Problem niszczenia addytywnego
Kąpiele do powlekania miedzią kwasową zawierają dodatki organiczne-wybielacze, wyrównywacze i środki zwilżające-niezbędne do uzyskania gładkich, jasnych osadów. Dodatki te są wrażliwe termicznie. Ich degradacja przyspiesza gwałtownie powyżej 50 stopni. Jednak w podgrzewanej parą-cewce zanurzeniowej, która utrzymuje temperaturę kąpieli 25-30 stopni, temperatura ścianek rury jest znacznie wyższa – typowo 80–100 stopni w przypadku wężownicy metalowej.
Każdy litr kąpieli przepływający przez gorącą metaliczną powierzchnię wężownicy poddawany jest impulsowi termicznemu, który niszczy część zawartych w niej dodatków. Dodatki rozkładają się na oleiste pozostałości, które zanieczyszczają kąpiel i muszą zostać usunięte przez obróbkę węglem. Ciągłe niszczenie wymaga ciągłego uzupełniania dodatków, co zwiększa koszty środków chemicznych i stwarza obciążenie konserwacyjne.
Wymiennik ciepła PTFE pracuje przy znacznie niższej temperaturze ścianki zewnętrznej niż wymiennik metalowy przy tym samym ciśnieniu pary. Niższa temperatura ścianki zmniejsza szybkość rozkładu termicznego dodatku, wydłużając żywotność dodatku i zmniejszając zużycie środków chemicznych.
Różnica temperatur ścian
Temperatura zewnętrznej ścianki wężownicy zanurzeniowej-ogrzewanej parą jest określana na podstawie temperatury nasycenia pary, współczynnika przenikania ciepła po stronie procesowej i przewodności cieplnej ścianki rury. W cewce metalowej opór cieplny ścianki rury jest pomijalny. Temperatura powierzchni zewnętrznej zbliża się do wewnętrznej temperatury pary, na co wpływa jedynie współczynnik filmu-po stronie procesu. Dla pary o ciśnieniu 3 barów i temperaturze 143 stopni w kąpieli kwasowo-miedzianej o temperaturze 25 stopni, temperatura zewnętrznej ścianki metalowej rury wynosi około 80-95 stopni.
W cewce PTFE opór cieplny ścianki rury jest znaczący. Temperatura spada o 20-30 stopni na ściance z PTFE o grubości 1,0 mm. Temperatura powierzchni zewnętrznej dla tego samego ciśnienia pary i warunków kąpieli wynosi około 55-65 stopni, co stanowi redukcję o 20-35 stopni w stosunku do odpowiednika metalicznego.
Ta redukcja o 20-35 stopni powoduje, że temperatura ścianki PTFE jest znacznie bliższa temperaturze kąpieli i dalej od progu degradacji dodatku. Szybkość termicznego niszczenia dodatku, zgodna z kinetyką Arrheniusa przy energii aktywacji około 50-80 kJ/mol, jest zmniejszona o 50-80% w porównaniu z cewką metalową.
| Parametr termiczny | Cewka ze stali nierdzewnej | Cewka tytanowa | Wymiennik ciepła PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura nasycenia pary przy ciśnieniu 3 barg (stopień) | 143 | 143 | 143 |
| Przewodność cieplna ścianki rury (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Spadek temperatury na ściance rury (stopnie) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Temperatura ściany zewnętrznej (stopnie) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Względna szybkość degradacji dodatku | 1,0 (wartość bazowa) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Roczne zużycie rozjaśniacza (względne) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Addytywne przedłużenie życia
Zmniejszona szybkość degradacji dodatków wydłuża żywotność każdego dodatku rozjaśniacza i wyrównywacza. Stężenia dodatków w kąpieli pozostają bardziej stabilne w czasie. Zmniejsza się częstotliwość obróbki węglem w celu usunięcia produktów rozkładu. Kąpiel działa bliżej optymalnego bilansu dodatków przez większą część swojego okresu użytkowania.
Korzyści ekonomiczne obejmują zmniejszenie zakupów dodatków-zazwyczaj największych kosztów chemicznych w przypadku powlekania miedzią kwasową-oraz obniżone koszty obróbki węglem. W przypadku linii-do powlekania miedzią kwasową o dużej objętości roczna redukcja kosztów środków chemicznych wynikająca z konwersji PTFE może przekroczyć 15 000–30 000 USD na zbiornik.
Korzyści z procesu są równie ważne. Bardziej stabilne stężenia dodatków zapewniają bardziej spójne właściwości osadu-jasność, ciągliwość i poziomowanie. Zmniejszenie gromadzenia się produktów rozkładu zmniejsza ryzyko wad osadu, które powodują odrzucenie i ponowną obróbkę.
Redukcja produktów ubocznych
Kiedy dodatki organiczne rozkładają się na gorącej metalicznej powierzchni, produktami rozkładu są pozostałości olejowe, kwasy organiczne i związki polimerowe. Te produkty uboczne zakłócają proces powlekania. Tłuste pozostałości tworzą na powierzchni film, który powoduje wżery. Kwasy organiczne zmieniają pH kąpieli. Gatunki polimerowe włączają się do osadu, zmniejszając ciągliwość.
Niższa temperatura ścianek PTFE nie tylko zmniejsza całkowitą ilość produktów rozkładu, ale także przesuwa ścieżkę rozkładu. W niższych temperaturach dodatki ulegają mniej całkowitemu rozkładowi, wytwarzając mniej najbardziej szkodliwych produktów ubocznych. Istnieje większe prawdopodobieństwo, że powstające produkty rozkładu będą lotne i uciekną z kąpieli, zamiast gromadzić się w postaci nielotnych pozostałości.-
Streszczenie
Wymiennik ciepła z PTFE zmniejsza degradację termiczną dodatków organicznych w miedziach kwasowych, pracując przy temperaturze ścianki zewnętrznej o 20-35 stopni niższej niż odpowiednik metalu. Niższa temperatura ścianki, będąca konsekwencją oporu cieplnego PTFE, zmniejsza szybkość rozkładu dodatku o 50-80%. Zmniejsza się zużycie dodatków, zmniejsza się częstotliwość obróbki węglem, a jakość osadu staje się bardziej spójna. Roczna oszczędność kosztów środków chemicznych wynikająca z wydłużonego okresu trwałości dodatków jest istotnym elementem uzasadnienia biznesowego konwersji PTFE.
Wsparcie techniczne w zakresie specyfikacji wymienników ciepła PTFE w-wrażliwych na dodatki kąpielach galwanicznych jest dostępne po przedstawieniu składu chemicznego kąpieli, temperatury roboczej, bieżącego zużycia dodatków i ciśnienia pary.
