Vaahtoamisongelma, joka uhmaa{0}}vaahdonestoa
Nikkelipinnoituslinja kokee jatkuvan vaahdon kertymisen kylvyn pinnalle ilmasekoittamisen aikana. Vaahto vuotaa säiliön reunan yli, aiheuttaa liukastumisvaaran ja vangitsee syövyttäviä höyryjä nestepinnan yläpuolelle. Käyttäjät lisäävät vaahdonesto-lisäysnopeutta. Vaahto laantuu hetkellisesti ja palaa sitten takaisin. Vaahtoamisenesto-kulutus kolminkertaistuu. Kylpy vaatii useammin hiilikäsittelyä poistaakseen ylimääräisen vaahdonesto--vaahdon, joka itsessään muuttuu epäpuhtaudeksi.
Perimmäinen syy ei ole riittämätön vaahdonesto{0}}. Se on ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmönvaihtimen metalli-ionikontaminaatio. Liuenneet rauta-, nikkeli- ja kromi-ionit muodostavat komplekseja pinnoituskylvyssä olevien kostutusaineiden kanssa. Nämä metalli-kosteammat kompleksit ovat tehokkaampia vaahdon stabiloijia kuin pelkät kostutusaineet. Hitaasti syöpyvä lämmönvaihdin syöttää jatkuvasti metalli-ioneja, jotka ohjaavat vaahdotussykliä.
PTFE-lämmönvaihdin ei vapauta metalli-ioneja. Vaahtoa{1}}stabiloivat kompleksit eivät muodostu. Vaahtoamisenesto-tarve palaa perustason tasolle, joka vaaditaan normaalissa kostutusaineen hallinnassa.
Metalli-ionivaahdon stabilointimekanismi
Nestemäinen vaahto on metastabiilia. Kuplat nousevat pintaan, kuplien välinen nestekalvo valuu pois ja kuplat sulautuvat yhteen ja puhkeavat. Vaahtoamista estävät aineet nopeuttavat valumis- ja sulautumisvaiheita ja horjuttavat vaahtoa.
Liuenneet metalli-ionit häiritsevät tätä luonnollista vaahdon romahtamista. Metalli-ionit-erityisesti rauta (III) ja kromi (III)-ovat moniarvoisia. Ne voivat ristisilloittaa kuplan pintaan adsorboituneet pinta-aktiivisten aineiden molekyylit. Yksi rauta-ioni, joka sitoo kaksi pinta-aktiivista molekyyliä, muodostaa sillan, joka vahvistaa kuplakalvoa. Sillattu kalvo vastustaa valumista. Kupla jatkuu.
Vaikutus on katalyyttinen kemiallisessa mielessä. Metalli-ionia ei kuluteta reaktiossa. Yksi rauta-ioni voi toistuvasti stabiloida peräkkäisiä kuplakalvoja. Vain 10-20 ppm liuenneen raudan pitoisuus voi lisätä vaahdon stabiilisuutta mitattavissa olevasti kylvyssä, joka sisältää 100-200 ppm kostutusainetta.
Ruostumattoman teräskäämin jatkuva korroosio tuottaa tuoreita metalli-ioneja nopeudella, joka ylittää vaahdonestoaineen kyvyn horjuttaa vaahtoa. Vaahtoamisenestoainetta on lisättävä yhä suurempina pitoisuuksina, jolloin siitä tulee lopulta itse kontaminantti.
Taulukko 1: Lämmönvaihdinmateriaalin vaahdon stabilointivaikutus (ilma-sekoitettu wattia nikkelikylpy, 55 astetta)
| Parametri | Ruostumattomasta teräksestä valmistettu kela | Titaani kela | PTFE Lämmönvaihdin |
|---|---|---|---|
| Liuenneen metalli-ionin vapautumisnopeus (mg/vrk) | 50-150 (Fe, Cr, Ni) | 5-20 (Ti) | 0 |
| Vaahdon korkeus nestepinnan yläpuolella (cm) | 15-30 | 8-15 | 3-5 |
| Vaahtoamisenesto-kulutus suhteessa lähtötasoon | 3-5× | 1.5-2× | 1,0× (perustaso) |
| Hiilen käsittelytaajuus vaahtoamisenesto{0}}poistoa varten | Kuukausittain | Kahdesti kuussa | Tarpeen mukaan (normaali aikataulu) |
| Vaahtoon- liittyvät taloudenhoitoon liittyvät ongelmat | Usein ylivuototapahtumat | Satunnaista | Harvinainen |
| Kylvyn kostutusaineen stabiilisuus | Hajoaa metallikompleksin muodostuessa | Pientä huononemista | Vakaa |
Rauta{0}}kosteampi monimutkainen kemia
Nikkelöintikylpyjen kostutusaineet ovat tyypillisesti anionisia pinta-aktiivisia aineita-natriumlauryylisulfaattia, natriumalkyylieetterisulfaatteja tai vastaavia molekyylejä. Niissä on negatiivinen varaus kylvyn pH:ssa, mikä mahdollistaa niiden adsorboitumisen katodin pintaan ja alentaa pintajännitystä vetykaasukuplan kiinnittymisen estämiseksi.
Liuoksessa oleva rauta-rauta sisältää +3 varausta. Se sitoutuu voimakkaasti negatiivisesti varautuneisiin pinta-aktiivisten aineiden pääryhmiin. Yksi ferri-ioni voi sitoa kaksi tai kolme pinta-aktiivista molekyyliä. Tuloksena olevalla kompleksilla on suurempi molekyylipaino, suurempi pinta-aktiivisuus ja suurempi vaahtoa -stabiloiva kyky kuin yksittäisillä pinta-aktiivisten aineiden molekyyleillä.
Kompleksi poistaa myös pinta-aktiivisen aineen aiotusta tehtävästään. Rautaan sitoutuneita pinta-aktiivisia molekyylejä ei ole saatavilla katodin pinnan kastelemiseen. Tehokas kostutusainepitoisuus pienenee, vaikka vaahto lisääntyy. Käyttäjät voivat reagoida siihen lisäämällä kostutusainetta, joka tuottaa enemmän molekyylejä raudalle monimutkaiseksi, mikä pahentaa vaahto-ongelmaa itsevahvistavassa syklissä.
PTFE: Vaahtosyklin katkaiseminen lähteellä
PTFE-lämmönvaihdin ei vapauta metalli-ioneja, koska se ei sisällä metallia. Fluoripolymeeri on puhdasta hiiltä ja fluoria. Ei ole korroosiota, ei liukenemista eikä vaahtoa{2}} stabiloivia metalli-ioneja.
Tämän jatkuvan metalli-ionilähteen poistaminen palauttaa kylvyn luonnollisen vaahdon dynamiikan. Kostutusaine suorittaa aiotun tehtävänsä katodin pinnalla ilman, että liuenneet metallit sitovat sitä. Vaahtoamisenestoaine säätelee normaaleja vaahtotasoja ilman metallikontaminaation vaatimaa lisääntyvää annosta. Vaahtoamisenesto-hiilikäsittely palaa normaaliin huoltoaikatauluun.
Kylpykemia stabiloituu. Kostutusaineiden ja -vaahtoamisenestoaineiden lisäykset tulevat ennustettavissa ampeeri{2}}tuntimäärän perusteella sen sijaan, että ne reagoivat vaahtotapahtumiin. Kustannussäästöt, jotka johtuvat alentuneesta kemikaalien kulutuksesta, vähäisestä hiilikäsittelystä ja pienemmästä siivoustyöstä, vaikuttavat PTFE:n takaisinmaksun laskemiseen.
Yhteenveto
PTFE-lämmönvaihtimet estävät kylvyn vaahtoutumisongelmia poistamalla vaahtoa{0}}stabiloivien metalli-ionien lähteen. Syövyttävät metallikelat vapauttavat rauta- ja kromi-ioneja, jotka silloittavat pinta-aktiivisten aineiden molekyylejä, vahvistavat kuplakalvoja ja vastustavat -vaahtoamista. Lisääntyneen vaahdonesto-ja hiilikäsittelyn kiihtyvä sykli katkeaa, kun metalli-ionilähde poistetaan.
Nolla-korroosiota sisältävä PTFE-pinta säilyttää vakaan kylvyn kemian, ennustettavan kemikaalien kulutuksen ja hallittavissa olevan vaahtotason. Vaahtoamisenesto- ja kostutusainekustannusten aleneminen yhdistettynä hiilen käsittelytiheyden vähentämiseen edistävät merkittävästi PTFE-konversiosta saatavia käyttösäästöjä.
Tekninen analyysi PTFE-lämmönvaihtimien spesifikaatioista vaahtoavissa-pinnoituskylpyissä on saatavilla, kun hauteen kemiat, nykyiset vaahdonesto--vaahdonesto- ja kostutusaineiden kulutusasteet, vaahtoon- liittyvät seisokit ja hiilikäsittelyn tiheys ovat saatavilla.
