Проблемът с разрушаването на добавките
Ваните за киселинно медно покритие съдържат органични добавки-избелители, изравнители и омокрящи агенти-, които са от съществено значение за получаването на гладки, ярки отлагания. Тези добавки са термично чувствителни. Тяхното разграждане се ускорява бързо над 50 градуса. И все пак нагряваната с пара-потопяема серпентина, която поддържа ваната на 25-30 градуса, има температура на стената на тръбата много по-висока – обикновено 80-100 градуса за метална серпентина.
Всеки литър вана, който циркулира покрай повърхността на горещата метална намотка, изпитва топлинен импулс, който унищожава част от съдържанието на добавката. Добавките се разграждат в маслени остатъци, които замърсяват ваната и трябва да бъдат отстранени чрез обработка с въглен. Непрекъснатото унищожаване изисква непрекъснато попълване на добавки, увеличаване на разходите за химикали и създаване на тежест за поддръжка.
PTFE топлообменник работи със значително по-ниска температура на външната стена, отколкото метален топлообменник при същото налягане на парата. По-ниската температура на стената намалява скоростта на термичното разлагане на добавките, удължавайки живота на добавките и намалявайки потреблението на химикали.
Температурната разлика на стената
Температурата на външната стена на нагрята-потопяема серпентина се определя от температурата на насищане с пара, коефициента на топлопреминаване от страната на процеса и топлопроводимостта на стената на тръбата. В метална бобина термичното съпротивление на стената на тръбата е незначително. Температурата на външната повърхност се доближава до вътрешната температура на парата, модерирана само от коефициента на-страничния филм на процеса. За 3 barg пара при 143 градуса в киселинна медна баня при 25 градуса температурата на външната стена на металната тръба е приблизително 80-95 градуса.
В PTFE намотка топлинното съпротивление на стената на тръбата е значително. Температурата пада с 20-30 градуса през стената от 1,0 mm PTFE. Температурата на външната повърхност за същото налягане на парата и условията на банята е приблизително 55-65 градуса - намаление с 20-35 градуса спрямо металния еквивалент.
Това намаление с 20-35 градуса поставя температурата на PTFE стената много по-близо до температурата на ваната и по-далеч от прага на разграждане на добавката. Скоростта на разрушаване на термичната добавка, която следва кинетиката на Arrhenius с енергия на активиране от приблизително 50-80 kJ/mol, е намалена с 50-80% в сравнение с металната намотка.
| Термичен параметър | Намотка от неръждаема стомана | Титаниева намотка | PTFE топлообменник |
|---|---|---|---|
| Температура на насищане на пара при 3 barg (градус) | 143 | 143 | 143 |
| Топлопроводимост на стената на тръбата (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Температурен спад през стената на тръбата (градуси) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Температура на външната стена (градус) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Относителна скорост на адитивно разграждане | 1.0 (базова линия) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Годишна консумация на избелител (относителна) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Адитивното удължаване на живота
Намалената скорост на разграждане на добавката удължава живота на всяка добавка за избелване и изравняване. Концентрациите на добавките във ваната остават по-стабилни с течение на времето. Честотата на третиране с въглен за отстраняване на продуктите от разлагането е намалена. Ваната работи по-близо до своя оптимален баланс на добавките за по-голяма част от своя експлоатационен живот.
Икономическата полза включва намалени покупки на добавки-обикновено най-големите химически разходи при киселинно медно покритие-и намалени разходи за третиране с въглерод. За високо{3}}линия за киселинно медно покритие с голям обем, годишното намаляване на разходите за химикали от преобразуване на PTFE може да надхвърли $15 000-$30 000 на резервоар.
Ползата от процеса е също толкова важна. По-стабилните концентрации на добавки произвеждат по-постоянни свойства на отлаганията-яркост, пластичност и изравняване. Намаляването на натрупването на продукти от разлагането намалява риска от дефекти на депозитите, които причиняват отхвърляне и преработка.
Намаляването на страничните продукти
Когато органичните добавки се разлагат върху гореща метална повърхност, продуктите от разлагането включват маслени остатъци, органични киселини и полимерни видове. Тези странични продукти пречат на процеса на покритие. Маслените остатъци образуват повърхностен филм, който причинява вдлъбнатини. Органичните киселини изместват pH на банята. Полимерните видове се включват в депозита, намалявайки пластичността.
По-ниската температура на стената на PTFE не само намалява общото количество продукти на разлагане, но също така измества пътя на разлагане. При по-ниски температури добавките претърпяват по-малко пълно разлагане, произвеждайки по-малко от най-вредните странични продукти. По-вероятно е продуктите на разлагане, които се образуват, да бъдат летливи и да избягат от банята, вместо да се натрупват като не-летливи остатъци.
Резюме
PTFE топлообменник намалява термичното разграждане на органичните добавки при киселинно медно покритие, като работи с температура на външната стена с 20-35 градуса по-ниска от металния еквивалент. По-ниската температура на стената, следствие от термичната устойчивост на PTFE, намалява степента на разлагане на добавката с 50-80%. Консумацията на добавки намалява, честотата на третиране с въглен намалява и качеството на отлаганията става по-постоянно. Годишното спестяване на разходи за химикали от удължения живот на добавките е важен компонент от бизнес случая за преобразуване на PTFE.
Инженерна поддръжка за спецификация на PTFE топлообменник във-вани за нанасяне на чувствителни добавки е налична при подаване на химичен състав на ваната, работна температура, текущи нива на потребление на добавки и налягане на парата.
