Het additieve vernietigingsprobleem
Zuurkoperbaden bevatten organische additieven-glansmakers, egaliseermiddelen en bevochtigingsmiddelen-die essentieel zijn voor het produceren van gladde, heldere afzettingen. Deze additieven zijn thermisch gevoelig. Hun afbraak versnelt snel boven de 50 graden. Maar de met stoom-verwarmde dompelspiraal die het bad op 25-30 graden houdt, heeft een buiswandtemperatuur die veel hoger is, typisch 80-100 graden voor een metalen spoel.
Elke liter bad die langs het hete metalen spiraaloppervlak circuleert, ervaart een thermische puls die een fractie van de toegevoegde inhoud vernietigt. De additieven vallen uiteen in olieachtige resten die het bad vervuilen en moeten worden verwijderd door koolstofbehandeling. De voortdurende vernietiging vereist een voortdurende aanvulling van additieven, waardoor de chemische kosten stijgen en er een onderhoudslast ontstaat.
Een PTFE-warmtewisselaar werkt met een aanzienlijk lagere buitenwandtemperatuur dan een metalen wisselaar bij dezelfde stoomdruk. De lagere wandtemperatuur vermindert de snelheid van additieve thermische ontleding, waardoor de levensduur van het additief wordt verlengd en het chemicaliënverbruik wordt verminderd.
Het verschil in wandtemperatuur
De buitenwandtemperatuur van een met stoom-verwarmde dompelspiraal wordt bepaald door de stoomverzadigingstemperatuur, de warmteoverdrachtscoëfficiënt aan de proceszijde en de thermische geleidbaarheid van de buiswand. In een metalen spiraal is de thermische weerstand van de buiswand verwaarloosbaar. De externe oppervlaktetemperatuur benadert de interne stoomtemperatuur, alleen gematigd door de filmcoëfficiënt aan de proceszijde. Voor 3 barg stoom van 143 graden in een zuur koperbad van 25 graden bedraagt de temperatuur van de buitenwand van de metalen buis ongeveer 80-95 graden.
Bij een PTFE-spiraal is de thermische weerstand van de buiswand aanzienlijk. De temperatuur daalt met 20-30 graden over de PTFE-wand van 1,0 mm. De externe oppervlaktetemperatuur voor dezelfde stoomdruk en badomstandigheden is ongeveer 55-65 graden - een verlaging van 20-35 graden ten opzichte van het metallische equivalent.
Deze verlaging van 20-35 graden plaatst de PTFE-wandtemperatuur veel dichter bij de badtemperatuur en verder van de drempel voor additieve afbraak. De snelheid van thermische additieve vernietiging, die de Arrhenius-kinetiek volgt met een activeringsenergie van ongeveer 50-80 kJ/mol, wordt met 50-80% verminderd in vergelijking met de metalen spiraal.
| Thermische parameter | Roestvrij stalen spoel | Titanium spoel | PTFE-warmtewisselaar |
|---|---|---|---|
| Stoomverzadigingstemperatuur bij 3 barg (graad) | 143 | 143 | 143 |
| Thermische geleidbaarheid buiswand (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Temperatuurdaling over de buiswand (graad) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Buitenmuurtemperatuur (graad) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Relatieve afbraaksnelheid van additieven | 1,0 (basislijn) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Jaarlijks verbruik van bleekmiddelen (relatief) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
De additieve levensverlenging
De verminderde afbraaksnelheid van het additief verlengt de levensduur van elke toevoeging van glansmiddel en egalisatiemiddel. De additiefconcentraties in het bad blijven in de loop van de tijd stabieler. De frequentie van koolstofbehandeling om afbraakproducten te verwijderen wordt verminderd. Het bad werkt gedurende een groter deel van zijn levensduur dichter bij zijn optimale additievenbalans.
Het economische voordeel omvat lagere aankopen van additieven-doorgaans de grootste chemische kosten bij zuurkoperen-en lagere kosten voor koolstofbehandeling. Voor een lijn voor het zuurkoperen met een hoog volume- kan de jaarlijkse reductie van de chemische kosten als gevolg van PTFE-conversie groter zijn dan $15.000-$30.000 per tank.
Het procesvoordeel is net zo belangrijk. Stabielere additiefconcentraties zorgen voor consistentere afzettingseigenschappen-helderheid, ductiliteit en egalisatie. De vermindering van de ophoping van afbraakproducten vermindert het risico op afzettingsdefecten die afkeuring en herbewerking veroorzaken.
De bijproductreductie
Wanneer organische additieven ontleden op een heet metalen oppervlak, omvatten de ontledingsproducten olieachtige residuen, organische zuren en polymere soorten. Deze bijproducten verstoren het galvaniseringsproces. Olieachtige resten vormen een oppervlaktefilm die putjes veroorzaakt. Organische zuren verschuiven de pH van het bad. Polymere soorten worden in de afzetting opgenomen, waardoor de ductiliteit wordt verminderd.
De lagere wandtemperatuur van PTFE vermindert niet alleen de totale hoeveelheid afbraakproducten, maar verschuift ook het afbraaktraject. Bij lagere temperaturen ondergaan de additieven een minder volledige ontbinding, waardoor minder van de schadelijkste bijproducten ontstaan. De ontledingsproducten die zich wel vormen, zijn waarschijnlijk vluchtiger en ontsnappen uit het bad, dan dat ze zich ophopen als niet-vluchtige resten.
Samenvatting
Een PTFE-warmtewisselaar vermindert de thermische afbraak van organische additieven in zure koperplaten door te werken met een buitenwandtemperatuur die 20-35 graden lager is dan die van een metallisch equivalent. De lagere wandtemperatuur, een gevolg van de thermische weerstand van PTFE, vermindert de additieve ontledingssnelheid met 50-80%. Het verbruik van additieven neemt af, de frequentie van koolstofbehandeling wordt verlaagd en de kwaliteit van de afzettingen wordt consistenter. De jaarlijkse besparing op de chemische kosten door de langere levensduur van additieven is een belangrijk onderdeel van de businesscase voor PTFE-conversie.
Technische ondersteuning voor de specificatie van PTFE-warmtewisselaars in additief-gevoelige galvaniseerbaden is beschikbaar na opgave van de badchemie, de bedrijfstemperatuur, het huidige verbruik van additieven en de stoomdruk.
