadh leanúnach ina dtéann uisce úr i gcónaí thar an téitheoir, tá an tiúchan mórchóir fós íseal, agus tá an ráta díscaoilte fós ard.
Léiríonn sonraí turgnamhacha ó lúb sreafa uair amháin-tríd’ le huisce dí-ianaithe ag 330 céim , 12 MPa, agus treoluas sreafa 0.5 m/s, ráta tuaslagtha seasta de 0.08–0.12 mm/uair -i bhfad níos ísle ná an ríomh ráta tosaigh mar go gcruthaíonn ciseal tanaí shilice ag teorainn an dromchla{. Mar sin féin, tá an ráta seo fós ionsaitheach: bheadh balla 2.0 mm pollta i 17-25 uair an chloig. Ag 300 céim , titeann an ráta go 0.02–0.04 mm/uair, rud a thugann 50–100 uair an chloig saoil. Ag 280 céim , is é an ráta 0.008-0.015 mm / uair an chloig, ag soláthar 130-250 uair an chloig. Maidir le seirbhís phraiticiúil thionsclaíoch a éilíonn na mílte uair an chloig, níl Grianchloch inmharthana ach faoi bhun 280 céim. Os cionn 300 céim , fiú ballaí tiubha ( 5-10 mm ) a thuaslagadh laistigh de sheachtainí .
The presence of trace ionic contaminants dramatically alters these rates. Silica solubility is suppressed by dissolved salts (the "salting-out" effect). In water with 1 ppm sodium chloride, silica solubility decreases by approximately 10%. In 10 ppm NaCl, it decreases by 30–40%. Thus, in semiconductor applications where ultrapure water (resistivity >18 MΩ·cm) a úsáidtear, is é an tuaslagthacht uasta agus is tapúla creimeadh. In uisce tionsclaíoch le neart ianach níos airde, tá díscaoileadh Grianchloch níos moille. Os a choinne sin, is féidir le comhdhúile orgánacha a rianú (m.sh., photoresist iarmharach) coimpléisc a dhéanamh le haigéad silicic, ag méadú intuaslagthacht agus ag luasghéarú ionsaí. Maidir le dearadh téitheoir, tá íonacht an uisce chomh tábhachtach leis an teocht.
Riachtanais um Shrianadh Brú le haghaidh Truaillí Grianchloch Subcritical
Is é an brú seachtrach i gcórais uisce subcritical ag 280-350 céim ná brú sáithiúcháin an uisce ag an teocht sin, idir thart ar 6.5 MPa ag 280 céim go 16.5 MPa ag 350 céim . I gcórais faoi bhrú a bhfuil forleagan gáis támh orthu, féadfaidh brúnna a bheith níos airde fós (eg, 20 MPa). Caithfidh an truaill Grianchloch, le brú an atmaisféir taobh istigh, an brú seachtrach seo a sheasamh gan buckling nó imploding. Mar a díorthaíodh cheana le haghaidh seirbhíse sárchriticiúil, is é P_critical=(E / (1-ν²)) × (t/R)³ / 4 an brú buckling criticiúil le haghaidh feadán ballaí tanaí. ), ríomhtar an tiús bhalla íosta le haghaidh fachtóir sábháilteachta 2 in aghaidh brú 16.5 MPa. P_critical / 2=16.5 MPa → P_critical=33 MPa á shocrú. Réiteach (68e9 / 0.97) × (t/10)³ / 4=33e6 → (70.1e9) × (t/10)³ / 4=33e6 → (t/10)³=(33e6 × 4) / 70.1e{{48}.16 t{5} →{5} → t=1.235 mm. Le haghaidh 20 MPa, t_min=1.35 mm. Le haghaidh 280 céim (6.5 MPa), t_min=0.9 mm. Mar sin, éilíonn srianadh brú amháin tiús bhalla idir 1.0 agus 1.5 mm le haghaidh gnáth-trastomhais. Tá sé seo measartha agus sásta go héasca ag an chuid is mó de na dearaí téitheoir Grianchloch. Is é an liúntas creimeadh, ní brú, a shocraíonn an tiús atá ag teastáil le haghaidh shaol seirbhíse fada.
Mar a Chomhardú Tiús Balla Liúntas Creimthe agus Feidhmíocht Theirmeach
Maidir le seirbhís uisce subcritical, is é an tiús balla tosaigh is gá ná t_initial=t_pressure + (ráta creimthe × an saol atá ag teastáil). Ag 280 céim le ráta creimthe 0.010 mm / uair an chloig agus saol inmhianaithe de 2,000 uair an chloig, liúntas creimeadh=20 mm, atá áiféiseach mór. Léiríonn sé seo nach bhfuil oibriú leanúnach ag 280 céim indéanta le Grianchloch ach amháin má tá an t-uisce réamhsáithithe le silica. Go praiticiúil, feidhmíonn córais uisce subcritical a úsáideann téitheoirí Grianchloch i gceann amháin de dhá mhodh: (1) córais bhaisc nó athfhillteacha ina n-éiríonn silica-sáithithe san uisce le himeacht ama, ag laghdú an ráta creimthe go gar do nialas tar éis tréimhse tosaigh, nó (2) amanna nochta an-ghearr (eg, próiseáil theirmeach tapa i gcás nach ndéantar an téitheoir a fhuinneamh ach ar feadh nóiméid). Maidir le córais athfhillte, féadfaidh an díscaoileadh tosaigh 0.2-0.5 mm de ghrianchloch a bhaint le linn na chéad chúpla céad uair an chloig, agus ina dhiaidh sin titeann an ráta go<0.001 mm/hour. A 2.0 mm wall with an initial loss of 0.5 mm leaves 1.5 mm, which then degrades very slowly. Such systems can operate for years with quartz heaters. For once-through systems, quartz is not recommended above 250°C.
Tá pionós teirmeach na mballaí níos tiús in uisce subcritical suntasach mar go bhfuil seoltacht ard teirmeach (0.6–0.7 W/(m·K)) agus slaodacht íseal ag uisce ag 280–350 céim, rud a cheadaíonn comhéifeachtaí comhiompair 2,000–5,000 W/(m²·K) ar threoluas measartha sreafa. Tá friotaíocht na ciseal teorann an-íseal (0.0002–0.0005 m²·K/W). Is é friotaíocht seoltaí na Grianchloch is mó. I gcás balla 1.5 mm, R_cond=0.00109 m²·K/W, U ≈ 1/(0.00109+0.0003)= 720 W/(m²·K). I gcás balla 3.0 mm, U ≈ 1/(0.00217+0.0003)= 405 W/(m²·K)-laghdú 44%. Tá an pionós seo substaintiúil. Maidir le hiarratais a éilíonn flosc teasa ard (m.sh., téamh tapa wafer), tá ballaí tanaí riachtanach. I gcás iarratais ar shreabhadh teasa níos ísle, d'fhéadfadh go mbeadh ballaí níos tiús inghlactha.
Cás-Maitrís Roghnúcháin Bhunaithe do Thiús Balla Drain Grianchloch sa tSeirbhís Uisce Brúite Fochriticiúil
| Cás Feidhmchláir & Paraiméadair Oibriúcháin | Tiús Balla Molta | Bunréasúnaíocht le Trádáil Chainníochtaithe-Múchta |
|---|---|---|
| Lúb uisce íonachta ard-athshruthaithe (280 céim , 6.5 MPa, córas dúnta le sáithiúchán shilice, cothabháil 1 bhliain) | 2.0 – 2.5 mm, grianchloch ard-íonachta | Baineann tuaslagadh tosaigh ~0.3 mm, ansin soláthraíonn titeann ráta. 2.0 mm 1.7 mm fágtha tar éis sáithiúcháin. U ≈ 550 W/(m²·K). |
| Nuair a-trí sruthlú sliseog (300 céim , 8.5 MPa, uisce ultraghlan, sreabhadh leanúnach) | Ní Grianchloch - úsáid PFA nó sapphire | Teipeann ar an ráta díscaoilte 0.04 mm/uair. 2.5 mm i 60 uair. Ábhar eile de dhíth. |
| Sintéis hidrothermal bhaisc (320 céim , 11 MPa, timthriallta 24 uair an chloig, uisce úr gach baisc, 50 mbaisceanna in aghaidh na bliana) | 2.5 – 3.0 mm, mar-tharraingt | In aghaidh{0}}bhaisc-chaillteanas ~0.2 mm (ráta 0.008 mm/uair × 24h). 3.0 mm a mhaireann ~15 mbaisceanna (3 mhí). Inghlactha mar inchaite. |
| Réamhthéitheoir uisce DI faoi bhrú (250 céim, 4 MPa, lúb dúnta, sreabhadh íseal) | 1.5 - 2.0 mm, grád caighdeánach | Faoi bhun 260 céim , ráta creimthe<0.005 mm/hour. 2.0 mm provides >400 uair an chloig saol tosaigh, slows ansin. U ≈ 700 W/(m²·K). |
| Uisce dí-ianaithe ar theocht ard (350 céim , 16.5 MPa, aon chumraíocht) | Ní Grianchloch - úsáid tíotáiniam nó Inconel | Silica solubility >400 ppm. Dissolution rate >0.10 mm / uair an chloig. Grianchloch praiticiúil beag beann ar thiús an bhalla. |
Modhnuithe Deartha Comhlántacha do Théitheoirí Uisce Subcritical
Cumasaíonn trí straitéis úsáid grianchloch in uisce subcritical thar na teorainneacha teochta atá molta thuas. Ar dtús, réamhsáithiú an uisce: sáithíonn sé an t-uisce le haigéad siliceach trí uisce beatha a rith trí leaba lán de sceallóga Grianchloch ag an teocht oibriúcháin sula dtéann sé i dteagmháil leis an téitheoir. Cuireann sé seo deireadh leis an bhfórsa tiomána le haghaidh díscaoilte, ag laghdú an ráta creimthe go gar náid. Cuireann colún réamhsáithiúcháin leis an gcastacht ach ligeann sé do théitheoirí Grianchloch oibriú ag 320 céim ar feadh na mílte uair an chloig. Sa dara háit, coigeartú pH: má chuirtear rian amóinia (go pH 9-10) méadaítear tuaslagthacht shilice? I ndáiríre, tá tuaslagthacht shilice íosta in aice le pH neodrach agus méaduithe i gcoinníollacha aigéadacha agus alcaileach araon. Má choinnítear pH neodrach (6-7) laghdaítear intuaslagthacht. Sa tríú háit, sciath dromchla: feidhmíonn sil-leagan gaile ceimiceach de nítríde sileacain tanaí (1-2 µm) nó ciseal nítríde bórón ar an dromchla Grianchloch mar bhac ar idirleathadh uisce, ag laghdú tuaslagtha 90% ag 300 céim . Mar sin féin, tá sláine sciath faoi rothaíocht theirmeach dúshlánach.
Conclúid: Tiús Balla Grianchloch a shonrú d'Uisce Brú Fochriticiúil le Teorainneacha Teochta Soiléire
Is féidir tum-théitheoirí Grianchloch a úsáid go hiontaofa in uisce dí-ianaithe fochriticiúil faoi bhrú ag teochtaí suas le 260–280 céim , ar choinníoll go bhfuil an córas dúnta-déanta nó athfhillte sa chaoi is go dtarlaíonn sáithiúchán shilice. Faoi na coinníollacha seo, soláthraíonn tiús balla 2.0-2.5 mm liúntas creimthe tosaigh leordhóthanach (caillteanas 0.3-0.5 mm le linn na tréimhse sáithithe tosaigh) agus coinníonn sé sláine struchtúrach ar feadh na mílte uair an chloig. Is é an pionós teirmeach ar bhallaí níos tiús ná 20–40% i gcomparáid le ballaí tanaí, ach tá sé inghlactha don chuid is mó d’fheidhmchláir. Ar feadh uair amháin-trí chórais nó trí theocht os cionn 300 céim , sáraíonn rátaí tuaslagtha Grianchloch 0.04 mm/uair, rud a fhágann nach bhfuil sé praiticiúil beag beann ar thiús an bhalla; ba cheart ábhair mhalartacha amhail saphir (singil-criostalach Al₂O₃), feadáin línéadaigh PFA, nó truaill tíotáiniam a shonrú. Agus luachan á n-iarraidh agat do théitheoirí uisce faoi bhrú ar theocht ard, sonraigh cé acu an bhfuil an córas ag athshruthú nó uair amháin tríd, íonacht an uisce (friotaíocht nó seoltacht), uasteocht agus brú, agus saol seirbhíse inmhianaithe. Cuireann sé seo ar chumas an mhonaróra an tiús balla optamach a mholadh-go hiondúil 2.0–2.5 mm le haghaidh córais athfhillte faoi bhun 280 céim , le treoir shoiléir nach bhfuil Grianchloch oiriúnach le haghaidh seirbhís leanúnach aon uair amháin{-trédaithe os cionn 260 céim .
