Pumppauskustannusongelma liuotuspiireissä
Hydrometallurgiset liuotuspiirit kuljettavat aggressiivisia happoliuoksia kilometrien pituisten putkistojen, reaktoreiden ja lämmönvaihtimien läpi. Pumppauskustannukset muodostavat merkittävän toimintakulun. Jokainen lämmönvaihtimen painehäviö lisää energialaskua.
Metalliset lämmönvaihtimet kehittävät sisäistä pintakarheutta korroosion edetessä. Se, mikä alkaa sileänä putken sisäpuolelta, hajoaa kuoppaiseksi, skaalatuksi pinnaksi, jonka kitkakertoimet ovat moninkertaisia suunnitteluarvoja suuremmat. Pumpun poistopaine nousee virtauksen ylläpitämiseksi. Energiankulutus nousee. Lopulta piiri ei voi saavuttaa suunniteltuja virtausnopeuksia ilman pumpun päivityksiä.
Ongelma pahenee ajan myötä. Korroosio karheuttaa pintoja. Karkeat pinnat lisäävät kitkaa. Suurempi kitka vaatii enemmän pumppausenergiaa. Takaisinkytkentäsilmukka kiihtyy, kunnes huoltotoimenpiteet korvaavat vaihtimen.
Pinnan karheus ja kitkakerroin
Lämmönvaihdinputkien paineen lasku seuraa Darcy{0}}Weisbach-suhdetta. Pyörteisessä virtauksessa kitkakerroin riippuu pinnan karheudesta suhteessa putken halkaisijaan. Uuden ruostumattoman teräsputken, jonka karheus on 0,0015 mm, Darcy-kitkakerroin on noin 0,019. Kahden vuoden happoliuotuspalvelun jälkeen pinnan pistekorvaus lisää karheutta 0,05 mm:iin, mikä lähes kaksinkertaistaa kitkakertoimen.
Lopputuloksena on lisääntynyt pumpun nostokorkeuden tarve. Piiri, joka on suunniteltu 3 baarin painehäviöön lämmönvaihtimen läpi asennuksen yhteydessä, saattaa vaatia 5 baaria sen jälkeen, kun korroosio karheuttaa pintaa. Pumpun on työskenneltävä kovemmin ja kuluttaa 60-70 % enemmän energiaa samalla virtauksella.
Taulukko 1: Pinnan karheuden ja painehäviön vertailu uuttopiirin lämmönvaihtimissa
| Putken materiaali | Alkukarheus (mm) | Epätasaisuus 2 vuoden jälkeen (mm) | Suhteellisen paineen laskun nousu |
|---|---|---|---|
| SS 316L HCl-uutossa | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| Titaani H2SO₂-uutossa | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE (neitsyt) | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
Tiedot julkaistuista putken kitkataulukoista ja kenttämittauksista kuparin ja nikkelin liuotusoperaatioissa.
PTFE Smooth-Bore Advantage
PTFE-putken alustan pinnan karheus on noin 0,0013 mm, mikä on verrattavissa vedettyyn metalliputkeen. Kriittinen ero on, että tämä karheus ei koskaan kasva. PTFE ei syöpy, kuoppa tai hilseile. Sisäpinta viiden vuoden happokäytön jälkeen on identtinen ensimmäisen päivän pinnan kanssa.
PTFE:n alhainen pintaenergia tarjoaa ylimääräisen toiminnallisen edun. Metallipintoihin tarttuvilla kalkkia muodostavilla yhdisteillä on taipumus irrottaa PTFE:tä. Kalsiumsulfaatti, metallihydroksidit ja muut sakat löytävät vähemmän nukleaatiokohtia fluoripolymeerin pinnalla.
Painehäviö PTFE-lämmönvaihtimessa pysyy vakaana koko sen käyttöiän ajan. Asennuksen yhteydessä tehdyt pumpun mitoituslaskelmat ovat voimassa vuosia myöhemmin. Pumppauksen energiankulutus ei ajaudu ylöspäin. Piirin virtausnopeudet pysyvät suunnitteluarvoissa ilman pumpun nopeuden lisäyksiä.
Asettelun joustavuus vähentää järjestelmän paineen laskua
Pitkäkestoiset liuotuspiirit vaativat usein lämmönvaihtimia paikoissa, joita olemassa olevat rakenteet, säiliöjärjestelyt ja putkistot rajoittavat. Metalliset vaihtimet, joissa on kiinteä kuori-ja-putkikokoonpano, pakottavat putkistoihin kompromisseja, jotka lisäävät mutkia, mutkia ja lisää pituutta.
Joustavat PTFE-upotuskelat voidaan konfiguroida sopimaan suoraan olemassa oleviin säiliöihin tai kanaviin, mikä eliminoi ulkoiset vaippa{0}}ja-putkivaihtimet ja niihin liittyvät paineen putoaminen kokonaan. Kierukka yksinkertaisesti uppoaa uuttoliuokseen. Ainoa painehäviö on sisäinen höyry- tai kuumavesipiiri, joka on minimaalinen.
Kun tarvitaan ulkoisia PTFE-lämmönvaihtimia, kevyet fluoripolymeeriniput yksinkertaistavat tukirakenteita ja vähentävät metallinvaihtimien kanssa yleisten raskaiden putkitukien ja laajennussilmukoiden tarvetta pitkillä ajoilla.
Kenttähavaintoja kuparin liuotusoperaatiosta
Kuparikasan uuttoliuottimen uuttolaitos korvasi kaksi vaippa{0}}ja-putkia ruostumattomasta teräksestä valmistettua lämmönvaihdinta PTFE-upotuskääreillä, jotka asetettiin suoraan raskaaseen uuttoliuossäiliöihin. Ruostumattomat vaihtimet olivat kehittäneet sisäistä karheutta kolmen vuoden aikana, mikä nosti piirin paineen pudotuksen 2,8 baarista 4,6 baariin.
Pumppujen energiankulutus oli noussut 55 % samana ajanjaksona. Vaihtamisen jälkeen piirin painehäviö palasi 2,7 baariin PTFE-käämeillä. Pumpun energiankulutus putosi takaisin lähelle-alkuperäistä tasoa. Pelkästään vuotuiset pumppaussähkön säästöt saivat takaisin 40 % PTFE-kelan pääomakustannuksista ensimmäisenä vuonna.
Yhteenveto
Syövytyt metallilämmönvaihtimet lisäävät painehäviötä liuotuspiireissä progressiivisen pinnan karhentamisen ansiosta. Suurempi kitka vaatii enemmän pumppausenergiaa, mikä nostaa käyttökustannuksia jatkuvasti vaihtoon asti.
PTFE-lämmönvaihtimet säilyttävät alkuperäisen sileän pintansa loputtomiin. Painehäviö pysyy vakiona. Pumpun energiankulutus ei poikkea. Upotuskäämien konfiguraatioiden joustavuus voi eliminoida ulkoisen vaihtimen painehäviön kokonaan sijoittamalla lämmönsiirtopinnan suoraan prosessisäiliöihin.
Lämmönvaihtimen vaihtoa arvioivien liuotusoperaatioiden osalta tekninen analyysi on saatavilla, kun virtapiirin painehäviötiedot, virtausnopeudet, uuttoliuoksen kemia ja käytettävissä olevat lämpöväliainetiedot on toimitettu.
