Problema distrugerii aditivilor
Băile de placare cu cupru acid conțin aditivi organici-închiritori, nivelanți și agenți de umectare-care sunt esențiali pentru producerea depunerilor netede și strălucitoare. Acești aditivi sunt sensibili termic. Degradarea lor se accelerează rapid peste 50 de grade. Cu toate acestea, serpentina de imersie încălzită cu abur care menține baia la 25-30 de grade are o temperatură a peretelui tubului mult mai mare, de obicei 80-100 de grade pentru o bobină metalică.
Fiecare litru de baie care circulă pe lângă suprafața bobinei metalice fierbinte experimentează un impuls termic care distruge o fracțiune din conținutul său de aditiv. Aditivii se descompun în reziduuri uleioase care contaminează baia și trebuie îndepărtați prin tratament cu carbon. Distrugerea continuă necesită completarea continuă cu aditivi, creșterea costurilor chimice și creând o sarcină de întreținere.
Un schimbător de căldură PTFE funcționează cu o temperatură semnificativ mai scăzută a peretelui exterior decât un schimbător metalic la aceeași presiune a aburului. Temperatura mai scăzută a peretelui reduce rata de descompunere termică aditivă, prelungind durata de viață a aditivului și reducând consumul de substanțe chimice.
Diferența de temperatură a peretelui
Temperatura peretelui extern al unei serpentine de imersie încălzită cu abur-este determinată de temperatura de saturație a aburului, de coeficientul de transfer de căldură din partea procesului și de conductivitatea termică a peretelui tubului. Într-o bobină metalică, rezistența termică a peretelui tubului este neglijabilă. Temperatura suprafeței exterioare se apropie de temperatura internă a aburului, moderată doar de coeficientul filmului-de proces. Pentru 3 barg de abur la 143 de grade într-o baie de cupru acid la 25 de grade, temperatura peretelui exterior al tubului metalic este de aproximativ 80-95 de grade.
Într-o bobină PTFE, rezistența termică a peretelui tubului este semnificativă. Temperatura scade cu 20-30 de grade pe peretele de PTFE de 1,0 mm. Temperatura suprafeței exterioare pentru aceeași presiune a aburului și condiții de baie este de aproximativ 55-65 grade - o reducere de 20-35 grade față de echivalentul metalic.
Această reducere cu 20-35 de grade plasează temperatura peretelui PTFE mult mai aproape de temperatura băii și mai departe de pragul de degradare aditivă. Rata distrugerii aditivilor termici, care urmeaza cinetica lui Arrhenius cu o energie de activare de aproximativ 50-80 kJ/mol, este redusa cu 50-80% fata de bobina metalica.
| Parametru termic | Bobina din oțel inoxidabil | Bobina de titan | Schimbător de căldură PTFE |
|---|---|---|---|
| Temperatura de saturație a aburului la 3 barg (grade) | 143 | 143 | 143 |
| Conductibilitatea termică a peretelui tubului (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Scădere de temperatură pe peretele tubului (grade) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Temperatura peretelui exterior (grade) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Rata relativă de degradare aditivă | 1.0 (linie de bază) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Consumul anual de strălucitor (relativ) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Extensia de viață aditivă
Rata redusă de degradare a aditivilor prelungește durata de viață a fiecărei adaosuri de strălucitor și nivelator. Concentrațiile de aditivi în baie rămân mai stabile în timp. Frecvența tratamentului cu carbon pentru îndepărtarea produșilor de descompunere este redusă. Baia funcționează mai aproape de echilibrul optim de aditivi pentru o parte mai mare a duratei sale de funcționare.
Beneficiul economic include reducerea achizițiilor de aditivi-de obicei cel mai mare cost chimic în placarea cu cupru acid-și reducerea costurilor de tratare a carbonului. Pentru o linie de placare cu cupru acid cu volum mare-, reducerea anuală a costurilor chimice din conversia PTFE poate depăși 15.000-30.000 USD per rezervor.
Beneficiul procesului este la fel de important. Concentrații mai stabile de aditiv produc proprietăți mai consistente de depozit-luminozitate, ductilitate și nivelare. Reducerea acumulării de produs de descompunere reduce riscul apariției defectelor de depozit care provoacă respingere și reprelucrare.
Reducerea produselor secundare
Când aditivii organici se descompun pe o suprafață metalică fierbinte, produsele de descompunere includ reziduuri uleioase, acizi organici și specii polimerice. Aceste produse secundare interferează cu procesul de placare. Reziduurile uleioase formează o peliculă de suprafață care provoacă gropi. Acizii organici modifică pH-ul băii. Speciile polimerice se încorporează în depozit, reducând ductilitatea.
Temperatura mai scăzută a peretelui PTFE nu numai că reduce cantitatea totală de produși de descompunere, dar modifică și calea de descompunere. La temperaturi mai scăzute, aditivii suferă o descompunere mai puțin completă, producând mai puține dintre cele mai dăunătoare produse secundare. Produșii de descompunere care se formează sunt mai probabil să fie volatili și să scape din baie, decât să se acumuleze ca reziduuri ne-volatile.
Rezumat
Un schimbător de căldură PTFE reduce degradarea termică a aditivilor organici în placarea cu cupru acid prin funcționarea cu o temperatură a peretelui exterior cu 20-35 de grade mai mică decât un echivalent metalic. Temperatura mai scăzută a peretelui, o consecință a rezistenței termice a PTFE, reduce rata de descompunere a aditivilor cu 50-80%. Consumul de aditivi scade, frecvența de tratare a carbonului este redusă, iar calitatea depozitului devine mai consistentă. Economisirea anuală a costurilor chimice în urma duratei de viață extinse a aditivilor este o componentă semnificativă a cazului de afaceri de conversie a PTFE.
Asistența tehnică pentru specificațiile schimbătorului de căldură PTFE în băile de placare-sensibile la aditivi este disponibilă la trimiterea chimiei băii, a temperaturii de funcționare, a ratelor curente de consum de aditivi și a presiunii aburului.
