فرآیند پیوسته ای که الزامات طراحی را تغییر می دهد
یک خط رول-به-رول رول، نوار فویل مسی با عرض 500 میلی‌متر و ضخامت 50 میکرومتر را با سرعت خط 5 متر در دقیقه پردازش می‌کند. مخزن آبکاری 1.5 متر طول، 0.8 متر عرض و 0.6 متر عمق دارد که حجم مخزن آن 720 لیتر است. نوار در یک مسیر افقی از مخزن عبور می کند و مواد شیمیایی آبکاری از طریق یک مبدل حرارتی برای حفظ دمای حمام در 25 درجه برای آبکاری مس اسیدی به گردش در می آید.
بار حرارتی دارای دو جزء است: گرمای تولید شده توسط واکنش آبکاری و گرمایی که توسط نوار به مخزن منتقل می شود. گرمای واکنش تقریباً 3.5 کیلو وات برای جریان آبکاری 1500 A است. بار حرارتی نوار تقریباً 0.8 کیلو وات برای جریان جرمی نوار 0.02 کیلوگرم بر ثانیه و افزایش دما 5 درجه است.
بار حرارتی کل تقریباً 4.3 کیلو وات است. حاشیه طراحی 20% توصیه می شود که بار حرارتی طراحی 5.2 کیلو وات را می دهد.
هندسه بسته فشرده
هندسه دسته جمع و جور اولین اصلاح طراحی است که برای تجهیزات رول-به- رول آبکاری مناسب است. حجم مخزن کم است و فضای موجود برای مبدل حرارتی محدود است. مبدل حرارتی باید سطح مورد نیاز را در یک فضای کوچک فراهم کند.
یک بسته فشرده با لوله‌های-قطر کوچک و فاصله لوله نزدیک، سطح بالایی را در واحد حجم فراهم می‌کند. برای لوله ای با قطر خارجی 6.35 میلی متر و ضخامت دیواره 0.5 میلی متر، سطح در واحد حجم بسته نرم افزاری تقریباً 130 متر مربع در متر مکعب در فاصله لوله 12 میلی متر است.
برای بار حرارتی طراحی 5.2 کیلو وات و شار حرارتی 1.0 W/cm²، سطح مورد نیاز 5.2 متر مربع است. برای حجم بسته نرم افزاری 0.05 m³، که در یک محفظه 0.4 متر در 0.3 متر در 0.4 متر قرار می گیرد، مساحت سطح تقریباً 6.5 متر مربع است. بسته فشرده سطح مورد نیاز را در فضای موجود فراهم می کند.
جرم حرارتی پایین
جرم حرارتی کم دومین اصلاح طراحی است که مناسب تجهیزات رول-به-رول آبکاری است. یک مبدل حرارتی با جرم حرارتی کم به سرعت به تغییرات بار حرارتی پاسخ می دهد و نوسانات دما را در حمام کاهش می دهد.
جرم حرارتی حاصل ضرب جرم و گرمای ویژه مواد مبدل حرارتی و حجم سیال است. یک مبدل حرارتی با-لوله‌های قطر کوچک، دیواره‌های نازک، و حجم سیال کم، جرم حرارتی کمتری نسبت به مبدل‌های حرارتی با لوله‌های-قطر بزرگ، دیواره‌های ضخیم و حجم سیال زیاد دارد.
برای کاربرد رول-به-رول، مبدل حرارتی باید حجم سیال کمتر از 5 لیتر و ضخامت دیواره لوله کمتر از 0.6 میلی متر داشته باشد. جرم حرارتی کم به مبدل حرارتی اجازه می دهد تا به تغییرات سرعت خط و جریان آبکاری در عرض چند ثانیه و نه چند دقیقه پاسخ دهد.
کنترل واکنش سریع
کنترل پاسخ سریع سومین تغییر طراحی است که مناسب تجهیزات رول-به-رول آبکاری است. سیستم کنترل باید به سرعت به تغییرات بار حرارتی پاسخ دهد و دمای حمام را در ± 0.5 درجه حفظ کند.
یک کنترل‌کننده PID با عملکرد مشتق‌کننده و یک سنسور دما-سریع توصیه می‌شود. سنسور دما باید در ناحیه آبکاری قرار گیرد، نه در خروجی مبدل حرارتی، تا سیگنالی را ارائه دهد که دمای واقعی حمام را منعکس کند.
یک درایو فرکانس متغیر روی پمپ سیرکولاسیون امکان تنظیم نرخ جریان را برای مطابقت با بار حرارتی فراهم می کند. دبی بالاتر ضریب انتقال حرارت و سرعت پاسخ را افزایش می دهد. دبی کمتر انرژی پمپاژ را زمانی که بار حرارتی کم است کاهش می دهد.
پیکربندی مدولار
پیکربندی مدولار چهارمین تغییر طراحی است که مناسب تجهیزات رول-به-رول آبکاری است. هر مخزن در خط دارای مبدل حرارتی مخصوص به خود است و مبدل های حرارتی به منبع تغذیه و برگشت مایع سرویس مشترک متصل می شوند. پیکربندی مدولار اجازه می دهد تا هر مخزن به طور مستقل کنترل شود و اجازه می دهد تا یک مبدل حرارتی بدون خاموش کردن کل خط جایگزین شود.
مبدل حرارتی مدولار باید-با اتصالات قبل از{1}لوله و اتصالات قطع{2}}سریع نصب شود. لغزش باید شامل پمپ گردش خون، شیر کنترل و سنسور دما باشد. اندازه اسکید باید متناسب با فضای موجود در مجاورت مخزن باشد.
مواد لوله و ضخامت دیوار
مواد لوله برای تجهیزات رول-به{{1}رول آبکاری باید PTFE یا یک ترکیب PTFE پر شده باشد، بسته به مواد شیمیایی. برای آبکاری مس اسیدی، PTFE کافی است. برای شیمی تهاجمی تر، ممکن است یک ترکیب PTFE پر شده با رسانایی حرارتی بالاتر مورد نیاز باشد.
ضخامت دیوار باید 0.4-0.6 میلی متر باشد. دیوار نازک تر مقاومت حرارتی و زمان پاسخ را کاهش می دهد، اما همچنین مقاومت مکانیکی را کاهش می دهد. یک دیوار 0.5 میلی متری تعادلی بین عملکرد حرارتی و دوام مکانیکی ایجاد می کند.
طراحی اتصال و پشتیبانی
اندازه اتصالات باید متناسب با سرعت جریان فرآیند و افت فشار باشد. برای سرعت جریان فرآیند 8 m³/h و محدودیت افت فشار 20 کیلو پاسکال، اندازه اتصال 1.5 اینچ است. اتصالات باید فلنجی باشند یا سریع-قطع شوند تا مبدل حرارتی برای تمیز کردن خارج شود.
طراحی ساپورت باید به مبدل حرارتی اجازه دهد که بر روی یک لغزنده یا روی دیواره مخزن نصب شود. تکیه گاه باید انبساط حرارتی را در خود جای دهد و باید اجازه دهد مبدل حرارتی بدون از بین بردن لوله کشی برداشته شود.
چک لیست مشخصات
جدول زیر اصلاحات طراحی مبدل حرارتی PTFE در تجهیزات رول-به-رول را خلاصه می‌کند.
| پارامتر | مشخصات | اساس |
|---|---|---|
| عرض نوار | 500 میلی متر | نیاز فرآیند |
| سرعت خط | 5 متر در دقیقه | نیاز فرآیند |
| حجم مخزن | 720 لیتر | ابعاد مخزن |
| بار حرارتی | 5.2 کیلو وات | واکنش و گرمای نواری |
| مساحت سطح | 5.2 m² | بار حرارتی تقسیم بر شار حرارتی |
| شار حرارتی | 1.0 وات بر سانتی متر مربع | کنترل دما |
| قطر بیرونی لوله | 6.35 میلی متر | بسته فشرده |
| ضخامت دیواره لوله | 0.5 میلی متر | جرم حرارتی کم |
| مواد لوله | PTFE | سازگاری شیمیایی |
| حجم بسته | 0.05 m³ | فضای موجود |
| حجم مایع | < 5 liters | جرم حرارتی کم |
| اندازه اتصال | 1.5 اینچ | سرعت جریان و افت فشار |
| نوع اتصال | سریع-قطع اتصال | حذف برای تمیز کردن |
| پشتیبانی کنید | Skid-نصب شد | پیکربندی مدولار |
| سنسور دما | منطقه آبکاری | کنترل پاسخ سریع |
| سیستم کنترل | PID با مشتق | کنترل دما ± 0.5 درجه |
| کنترل پمپ | درایو فرکانس متغیر | تنظیم نرخ جریان |
| تشخیص نشت | سنسور رسانایی | پیشگیری از آلودگی |
برآورد هزینه
هزینه مبدل حرارتی PTFE برای تجهیزات رول-به-رول آبکاری به مساحت سطح، مواد لوله و پیکربندی مدولار بستگی دارد. برای یک واحد 5.2 متر مربعی با لوله‌های PTFE، پیکربندی نصب شده{4}} و کنترل پاسخ سریع، هزینه سرمایه تقریباً 18000-24000 دلار برای هر مخزن است.
هزینه نگهداری سالانه تقریباً 1500 تا 2500 دلار برای هر مخزن است که شامل تمیز کردن، تعویض واشر و کالیبراسیون سنسور می شود. انتظار می رود با نگهداری مناسب، عمر سرویس 8 تا 12 سال باشد.
مطابقت اصلاحات طراحی با الزامات رول-به-
تغییرات طراحی که مناسب مبدل‌های حرارتی PTFE برای تجهیزات رول-به{{1}رول هستند، هندسه فشرده، جرم حرارتی کم، کنترل پاسخ سریع و پیکربندی مدولار است. این تغییرات به مبدل حرارتی اجازه می دهد تا با حجم مخزن کوچک متناسب شود، به سرعت به تغییرات بار حرارتی پاسخ دهد و دمای حمام را در یک نوار باریک حفظ کند.
تغییرات طراحی باید بر اساس سرعت خط واقعی، عرض نوار و بار حرارتی مشخص شود. یک مدل فرآیند که گرمای واکنش و گرمای نوار را محاسبه می کند، اطلاعات مورد نیاز برای اندازه مبدل حرارتی را ارائه می دهد.
برای امکانات تجهیزات رول-به{{1}رول رول که گزینه‌های مبدل حرارتی PTFE را ارزیابی می‌کنند، اصلاحات طراحی باید در اسناد خرید مشخص شده و در هنگام راه‌اندازی تأیید شوند. پیکربندی پیش‌فرض ارائه‌شده توسط سازنده ممکن است شامل بسته فشرده یا کنترل پاسخ سریع نباشد و نوسانات دما در نتیجه ممکن است باعث نقص آبکاری شود.
مهندسین تجهیزات و متخصصان تدارکاتی که مشخصات مبدل حرارتی PTFE را برای رول-به-رول آبکاری یا سایر تجهیزات فرآیند پیوسته ارزیابی می‌کنند، می‌توانند یک بازنگری طراحی را در مورد عرض نوار، سرعت خط، حجم مخزن، بار حرارتی، مساحت سطح، هندسه لوله، جرم حرارتی، سیستم کنترل، و ساختار ماژولار درخواست کنند تا مطابق با الزامات ساختاری واحد پردازشی مطابقت داشته باشد.
