Проблема адитивного руйнування
Ванни для кислотного міднення містять органічні добавки-відбілювачі, вирівнювачі та зволожувачі-, які необхідні для створення гладких яскравих відкладень. Ці добавки термочутливі. Їх деградація швидко прискорюється вище 50 градусів. Проте занурювальний змійовик із паровим{6}}нагріванням, який підтримує температуру ванни на рівні 25-30 градусів, має набагато вищу температуру стінки труби – як правило, 80-100 градусів для металевого змійовика.
Кожен літр ванни, який циркулює повз гарячу металеву поверхню змійовика, відчуває тепловий імпульс, який руйнує частку вмісту добавки. Добавки розкладаються на маслянисті залишки, які забруднюють ванну і повинні бути видалені обробкою вуглецем. Безперервне руйнування вимагає постійного поповнення присадок, збільшення витрат на хімікати та створення тягаря обслуговування.
Теплообмінник з ПТФЕ працює зі значно нижчою температурою зовнішньої стінки, ніж металевий теплообмінник за такого ж тиску пари. Нижча температура стінки знижує швидкість термічного розкладання добавки, подовжуючи термін служби добавки та зменшуючи споживання хімікатів.
Різниця температур стіни
Температура зовнішньої стінки занурювального змійовика з паровим{0}}нагріванням визначається температурою насичення парою, коефіцієнтом теплопередачі на стороні процесу та теплопровідністю стінки труби. У металевому змійовику термічний опір стінки трубки незначний. Температура зовнішньої поверхні наближається до внутрішньої температури пари, пом’якшуваної лише коефіцієнтом плівки-збоку процесу. Для пари під тиском 3 бар при 143 градусах у кислій мідній ванні при 25 градусах температура зовнішньої стінки металевої труби становить приблизно 80-95 градусів.
У змійовику з PTFE термічний опір стінки труби є значним. Температура падає на 20-30 градусів на 1,0-мм стіні з ПТФЕ. Температура зовнішньої поверхні для того самого тиску пари та умов ванни становить приблизно 55-65 градусів - зниження на 20-35 градусів порівняно з металевим еквівалентом.
Це зниження на 20-35 градусів розташовує температуру стінки PTFE набагато ближче до температури ванни та далі від порогу деградації добавки. Швидкість руйнування термічної добавки, яка відповідає кінетиці Арреніуса з енергією активації приблизно 50-80 кДж/моль, знижується на 50-80% порівняно з металевою котушкою.
| Термічний параметр | Котушка з нержавіючої сталі | Титанова котушка | PTFE теплообмінник |
|---|---|---|---|
| Температура насичення пари при 3 бар (градус) | 143 | 143 | 143 |
| Теплопровідність стінки труби (Вт/м·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Перепад температури на стінці труби (градус) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Температура зовнішньої стіни (градус) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Відносна адитивна швидкість деградації | 1.0 (базова лінія) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Річне споживання відбілювача (відносне) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
Адитивне подовження життя
Знижена швидкість розкладання добавки продовжує термін служби кожного доданого освітлювача та вирівнювача. Концентрації добавок у ванні з часом залишаються більш стабільними. Скорочується частота обробки вуглецем для видалення продуктів розкладання. Ванна працює ближче до свого оптимального балансу добавок протягом більшої частини терміну служби.
Економічна вигода включає зменшення закупівель добавок-зазвичай найбільших хімічних витрат на кислотне міднення-та зниження витрат на обробку вуглецем. Для великої -лінії кислотного міднення річне скорочення витрат на хімічні речовини внаслідок перетворення PTFE може перевищувати 15 000–30 000 доларів США за бак.
Вигода процесу не менш важлива. Більш стабільні концентрації добавок забезпечують стабільніші властивості відкладень-яскравість, пластичність і вирівнювання. Зменшення накопичення продуктів розкладання зменшує ризик дефектів відкладень, які спричиняють відмову та повторну обробку.
Зменшення побічних продуктів
Коли органічні добавки розкладаються на гарячій металевій поверхні, продукти розкладання включають маслянисті залишки, органічні кислоти та полімерні речовини. Ці побічні продукти заважають процесу покриття. Маслянисті залишки утворюють поверхневу плівку, яка викликає ямки. Органічні кислоти змінюють pH ванни. Полімерні види вбудовуються в осад, знижуючи пластичність.
Нижча температура стінки PTFE не тільки зменшує загальну кількість продуктів розкладання, але й зміщує шлях розкладання. При нижчих температурах добавки піддаються менш повному розкладанню, утворюючи менше найбільш шкідливих побічних продуктів. Продукти розкладання, які утворюються, швидше за все, будуть леткими та вийдуть із ванни, а не накопичуватимуться у вигляді не-летких залишків.
Резюме
PTFE теплообмінник зменшує термічну деградацію органічних добавок у кислотному мідненні, працюючи з температурою зовнішньої стінки на 20-35 градусів нижчою, ніж металевий еквівалент. Нижча температура стінки, що є наслідком термостійкості PTFE, знижує швидкість розкладання добавки на 50-80%. Споживання добавки зменшується, частота обробки вугіллям зменшується, а якість наносу стає стабільнішою. Річна економія витрат на хімічні речовини завдяки збільшеному терміну експлуатації присадок є важливою складовою бізнес-обґрунтування конверсії PTFE.
Технічна підтримка для специфікацій теплообмінника PTFE у ваннах із-чутливим до добавок покриттям доступна після надання хімічного складу ванни, робочої температури, поточної витрати добавки та тиску пари.
