چرخه رسوب در حمام اسید روی
خطوط آبکاری اسید روی یک سردرد جهانی را به اشتراک می گذارند: رسوب کویل غوطه وری. کویل های گرمایش، معمولاً فولاد ضد زنگ، یک لایه سخت و چسبنده ایجاد می کنند که به تدریج انتقال حرارت را کاهش می دهد. دمای حمام شروع به کاهش می کند. اپراتورها فشار بخار را برای جبران افزایش می دهند. در نهایت سیم پیچ برای رسوب زدایی مکانیکی یا شیمیایی نیاز به حذف دارد.
این چرخه هر چند ماه یکبار تکرار می شود. زمان تولید در حین تمیز کردن از بین می رود. هزینه های شیمیایی انباشته می شود. ضخامت دیواره سیم پیچ به تدریج در اثر رسوب زدایی اسیدی مکرر از بین می رود. مشکل اساسی به خودی خود تشکیل رسوب نیست-رسوب هیدروکسید آهن و سولفات کلسیم از نظر شیمیایی در الکترولیتهای روی اسیدی اجتنابناپذیر است-بلکه چسبندگی محکم رسوب به سطوح فلزی است.
شیمی چسبندگی مقیاس
حمام های آبکاری اسید روی در pH 4.5-5.5 با آهن محلول از انحلال قطعه کار و کلسیم آب سخت از کشیدن به داخل کار می کنند. با افزایش سن حمام، آهن آهن به هیدروکسید آهن اکسید می شود که به صورت جامد ژلاتینی رسوب می کند. سولفات کلسیم به حد اشباع می رسد و روی سطوح گرم شده متبلور می شود.
روی یک سیم پیچ فولادی ضد زنگ در دمای دیواره 60-80 درجه، اینها به آسانی رسوب می کنند. سطح اکسید فلزی مکان های پر انرژی را برای هسته کریستال فراهم می کند. نیروهای واندروالس و جاذبه الکترواستاتیکی ذرات مقیاس را به فلز متصل می کنند. پس از اتصال، لایه مقیاس با هر چرخه عملیاتی ضخیم تر می شود.
رسوب زدایی شیمیایی با اسید هیدروکلریک مهار شده، رسوب را حل می کند، اما به فلز زیرین نیز حمله می کند. هر چرخه رسوب زدایی چند میکرون فولاد ضد زنگ را حذف می کند. پس از سالها جرمگیری و رسوبزدایی چرخهای، نازککردن دیوار به نقطهای میرسد که تعویض آن اجباری است.
جدول 1: مقایسه چسبندگی مقیاس بر روی سطوح مبدل حرارتی در حمام اسید روی
| مواد سطحی | انرژی سطحی (mN/m) | قدرت چسبندگی مقیاس | روش تمیز کردن | فرکانس تمیز کردن |
|---|---|---|---|---|
| SS 316L | 40-50 | قوی | رسوب زدایی اسید | هر 8-12 هفته |
| تیتانیوم | 35-45 | متوسط | رسوب زدایی اسید | هر 10-14 هفته |
| PTFE | 18-20 | خیلی ضعیفه | آبکشی کنید | 6-12 ماه |
داده های انرژی سطحی از اندازه گیری زاویه تماس. قدرت چسبندگی حاصل از آزمایشهای نوار برش متقاطع- در نمونههای مقیاسشده.
مکانیسم ضد چسبندگی PTFE-
PTFE کمترین انرژی سطحی را در بین سایر جامدات مهندسی دارد. قطرات آب به جای اینکه سطح را خیس کنند، به صورت دانهبندی شده و غلت میخورند. رسوبات{2}}تشکیل مقیاس با تعداد کمی از{3}}محل هستهزایی انرژی بالا مواجه میشوند.
چسبندگی که رسوب را به فلز متصل می کند به درهم تنیدگی مکانیکی با زبری سطح و پیوند شیمیایی با اکسیدهای فلزی بستگی دارد. PTFE هیچ کدام را ارائه نمی دهد. سطح فلوروپلیمر از نظر مولکولی در مقیاس مربوط به هستهزایی کریستال صاف است. پیوندهای کربن-فلوئور از نظر شیمیایی اشباع شدهاند و هیچ مکان واکنشی برای پیوند با رسوبات هیدروکسید یا سولفات ایجاد نمیکنند.
مقیاسی که روی PTFE شکل میگیرد، به راحتی متصل است. هم زدن معمولی حمام ناشی از پارگی هوا یا گردش محلول اغلب برای از بین بردن رسوبات در حال توسعه قبل از اینکه به ضخامت عایق حرارتی تبدیل شود کافی است. هنگامی که در نهایت نیاز به تمیز کردن است، آبکشی یا پاک کردن ملایم رسوبات بدون مواد شیمیایی را از بین می برد.
تاثیر عملیاتی کاهش رسوب
انتقال حرارت پایدار به طور مستقیم به کنترل پایدار دمای حمام ترجمه می شود. سیم پیچ PTFE ارزش U{1}}طراحی خود را در یک باند باریک طی ماهها کارکرد حفظ میکند. اپراتورها برای جبران عایق رسوبی نیازی به افزایش تدریجی فشار بخار ندارند.
مواد شیمیایی رسوب زدایی از روال نگهداری حذف می شوند. این امر هزینه های خرید مواد شیمیایی، دفع زباله های خطرناک و خطر مواجهه کارگران را حذف می کند. همچنین نازک شدن تدریجی دیوار را که در نهایت کویل های فلزی را از بین می برد، از بین می برد.
ترکیبی از عملکرد حرارتی پایدار و حداقل تمیز کردن، زمان تولید را افزایش می دهد. حمام ها در نقطه تنظیم باقی می مانند. بازده ثابت باقی می ماند. کار تعمیر و نگهداری از تمیز کردن کویل واکنشی به کارهای تولیدی هدایت می شود.
داده های میدانی از یک خط آبکاری روی قفسه
یک کارگاه رک روی آبکاری کویل های گرمایش فولاد ضد زنگ را در دو وان 8000 لیتری اسید روی با مبدل های حرارتی PTFE جایگزین کرد. کویل های ضد زنگ به طور متوسط هر 10 هفته یکبار نیاز به رسوب زدایی داشتند که هر تمیز کردن آن چهار ساعت زمان تولید را صرف می کرد و 200 لیتر اسید ضایعات تولید می کرد.
پس از 14 ماه عملیات PTFE، کویل ها نیازی به رسوب زدایی شیمیایی نداشتند. یک غبار سطحی سبک از هیدروکسید آهن طی یک بازرسی برنامه ریزی شده سالانه پاک شد. عملکرد انتقال حرارت، اندازهگیری شده با مصرف بخار در حالت ثابت-، در 5% از مقدار نصب شده- باقی ماند. هزینه نگهداری سالانه هر مخزن 4800 دلار کاهش یافت.
خلاصه
رسوب گیری کویل حمام روی اسید به دلیل چسبندگی مقیاس به سطوح فلزی با انرژی بالا ایجاد می شود. فولاد ضد زنگ و تیتانیوم نیاز به رسوب زدایی مکرر اسیدی دارند که به تدریج به سیم پیچ آسیب می رساند. مبدل های حرارتی PTFE از چسبندگی قوی در مقیاس از طریق انرژی کم سطح و بی اثری شیمیایی جلوگیری می کنند.
نتیجه عملیاتی انتقال حرارت پایدار بدون افزایش فشار بخار پیشرونده، حذف مواد شیمیایی رسوبزدا و هزینههای مرتبط با آنها و طولانیتر شدن زمان تولید است. کویل های PTFE در سرویس اسید روی برای ماه ها بدون رسوب قابل توجه کار می کنند و تعمیر و نگهداری را از یک چرخه واکنشی به یک برنامه بازرسی قابل پیش بینی تغییر می دهند.
تجزیه و تحلیل مهندسی برای اندازه مبدل حرارتی PTFE در حمام های آبکاری روی با ارائه حجم مخزن، دمای عملیاتی، مشخصات سیم پیچ فعلی و فشار بخار موجود در دسترس است.
