Problem razaranja aditiva
Kupke sa kiselim bakrom sadrže organske aditive-izbjeljivače, izravnače i sredstva za vlaženje-koji su neophodni za stvaranje glatkih, svijetlih naslaga. Ovi aditivi su termički osjetljivi. Njihova degradacija se brzo ubrzava iznad 50 stepeni. Ipak, parom{6}}zagrijani uranjajući kalem koji održava kupku na 25-30 stepeni ima temperaturu zida cijevi daleko veću – tipično 80-100 stepeni za metalni namotaj.
Svaka litra kupke koja kruži pored vruće metalne površine zavojnice doživljava termalni impuls koji uništava djelić svog sadržaja aditiva. Aditivi se raspadaju u uljane ostatke koji zagađuju kadu i moraju se ukloniti obradom ugljikom. Kontinuirano uništavanje zahtijeva kontinuirano dopunjavanje aditiva, povećanje troškova kemikalija i stvaranje tereta održavanja.
PTFE izmjenjivač topline radi sa znatno nižom temperaturom vanjskog zida od metalnog izmjenjivača pri istom pritisku pare. Niža temperatura zida smanjuje stopu termičke razgradnje aditiva, produžava vijek trajanja aditiva i smanjuje potrošnju kemikalija.
Razlika u temperaturi zida
Temperatura vanjskog zida parom{0}}zagrijanog zavojnice za uranjanje određena je temperaturom zasićenja parom, koeficijentom prijenosa topline na strani procesa i toplinskom provodljivošću stijenke cijevi. U metalnoj zavojnici, toplinski otpor stijenke cijevi je zanemariv. Temperatura vanjske površine približava se unutrašnjoj temperaturi pare, moderirano samo koeficijentom filma-bočne strane procesa. Za paru od 3 bara na 143 stepena u kiseloj bakrenoj kupki na 25 stepeni, temperatura spoljnog zida metalne cevi je približno 80-95 stepeni.
U PTFE zavojnici, toplotni otpor zida cijevi je značajan. Temperatura pada za 20-30 stepeni preko 1,0 mm PTFE zida. Temperatura spoljne površine za isti pritisak pare i uslove kupatila je približno 55-65 stepeni - smanjenje od 20-35 stepeni u odnosu na metalni ekvivalent.
Ovo smanjenje od 20-35 stepeni stavlja temperaturu PTFE zida mnogo bliže temperaturi kupatila i dalje od praga razgradnje aditiva. Brzina razaranja termičkog aditiva, koja prati Arrheniusovu kinetiku sa energijom aktivacije od približno 50-80 kJ/mol, smanjena je za 50-80% u poređenju sa metalnom zavojnicom.
| Thermal Parameter | Namotaj od nerđajućeg čelika | Titanium Coil | PTFE izmjenjivač topline |
|---|---|---|---|
| Temperatura zasićenja parom na 3 barg (stepeni) | 143 | 143 | 143 |
| Toplotna provodljivost zida cijevi (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Pad temperature preko zida cijevi (stepen) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Temperatura spoljnog zida (stepen) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Relativna brzina razgradnje aditiva | 1.0 (osnovni) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Godišnja potrošnja posvjetljivača (relativna) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Aditivno produženje života
Smanjena stopa razgradnje aditiva produžava vijek trajanja svakog dodatka posvjetljivača i izravnavača. Koncentracije aditiva u kadi ostaju stabilnije tokom vremena. Učestalost obrade ugljikom za uklanjanje produkata raspadanja je smanjena. Kupatilo radi bliže svom optimalnom balansu aditiva za veći dio svog radnog vijeka.
Ekonomska korist uključuje smanjenu kupovinu aditiva-obično najveći trošak hemikalija u kiselom bakrenju-i smanjene troškove tretmana ugljikom. Za-linije za kiselo bakreno polaganje velike količine, godišnje smanjenje troškova hemikalija od PTFE konverzije može premašiti 15.000-30.000 USD po rezervoaru.
Korist od procesa je podjednako važna. Stabilnije koncentracije aditiva proizvode konzistentnije osobine depozita-svijetlinu, duktilnost i nivelaciju. Smanjenje akumulacije proizvoda raspadanja smanjuje rizik od oštećenja depozita koji uzrokuju odbacivanje i preradu.
Smanjenje nusproizvoda
Kada se organski aditivi raspadaju na vrućoj metalnoj površini, proizvodi raspadanja uključuju uljane ostatke, organske kiseline i polimerne vrste. Ovi nusproizvodi ometaju proces presvlačenja. Uljni ostaci formiraju površinski film koji uzrokuje rupice. Organske kiseline mijenjaju pH kupke. Polimerne vrste se ugrađuju u naslage, smanjujući duktilnost.
Niža temperatura zida PTFE-a ne samo da smanjuje ukupnu količinu proizvoda razgradnje, već i pomera put razgradnje. Na nižim temperaturama, aditivi se manje potpuno raspadaju, proizvodeći manje najštetnijih nusproizvoda. Vjerovatnije je da će proizvodi razgradnje koji se formiraju biti isparljivi i pobjeći iz kupke, umjesto da se akumuliraju kao ne-neisparljivi ostaci.
Rezime
PTFE izmjenjivač topline smanjuje termičku degradaciju organskih aditiva u kiselom bakrenom sloju radeći s temperaturom vanjskog zida 20-35 stupnjeva nižom od metalnog ekvivalenta. Niža temperatura zida, kao posljedica termičke otpornosti PTFE-a, smanjuje stopu razlaganja aditiva za 50-80%. Potrošnja aditiva se smanjuje, učestalost obrade ugljikom je smanjena, a kvalitet naslaga postaje dosljedniji. Godišnja ušteda troškova hemikalija usled produženog veka trajanja aditiva je značajna komponenta poslovnog slučaja konverzije PTFE.
Inženjerska podrška za specifikaciju PTFE izmjenjivača topline u kupatilima osjetljivim na aditiv-osetljive na aditive je dostupna nakon podnošenja hemijskih podataka kupatila, radne temperature, trenutnih stopa potrošnje aditiva i pritiska pare.
