Kirkasteen kulutuksen mysteeri
Happaman sinkityksen linjapäällikkö huomaa kirkasteiden kulutuksen hiipivän ylöspäin. Kuusi kuukautta sitten 200 ml kirkastetta 1 000 amp -tuntia kohden säilytti talletuksen loiston. Nyt sama kulutus tuottaa sameita kerrostumia matalan-virtaus-alueilla. Kylpy vaatii 300 ml hyväksyttävän ulkonäön saavuttamiseksi.
Kylpyanalyysi sulkee pois saastumisen. Lämpötilan säätö näyttää normaalilta 30 asteessa. Silti kirkastusaine häviää nopeammin kuin sähkökemiallinen kulutus vastaa. Puuttuva lisäaine hajoaa termisesti paikassa, joka ei näy kylvyn lämpötilansäätimelle: lämmönvaihtimen pinnalla.
Seinän lämpötilaongelma
Höyry{0}}lämmitettyjen upotuskelojen pintalämpötila on paljon korkeampi kuin bulkkikylvyn lämpötila. 3 bargin höyry kondensoituu 143 asteessa patterin sisällä. Putken ulkoseinän lämpötila riippuu prosessipuolen lämmönsiirtokertoimesta, mutta tyypillisissä happamissa sinkkiolosuhteissa kohtalaisella sekoituksella seinämän lämpötila vaihtelee välillä 70 - 95 astetta.
Happamat sinkkikirkasteet-yleensä aldehydit, ketonit ja polyeetteripinta-aktiiviset aineet-alkavat lämpöhajoamisen yli 50 asteessa. 70 asteen seinämän lämpötilassa kelan pintaa koskettavat kirkastusainemolekyylit hajoavat nopeasti. Bulkkikylpy 30 asteessa pysyy vakaana, mutta kuuman kierukan seinämän vieressä oleva ohut rajakerros muuttuu kemialliseksi tuhoutumisvyöhykkeeksi.
Tämä selittää kulutuksen mysteerin. Kirkaste ei hajoa koko kylvyn tilavuudessa vaan valikoivasti lämmönsiirtopinnalla. Jokainen litra kylpyä, joka kiertää kuuman kierukan ohi, menettää osan lisäainesisällöstään termisen hajoamisen vuoksi.
Taulukko 1: Seinän lämpötilan ja kirkasteen hajoamisnopeuden vertailu
| Lämmittimen materiaali | Höyryn paine (barg) | Noin Seinän lämpötila ( aste ) | Suhteellinen kirkasteen hajoamisnopeus |
|---|---|---|---|
| SS 316L kela | 3.0 | 85-95 | Korkea |
| Titaani kela | 3.0 | 80-90 | Korkea |
| SS 316L matalalla höyryllä | 1.0 | 60-70 | Kohtalainen |
| PTFE kela | 3.0 | 55-65 | Matala |
Seinien lämpötilat laskettu happamalle sinkkikylvylle 30 asteessa kohtuullisella ilmansekoituksella. PTFE-seinämän lämpötila on alhaisempi johtuen lämmönjohtavuuseroista, jotka luovat jyrkemmän gradientin putken seinämään.
Kuinka PTFE alentaa seinän lämpötilaa
PTFE:llä on alhaisempi lämmönjohtavuus kuin metallien. Tämä ominaisuus, josta usein puhutaan suuremman pinta-alan vaativana haittana, tarjoaa odottamattoman hyödyn lisäaine{1}}kuormitetuissa kylvyissä. Alempi lämmönjohtavuus luo jyrkemmän lämpötilagradientin putken seinämän poikki.
Höyryllä lämmitetyn metallikäämin sisäseinän lämpötila on 143 astetta (höyryn kyllästymislämpötila) ja ulkoseinän lämpötila on ehkä 90 astetta. Lämpötilan lasku 1,5 mm:n metalliseinän yli on noin 53 astetta, keskittyen enimmäkseen putken ulkopuolella olevaan rajakerrokseen.
PTFE-kelalla, jonka seinämän paksuus on 1,0 mm, sisäseinä on 143 astetta, mutta ulkoseinä on 55-65 astetta. PTFE:n alempi lämmönjohtavuus aiheuttaa suuremman lämpötilan pudotuksen itse putken seinämässä, mikä laskee ulkopinnan lämpötilaa 20-30 astetta metalliin verrattuna.
Tämä alempi pintalämpötila toimii alle nopean{0}}hajoamisrajan useimmille happamille sinkin kirkasteille. PTFE-pinnan kanssa kosketuksissa olevat lisäainemolekyylit eivät koe lämpöshokkia, joka tuhoaa ne metallipinnoilla. Kirkasteiden kulutus palaa ensisijaisesti sähkökemialliseen kulutukseen.
Vakaa lisäaineen kulutus, vakaat kustannukset
Kun kirkaste hajoaa lämpöisesti lämmittimen pinnalla, kulutus muuttuu arvaamattomaksi. Se vaihtelee höyryn paineen vaihteluiden, kylvyn tason muutosten mukaan, jotka vaikuttavat upotetun kierukan pinta-alaan, ja sekoitusvaihteluiden mukaan, jotka muuttavat rajakerroksen paksuutta. Pinnoituslinjan johtaja kompensoi lisäämällä yli-kirkastetta, mikä lisää kemikaalien kustannuksia ja yliannostusvirheiden riskiä.
PTFE-lämmönvaihdin stabiloi lisäaineen kulutusta eliminoimalla ensisijaisen lämpöhajoamisreitin. Kirkasteiden lisäysnopeudet seuraavat tarkemmin ampeeri{1}}tuntinopeudella, kuten sähkökemiallinen teoria ennustaa. Kemikaalikustannukset ovat ennakoitavissa. Paikallisen kirkasteiden nälänhädän riski korkean-virtatiheyden-alueilla pienenee, koska lisäaine ei tuhoudu lämmittimen pinnalla.
Käytännön tuloksia tynnyrin sinkkilinjasta
Tynnyrisinkityslinja, joka prosessoi autojen kiinnikkeitä, joka on muutettu ruostumattomasta teräksestä valmistetuista höyrykääreistä PTFE-lämmönvaihtimiksi. Ennen muuntamista kirkasteiden kulutus oli keskimäärin 280 ml 1 000 amp-tuntia kohden, ja vaihtelua oli merkittävä viikoittain-viikon-. Linjassa esiintyi ajoittain sameita kerrostumia, jotka jäljitettiin kirkasteiden loppumisesta manuaalisten lisäysten välillä.
PTFE:n asennuksen jälkeen kirkasteen kulutus vakiintui 190 ml:aan 1 000 amp -tuntia kohden. Viikko--viikon vaihtelu väheni ±30 %:sta ±10 %:iin. Sumuiset talletusvirheet vähenivät yli 70 %. Pelkästään vuotuiset kirkasteiden kustannussäästöt keräsivät 35 % PTFE-kelan pääomasijoituksesta ensimmäisenä vuonna.
Yhteenveto
Höyryllä{0}}lämmitetyt metallikäämit happamissa sinkkikylvyissä toimivat seinämälämpötiloissa, jotka tuhoavat orgaaniset kirkasteet termisesti. Tuloksena oleva lisäaineen hajoaminen tapahtuu lämmönsiirtopinnalla, joka on näkymätöntä bulkkikylvyn lämpötilan valvonnalle, mikä nostaa kemikaalikustannuksia ja aiheuttaa ajoittaisia laatuongelmia.
PTFE-lämmönvaihdin korjaa tämän alhaisemman ulkoseinän lämpötilan avulla. Lämmönjohtavuuden ero, jota usein mainitaan haittana, tarjoaa itse asiassa lisäaineen hajoamisen vähentämisen eduksi. Yhdessä nollametallikontaminaation ja nollakorroosion kanssa PTFE-käämi parantaa kylvyn vakautta kemiallisissa, lämpö- ja kontaminaatiomitoissa.
Sinkkipinnoitustoimenpiteisiin, joilla pyritään vähentämään kirkasteen kulutusta ja parantamaan kylvyn stabiilisuutta, tekninen analyysi on saatavilla, kun hauteen tilavuus, käyttölämpötila, nykyiset käämin tekniset tiedot, kirkasteen tyyppi ja kulutushistoria sekä käytettävissä oleva höyrynpaine on toimitettu.
