ปัญหาการทำลายสารเติมแต่ง
อ่างชุบทองแดงด้วยกรดมีสารเติมแต่งอินทรีย์-สารเพิ่มความสดใส สารปรับระดับ และสารทำให้เปียก- ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างคราบที่เรียบเนียนและสว่าง สารเติมแต่งเหล่านี้ไวต่อความร้อน การย่อยสลายจะเร่งขึ้นอย่างรวดเร็วเหนือ 50 องศา แต่คอยล์จุ่มร้อนด้วยไอน้ำ-ซึ่งคงอุณหภูมิอ่างไว้ที่ 25-30 องศา ก็มีอุณหภูมิผนังท่อสูงกว่ามาก โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 80-100 องศาสำหรับคอยล์โลหะ
อ่างทุกลิตรที่ไหลเวียนผ่านพื้นผิวขดโลหะร้อนจะพบกับจังหวะความร้อนที่ทำลายสารเติมแต่งเพียงเล็กน้อย สารเติมแต่งจะสลายตัวเป็นคราบน้ำมันที่ปนเปื้อนในอ่างอาบน้ำ และต้องกำจัดออกด้วยการบำบัดด้วยคาร์บอน การทำลายล้างอย่างต่อเนื่องจำเป็นต้องมีการเติมสารเติมแต่งอย่างต่อเนื่อง ทำให้ต้นทุนสารเคมีเพิ่มขึ้น และสร้างภาระในการบำรุงรักษา
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ทำงานโดยมีอุณหภูมิผนังภายนอกต่ำกว่าตัวแลกเปลี่ยนโลหะที่แรงดันไอน้ำเท่ากันอย่างมาก อุณหภูมิผนังด้านล่างจะช่วยลดอัตราการสลายตัวเนื่องจากความร้อนของสารเติมแต่ง ยืดอายุของสารเติมแต่ง และลดการใช้สารเคมี
ความแตกต่างของอุณหภูมิผนัง
อุณหภูมิผนังภายนอกของคอยล์ร้อนแบบแช่ไอน้ำ-ถูกกำหนดโดยอุณหภูมิอิ่มตัวของไอน้ำ ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ด้านกระบวนการ และค่าการนำความร้อนของผนังท่อ ในขดลวดโลหะ ความต้านทานความร้อนที่ผนังท่อมีน้อยมาก อุณหภูมิพื้นผิวภายนอกจะเข้าใกล้อุณหภูมิไอน้ำภายใน ซึ่งจะถูกกลั่นกรองโดยกระบวนการ-ค่าสัมประสิทธิ์ฟิล์มด้านข้างเท่านั้น สำหรับไอน้ำ 3 barg ที่อุณหภูมิ 143 องศาในอ่างทองแดงที่เป็นกรดที่อุณหภูมิ 25 องศา อุณหภูมิผนังภายนอกของท่อโลหะจะอยู่ที่ประมาณ 80-95 องศา
ในขดลวด PTFE ความต้านทานความร้อนที่ผนังท่อมีความสำคัญ อุณหภูมิลดลง 20-30 องศา ตลอดผนัง PTFE 1.0 มม. อุณหภูมิพื้นผิวภายนอกสำหรับแรงดันไอน้ำและสภาวะอ่างเดียวกันจะอยู่ที่ประมาณ 55-65 องศา - ลดลง 20-35 องศาจากค่าเทียบเท่าโลหะ
การลดลง 20-35 องศานี้จะทำให้อุณหภูมิผนัง PTFE ใกล้เคียงกับอุณหภูมิอ่างมากขึ้น และอยู่ไกลจากเกณฑ์การย่อยสลายด้วยสารเติมแต่ง อัตราการทำลายสารเติมแต่งเนื่องจากความร้อนซึ่งเป็นไปตามจลนศาสตร์ของ Arrhenius ที่มีพลังงานกระตุ้นประมาณ 50-80 กิโลจูล/โมล จะลดลง 50-80% เมื่อเทียบกับขดลวดโลหะ
| พารามิเตอร์ความร้อน | คอยล์สแตนเลส | คอยล์ไทเทเนียม | เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE |
|---|---|---|---|
| อุณหภูมิอิ่มตัวของไอน้ำที่ 3 barg ( องศา ) | 143 | 143 | 143 |
| ค่าการนำความร้อนที่ผนังท่อ (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| อุณหภูมิตกคร่อมผนังท่อ (องศา) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| อุณหภูมิผนังภายนอก (องศา) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| อัตราการย่อยสลายของสารเติมแต่งสัมพัทธ์ | 1.0 (พื้นฐาน) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| ปริมาณการใช้สารเพิ่มความสดใสต่อปี (สัมพันธ์) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
การยืดอายุสารเติมแต่ง
อัตราการย่อยสลายของสารเติมแต่งที่ลดลงจะช่วยยืดอายุของสารเพิ่มความสดใสและการเติมสารปรับระดับแต่ละชนิด ความเข้มข้นของสารเติมแต่งในอ่างจะยังคงมีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ความถี่ของการบำบัดคาร์บอนเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวจะลดลง อ่างจะทำงานใกล้กับสมดุลสารเติมแต่งที่เหมาะสมที่สุดเพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า
ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจประกอบด้วยการซื้อสารเติมแต่งที่ลดลง-โดยทั่วไปแล้วต้นทุนเคมีที่ใหญ่ที่สุดในการชุบทองแดงด้วยกรด- และต้นทุนการบำบัดคาร์บอนที่ลดลง สำหรับสายการชุบทองแดงกรดที่มีปริมาณสูง- การลดต้นทุนสารเคมีต่อปีจากการแปลง PTFE อาจเกิน 15,000-30,000 เหรียญสหรัฐฯ ต่อถัง
ประโยชน์ของกระบวนการก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน ความเข้มข้นของสารเติมแต่งที่เสถียรมากขึ้นจะทำให้คุณสมบัติของการสะสมตัวสม่ำเสมอมากขึ้น-ความสว่าง ความเหนียว และการปรับระดับ การลดการสะสมผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวจะช่วยลดความเสี่ยงของข้อบกพร่องที่เกิดจากคราบสะสมที่ทำให้เกิดการปฏิเสธและการทำงานซ้ำ
การลดผลพลอยได้
เมื่อสารเติมแต่งอินทรีย์สลายตัวบนพื้นผิวโลหะที่ร้อน ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวจะรวมถึงสิ่งตกค้างที่เป็นมัน กรดอินทรีย์ และสายพันธุ์โพลีเมอร์ ผลพลอยได้เหล่านี้รบกวนกระบวนการชุบ สารตกค้างจากน้ำมันจะก่อตัวเป็นแผ่นฟิล์มบนพื้นผิวที่ทำให้เกิดหลุม กรดอินทรีย์จะเปลี่ยนค่า pH ของอ่างอาบน้ำ สายพันธุ์โพลีเมอร์จะรวมเข้ากับตะกอน ช่วยลดความเหนียว
อุณหภูมิผนังด้านล่างของ PTFE ไม่เพียงแต่ช่วยลดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนเส้นทางการสลายตัวอีกด้วย ที่อุณหภูมิต่ำกว่า สารเติมแต่งจะเกิดการสลายตัวที่สมบูรณ์น้อยลง ทำให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นอันตรายมากที่สุดน้อยลง ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวซึ่งก่อตัวมีแนวโน้มที่จะระเหยและหลุดออกจากอ่างได้ง่ายกว่าการสะสมเป็นสารตกค้างที่ไม่ระเหย{2}}
สรุป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ช่วยลดการเสื่อมสลายทางความร้อนของสารอินทรีย์ในการชุบทองแดงกรดโดยการทำงานที่อุณหภูมิผนังภายนอกต่ำกว่าอุณหภูมิเทียบเท่าโลหะ 20-35 องศา อุณหภูมิผนังด้านล่างซึ่งเป็นผลมาจากความต้านทานความร้อนของ PTFE ช่วยลดอัตราการสลายตัวของสารเติมแต่งลง 50-80% การใช้สารเติมแต่งลดลง ความถี่ในการบำบัดคาร์บอนลดลง และคุณภาพของคราบจะสม่ำเสมอมากขึ้น การประหยัดต้นทุนสารเคมีรายปีจากอายุการใช้งานของสารเติมแต่งที่ขยายออกไปถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรณีธุรกิจการแปลง PTFE
การสนับสนุนทางวิศวกรรมสำหรับข้อกำหนดคุณสมบัติการแลกเปลี่ยนความร้อนของ PTFE ในอ่างชุบที่ไวต่อสารเติมแต่ง-นั้นมีให้เมื่อส่งเคมีของอ่าง อุณหภูมิการทำงาน อัตราการใช้สารเติมแต่งในปัจจุบัน และแรงดันไอน้ำ
