Problém ničenia aditív
Kyslé pomeďovacie kúpele obsahujú organické prísady-zosvetľovače, vyrovnávače a zmáčadlá{1}}, ktoré sú nevyhnutné na vytváranie hladkých a žiarivých usadenín. Tieto prísady sú citlivé na teplo. Ich degradácia sa rýchlo zrýchľuje nad 50 stupňov. Avšak parou-ohrievaná ponorná špirála, ktorá udržuje teplotu kúpeľa na 25-30 stupňoch, má teplotu steny rúrky oveľa vyššiu – zvyčajne 80-100 stupňov pre kovovú špirálu.
Každý liter kúpeľa, ktorý cirkuluje okolo horúceho kovového povrchu špirály, zažije tepelný impulz, ktorý zničí zlomok obsahu aditíva. Prísady sa rozkladajú na mastné zvyšky, ktoré kontaminujú kúpeľ a musia sa odstrániť úpravou uhlíkom. Nepretržité ničenie vyžaduje neustále dopĺňanie aditív, čím sa zvyšujú náklady na chemikálie a vytvára sa záťaž na údržbu.
Výmenník tepla z PTFE pracuje s výrazne nižšou teplotou vonkajšej steny ako kovový výmenník pri rovnakom tlaku pary. Nižšia teplota steny znižuje rýchlosť tepelného rozkladu prísad, predlžuje životnosť prísad a znižuje spotrebu chemikálií.
Rozdiel teplôt steny
Teplota vonkajšej steny ponornej špirály-vyhrievanej parou je určená teplotou nasýtenia parou, koeficientom prestupu tepla na strane procesu a tepelnou vodivosťou steny rúrky. V kovovej cievke je tepelný odpor steny rúrky zanedbateľný. Vonkajšia povrchová teplota sa približuje vnútornej teplote pary, ktorú moderuje iba koeficient-strany procesu. Pre paru 3 barg pri 143 stupňoch v kyslom medenom kúpeli pri 25 stupňoch je teplota vonkajšej steny kovovej rúrky približne 80-95 stupňov.
V PTFE cievke je tepelný odpor steny rúrky významný. Teplota klesne o 20-}30 stupňov cez 1,0 mm PTFE stenu. Vonkajšia povrchová teplota pre rovnaký tlak pary a podmienky kúpeľa je približne 55-65 stupňov - zníženie o 20-35 stupňov v porovnaní s kovovým ekvivalentom.
Toto zníženie o 20 až 35 stupňov umiestni teplotu steny PTFE oveľa bližšie k teplote kúpeľa a ďalej od prahu degradácie prísady. Rýchlosť deštrukcie tepelnej prísady, ktorá sleduje Arrheniovu kinetiku s aktivačnou energiou približne 50-80 kJ/mol, je znížená o 50-80% v porovnaní s kovovou cievkou.
| Tepelný parameter | Cievka z nehrdzavejúcej ocele | Titánová cievka | PTFE výmenník tepla |
|---|---|---|---|
| Teplota nasýtenia parou pri 3 barg (stupeň) | 143 | 143 | 143 |
| Tepelná vodivosť steny rúry (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Pokles teploty cez stenu trubice (stupeň) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Teplota vonkajšej steny ( v stupňoch ) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Relatívna rýchlosť aditívnej degradácie | 1,0 (základná hodnota) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Ročná spotreba rozjasňovača (relatívna) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Predĺženie životnosti aditíva
Znížená rýchlosť degradácie prísad predlžuje životnosť každého pridaného zjasňovača a vyrovnávacieho prostriedku. Koncentrácie prísad v kúpeli zostávajú v priebehu času stabilnejšie. Frekvencia spracovania uhlíkom na odstránenie produktov rozkladu je znížená. Kúpeľ funguje bližšie k optimálnej rovnováhe aditív po väčšiu časť svojej životnosti.
Ekonomická výhoda zahŕňa znížené nákupy aditív-zvyčajne najväčšie náklady na chemikálie pri pokovovaní kyslou medi-a nižšie náklady na úpravu uhlíkom. Pre veľkoobjemovú linku na pokovovanie kyslou mediou môže ročné zníženie nákladov na chemikálie z konverzie PTFE presiahnuť 15 000 – 30 000 USD na nádrž.
Prínos procesu je rovnako dôležitý. Stabilnejšie koncentrácie prísad vytvárajú konzistentnejšie vlastnosti povlaku-jas, ťažnosť a vyrovnanie. Zníženie akumulácie produktov rozkladu znižuje riziko defektov usadenín, ktoré spôsobujú odmietnutie a prepracovanie.
Zníženie vedľajších produktov
Keď sa organické prísady rozkladajú na horúcom kovovom povrchu, produkty rozkladu zahŕňajú olejové zvyšky, organické kyseliny a polymérne látky. Tieto vedľajšie produkty zasahujú do procesu pokovovania. Olejové zvyšky vytvárajú povrchový film, ktorý spôsobuje jamky. Organické kyseliny posúvajú pH kúpeľa. Polymérne druhy sa začleňujú do ložiska, čím sa znižuje ťažnosť.
Nižšia teplota steny PTFE nielen znižuje celkové množstvo produktov rozkladu, ale posúva aj cestu rozkladu. Pri nižších teplotách aditíva podliehajú menej úplnému rozkladu, čím vzniká menej najškodlivejších vedľajších produktov. Produkty rozkladu, ktoré sa vytvoria, sú s väčšou pravdepodobnosťou prchavé a uniknú z kúpeľa, než aby sa hromadili ako neprchavé zvyšky.
Zhrnutie
Výmenník tepla z PTFE znižuje tepelnú degradáciu organických prísad v kyslom pomedení tým, že pracuje s teplotou vonkajšej steny o 20 až 35 stupňov nižšou ako pri ekvivalente kovu. Nižšia teplota steny ako dôsledok tepelného odporu PTFE znižuje rýchlosť rozkladu aditíva o 50-80%. Spotreba aditív klesá, frekvencia spracovania uhlíka sa znižuje a kvalita nánosov sa stáva konzistentnejšou. Ročná úspora nákladov na chemikálie vďaka predĺženej životnosti aditíva je významnou súčasťou obchodného prípadu konverzie PTFE.
Technická podpora pre špecifikáciu výmenníka tepla PTFE v kúpeľoch na aditívne{0}}pokovovanie je k dispozícii po predložení chémie kúpeľa, prevádzkovej teploty, aktuálnej spotreby aditíva a tlaku pary.
