Тайна потребления отбеливателя
Руководитель линии кислотного цинкования замечает, что расход отбеливателя растет. Шесть месяцев назад 200 мл осветлителя на 1000 ампер-часов сохраняли блеск. Теперь то же потребление приводит к образованию туманных отложений в районах с низкой-текущей-плотностью. Для ванны необходимо 300 мл для достижения приемлемого внешнего вида.
Анализ ванны исключает загрязнение. Контроль температуры выглядит нормально при 30 градусах. Однако отбеливатель исчезает быстрее, чем приходится на электрохимическое потребление. Недостающая добавка термически разлагается в месте, невидимом для регулятора температуры ванны: на поверхности теплообменника.
Проблема температуры стен
Погружные змеевики с паровым-нагревом имеют температуру поверхности, намного превышающую температуру объемной ванны. Пар при давлении 3 бара конденсируется при температуре 143 градуса внутри змеевика. Температура внешней стенки трубы зависит от коэффициента теплопередачи на стороне процесса, но в типичных условиях кислого цинка при умеренном перемешивании температура стенки колеблется от 70 до 95 градусов.
Кислотные цинковые отбеливатели-обычно альдегиды, кетоны и полиэфирные поверхностно-активные вещества-начинают термически разлагаться при температуре выше 50 градусов. При температуре стенки 70 градусов молекулы отбеливателя, контактирующие с поверхностью катушки, быстро разлагаются. Объемная ванна при температуре 30 градусов остается стабильной, но тонкий пограничный слой, прилегающий к стенке горячего змеевика, становится зоной химического разрушения.
Это объясняет тайну потребления. Осветлитель разлагается не по всему объему ванны, а избирательно на поверхности теплопередачи. Каждый литр ванны, проходящий мимо горячего змеевика, теряет часть содержания добавок в результате термического разложения.
Таблица 1: Сравнение температуры стенок и скорости разложения отбеливателя
| Материал нагревателя | Давление пара (бар изб.) | Прибл. Температура стены (градусы) | Относительная скорость разложения отбеливателя |
|---|---|---|---|
| Катушка из нержавеющей стали 316L | 3.0 | 85-95 | Высокий |
| Титановая катушка | 3.0 | 80-90 | Высокий |
| SS 316L с низким паром | 1.0 | 60-70 | Умеренный |
| Катушка из ПТФЭ | 3.0 | 55-65 | Низкий |
Температура стенок рассчитана для кислой цинковой ванны при температуре 30 градусов при умеренном перемешивании воздуха. Температура стенки ПТФЭ ниже из-за разницы теплопроводности, создающей более крутой градиент внутри стенки трубы.
Как ПТФЭ снижает температуру стенок
ПТФЭ имеет более низкую теплопроводность, чем металлы. Это свойство, которое часто рассматривается как недостаток, требующий большей площади поверхности, дает неожиданное преимущество для ванн с-наполненными добавками. Более низкая теплопроводность создает более крутой градиент температуры на стенке трубы.
Для металлического змеевика, нагретого паром-, внутренняя стенка имеет температуру 143 градуса (температура насыщения пара), а внешняя стенка - примерно 90 градусов. Падение температуры на металлической стенке толщиной 1,5 мм составляет примерно 53 градуса и сосредоточено в основном в пограничном слое снаружи трубки.
Для рулона из ПТФЭ с толщиной стенки 1,0 мм внутренняя стенка имеет угол 143 градуса, а внешняя стенка - 55-65 градусов. Более низкая теплопроводность ПТФЭ приводит к большему перепаду температуры внутри самой стенки трубы, снижая температуру внешней поверхности на 20-30 градусов по сравнению с металлом.
Эта более низкая температура поверхности ниже порога быстрого-разложения большинства кислотных цинковых отбеливателей. Молекулы присадки, контактирующие с поверхностью ПТФЭ, не испытывают термического удара, разрушающего их на металлических поверхностях. Расход отбеливателя возвращается к преимущественно электрохимическому уровню потребления.
Стабильный расход присадок, стабильные затраты
Когда отбеливатель термически разлагается на поверхности нагревателя, его расход становится непредсказуемым. Оно меняется в зависимости от колебаний давления пара, изменений уровня ванны, влияющих на площадь погруженного змеевика, а также изменений перемешивания, которые изменяют толщину пограничного слоя. Руководитель линии нанесения покрытия компенсирует это чрезмерным-добавлением отбеливателя, увеличивая затраты на химикаты и рискуя получить дефекты из-за передозировки.
Теплообменник из ПТФЭ стабилизирует расход присадок, устраняя основной путь термического разложения. Скорость добавления отбеливателя более тесно связана с производительностью в ампер-часах, как предсказывает электрохимическая теория. Затраты на химикаты становятся предсказуемыми. Риск локального истощения отбеливателя в областях с высокой -плотностью тока- снижается, поскольку добавка не разрушается на поверхности нагревателя.
Практические результаты от бочковой линии цинкования
Линия цинкования бочек для обработки автомобильных крепежных деталей, преобразованная из паровых змеевиков из нержавеющей стали в теплообменники из ПТФЭ. До перехода расход отбеливателя составлял в среднем 280 мл на 1000 ампер-часов со значительными колебаниями от недели-к-неделям. На линии периодически появлялись мутные отложения, связанные с исчерпанием осветлителя между добавлениями вручную.
После установки ПТФЭ расход отбеливателя стабилизировался на уровне 190 мл на 1000 ампер-часов. Изменения от недели-к-неделям уменьшились с ±30% до ±10%. Дефекты мутных отложений уменьшились более чем на 70%. Только ежегодная экономия на отбеливателях окупила 35% капитальных вложений в катушку из ПТФЭ в первый год.
Краткое содержание
Металлические змеевики, нагретые паром-в ваннах с кислым цинкованием, работают при температурах стенок, которые термически разрушают органические отбеливатели. В результате разложение присадки происходит на поверхности теплопередачи, незаметное для контроля температуры ванны, что приводит к увеличению затрат на химикаты и периодическим проблемам с качеством.
Теплообменник из ПТФЭ решает эту проблему за счет более низкой температуры внешней стенки. Разница в теплопроводности, которую часто называют недостатком, на самом деле дает преимущество, заключающееся в уменьшении деградации присадок. В сочетании с нулевым металлическим загрязнением и отсутствием коррозии змеевик из ПТФЭ повышает стабильность ванны в отношении химических, термических и загрязнений.
Для операций цинкования, направленных на снижение расхода отбеливателя и улучшение стабильности ванны, технический анализ доступен после предоставления объема ванны, рабочей температуры, текущих характеристик теплообменника, типа отбеливателя и истории потребления, а также доступного давления пара.
