سر استهلاك المنير
لاحظ مدير خط طلاء الزنك الحمضي أن استهلاك مادة التبييض يزحف إلى أعلى. منذ ستة أشهر، كان 200 مل من مادة التفتيح لكل 1000 أمبير-ساعة يحافظ على تألق الرواسب. والآن ينتج عن نفس الاستهلاك رواسب ضبابية في المناطق ذات الكثافة المنخفضة-الحالية-. يتطلب الحمام 300 مل للحصول على مظهر مقبول.
تحليل الحمام يستبعد التلوث. يبدو التحكم في درجة الحرارة طبيعيًا عند 30 درجة. ومع ذلك، فإن المادة المضيئة تختفي بسرعة أكبر من حسابات الاستهلاك الكهروكيميائي. تتحلل المادة المضافة المفقودة حرارياً في مكان غير مرئي لجهاز التحكم في درجة حرارة الحمام: سطح المبادل الحراري.
مشكلة درجة حرارة الجدار
تتمتع ملفات الغمر الساخنة بالبخار بدرجة حرارة سطح أعلى بكثير من درجة حرارة الحمام السائب. يتكثف البخار عند 3 بار عند درجة حرارة 143 درجة داخل الملف. تعتمد درجة حرارة جدار الأنبوب الخارجي على معامل نقل الحرارة على جانب العملية، ولكن في ظل ظروف حمض الزنك النموذجي مع التحريض المعتدل، تتراوح درجة حرارة الجدار من 70 درجة إلى 95 درجة.
تبدأ مواد تفتيح الزنك الحمضية-عادةً الألدهيدات والكيتونات والمواد الخافضة للتوتر السطحي من البولي إيثر-في التحلل حراريًا بدرجة تزيد عن 50 درجة . عند درجة حرارة الجدار 70 درجة، تتحلل جزيئات اللمعان التي تلامس سطح الملف بسرعة. يظل الحمام السائب عند 30 درجة مستقرًا، لكن الطبقة الحدودية الرقيقة المجاورة لجدار الملف الساخن تصبح منطقة تدمير كيميائي.
وهذا ما يفسر سر الاستهلاك. لا يتحلل المُنير في جميع أنحاء حجم الحمام ولكن بشكل انتقائي على سطح نقل الحرارة. كل لتر من الحمام يدور عبر الملف الساخن يفقد جزءًا من محتواه الإضافي بسبب التدهور الحراري.
الجدول 1: مقارنة معدل تدهور درجة حرارة الجدار ومنير
| مادة السخان | ضغط البخار (بار) | تقريبا. درجة حرارة الجدار (درجة) | معدل تحلل منير النسبي |
|---|---|---|---|
| لفائف SS 316L | 3.0 | 85-95 | عالي |
| لفائف التيتانيوم | 3.0 | 80-90 | عالي |
| SS 316L مع بخار منخفض | 1.0 | 60-70 | معتدل |
| لفائف PTFE | 3.0 | 55-65 | قليل |
تم حساب درجات حرارة الجدار لحمام الزنك الحمضي عند 30 درجة مع تقليب الهواء المعتدل. تكون درجة حرارة جدار PTFE أقل بسبب اختلافات التوصيل الحراري مما يخلق تدرجًا أكثر انحدارًا داخل جدار الأنبوب.
كيف يقلل PTFE من درجة حرارة الجدار
يحتوي PTFE على موصلية حرارية أقل من المعادن. هذه الخاصية، التي تتم مناقشتها غالبًا على أنها عيب يتطلب مساحة سطح أكبر، توفر فائدة غير متوقعة للحمامات المحملة - الإضافية. تخلق الموصلية الحرارية المنخفضة تدرجًا حادًا في درجة الحرارة عبر جدار الأنبوب.
بالنسبة للملف المعدني المسخن بالبخار-، تكون درجة حرارة الجدار الداخلي 143 درجة (درجة حرارة تشبع البخار) وربما تكون درجة حرارة الجدار الخارجي 90 درجة . يبلغ انخفاض درجة الحرارة عبر الجدار المعدني 1.5 مم حوالي 53 درجة، ويتركز معظمه في الطبقة الحدودية خارج الأنبوب.
بالنسبة لملف PTFE بسمك جدار 1.0 مم، يكون الجدار الداخلي عند 143 درجة ولكن الجدار الخارجي يكون عند 55-65 درجة. تؤدي الموصلية الحرارية المنخفضة لـ PTFE إلى انخفاض أكبر في درجة الحرارة داخل جدار الأنبوب نفسه، مما يقلل من درجة حرارة السطح الخارجي بمقدار 20-30 درجة مقارنة بالمعدن.
تعمل درجة حرارة السطح المنخفضة هذه تحت حد -التحلل السريع لمعظم مواد تفتيح الزنك الحمضية. لا تتعرض الجزيئات المضافة التي تلامس سطح PTFE للصدمة الحرارية التي تدمرها على الأسطح المعدنية. يعود استهلاك منير إلى معدلات الاستهلاك الكهروكيميائية في المقام الأول.
استهلاك المواد المضافة المستقرة والتكاليف المستقرة
عندما يتحلل مادة التبييض حرارياً على سطح المدفأة، يصبح الاستهلاك غير قابل للتنبؤ به. وهو يختلف باختلاف تقلبات ضغط البخار، وتغيرات مستوى الحمام التي تؤثر على منطقة الملف المغمور، وتغيرات التقليب التي تغير سمك الطبقة الحدودية. يقوم مدير خط الطلاء بالتعويض عن طريق -إضافة مادة أكثر إشراقًا، وزيادة تكاليف المواد الكيميائية والمخاطرة بتناول جرعات زائدة من العيوب.
يعمل المبادل الحراري PTFE على استقرار الاستهلاك الإضافي عن طريق القضاء على مسار التحلل الحراري الأساسي. تتعقب معدلات إضافة مادة اللمعان بشكل أوثق مع إنتاجية الأمبير-ساعة، كما تتنبأ النظرية الكهروكيميائية. أصبحت التكاليف الكيميائية يمكن التنبؤ بها. ينخفض خطر تجويع مادة التلميع الموضعية في المناطق ذات الكثافة -التيارية- العالية بسبب عدم تدمير المادة المضافة على سطح المدفأة.
نتائج عملية من خط برميل الزنك
يقوم خط طلاء الزنك البرميلي بمعالجة مثبتات السيارات المحولة من ملفات البخار المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى المبادلات الحرارية PTFE. قبل التحويل، كان متوسط استهلاك مادة التبييض يبلغ 280 مل لكل 1000 أمبير-ساعة مع تباين كبير من أسبوع-إلى-أسبوع. شهد الخط رواسب ضبابية دورية تعزى إلى استنفاد اللمعان بين الإضافات اليدوية.
بعد تركيب PTFE، استقر استهلاك مادة التفتيح عند 190 مل لكل 1000 أمبير-ساعة. انخفض التباين من أسبوع-إلى-أسبوع من ±30% إلى ±10%. انخفضت عيوب الودائع الضبابية بنسبة تزيد عن 70%. أدى التوفير السنوي في تكاليف التلميع وحده إلى استرداد 35% من الاستثمار الرأسمالي لملف PTFE في السنة الأولى.
ملخص
تعمل الملفات المعدنية المسخنة بالبخار في حمامات الزنك الحمضية عند درجات حرارة الجدار التي تؤدي إلى تدمير مواد التبييض العضوية حراريًا. ويحدث التحلل الإضافي الناتج على سطح نقل الحرارة، وهو غير مرئي لمراقبة درجة حرارة الحمام السائب، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المواد الكيميائية والتسبب في مشاكل متقطعة في الجودة.
يعالج المبادل الحراري PTFE هذه المشكلة من خلال انخفاض درجة حرارة الجدار الخارجي. إن اختلاف التوصيل الحراري الذي يُشار إليه غالبًا على أنه عيب يوفر في الواقع فائدة تقليل التدهور الإضافي. بالإضافة إلى عدم وجود أي تلوث معدني أو تآكل، فإن ملف PTFE يعمل على تحسين ثبات الحمام عبر الأبعاد الكيميائية والحرارية والتلوثية.
بالنسبة لعمليات الطلاء بالزنك التي تسعى إلى تقليل استهلاك مادة التفتيح وتحسين استقرار الحمام، يتوفر التحليل الهندسي عند تقديم حجم الحمام ودرجة حرارة التشغيل ومواصفات الملف الحالية ونوع مادة التفتيح وتاريخ الاستهلاك وضغط البخار المتوفر.
