مشكلة الحمأة في المعالجة المسبقة
تنتج خطوط المعالجة المسبقة لفوسفات الحديد تيارًا مستمرًا من الحمأة. تتفاعل أيونات الحديدوز الناتجة عن إذابة قطع العمل الفولاذية مع أيونات الفوسفات والمؤكسدات في الحمام لتكوين فوسفات الحديد غير القابل للذوبان. يستقر هذا الراسب الجيلاتيني على كل سطح مغمور. المبادل الحراري، الذي يعمل عند درجة حرارة 55-65 درجة، معرض للخطر بشكل خاص. يعمل السطح الدافئ على تسريع تفاعل الهطول. الحمأة تتراكم بسرعة.
تتطلب المبادلات الحرارية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في خزانات المعالجة المسبقة تنظيفًا ميكانيكيًا كل 2-4 أسابيع. تشكل حمأة فوسفات الحديد، الممزوجة بفوسفات التيتانيوم من مصفاة الحبوب، قشورًا صلبة ملتصقة. تتطلب إزالة الترسبات الكلسية تصريف الخزان، وإزالة الملف أو الوصول إليه بصعوبة، وتقطيع الترسبات الكلسية أو إذابتها باستخدام حمض مثبط. تستهلك كل عملية تنظيف ما بين 4 إلى 6 ساعات من وقت الإنتاج.
المبادل الحراري PTFE في نفس الخدمة يقاوم التصاق الحمأة. تمتد فترة التنظيف من أسابيع إلى أشهر. عند الحاجة إلى التنظيف في نهاية المطاف، يتم تحرير الحمأة بسهولة من سطح PTFE منخفض الطاقة- دون استخدام طرق ميكانيكية أو كيميائية قوية.
اختلاف آلية الالتصاق
تلتصق حمأة فوسفات الحديد بالأسطح المعدنية من خلال آليات متعددة. يوفر الجذب الكهروستاتيكي بين جزيئات الحمأة المشحونة وسطح أكسيد المعدن الارتباط الأولي. الترابط الكيميائي بين مجموعات الفوسفات في الحمأة ومجموعات هيدروكسيد المعدن على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المؤكسد يقوي الرابطة. التشابك الميكانيكي أثناء جفاف الحمأة وتبلورها خلال فترات التبريد يكمل الالتصاق العنيد.
PTFE يلغي كل من هذه الآليات. السطح غير موصل للكهرباء-ولا ينشأ أي جذب للكهرباء الساكنة. لا يحتوي سطح الكربون-الفلور على مجموعات هيدروكسيل لربط الفوسفات. الطاقة السطحية البالغة 18-20 ملي نيوتن/م منخفضة جدًا بحيث لا يمكن لجزيئات الفوسفات القطبية أن تتبلل وتنتشر. أي حمأة تترسب بالجاذبية تستقر على السطح دون أي ارتباط كيميائي أو ميكانيكي.
| معلمة التصاق الحمأة | سطح من الفولاذ المقاوم للصدأ | سطح PTFE |
|---|---|---|
| الطاقة السطحية (mN/m) | 40-50 | 18-20 |
| الجذب الكهروستاتيكي للحمأة | قوي (سطح أكسيد مشحون) | لا شيء (غير-موصل) |
| الرابطة الكيميائية مع الفوسفات | نعم (روابط الفوسفات المعدنية-) | لا شيء (السطح C-F) |
| المتشابكة الميكانيكية | نعم (خشونة السطح 1-3 ميكرومتر Ra) | الحد الأدنى (خشونة السطح 0.1-0.3 ميكرومتر Ra) |
| قوة التصاق الحمأة (نسبية) | 1.0 (خط الأساس) | 0.05-0.1 |
| طريقة التنظيف | التقطيع الميكانيكي + الحمض | شطف الماء أو المسح اللطيف |
التأثير التشغيلي والتكلفة
تعمل فترة التنظيف الممتدة على زيادة وقت تشغيل الإنتاج بشكل مباشر. خط المعالجة المسبقة الذي كان يتوقف سابقًا لمدة 4 ساعات كل 3 أسابيع لتنظيف السخان، يتوقف الآن لمدة ساعة واحدة كل 12 أسبوعًا لشطف بسيط. تزيد ساعات الإنتاج السنوية بما يقرب من 60 ساعة لكل خزان-بقيمة تتراوح بين 30000 إلى 60000 دولار اعتمادًا على قيمة إنتاجية الإنتاج.
يؤدي التخلص من التنظيف الميكانيكي إلى الحفاظ على سطح المبادل الحراري. تعاني ملفات الفولاذ المقاوم للصدأ من تلف تدريجي نتيجة التقطيع المتكرر وإزالة الترسبات الحمضية-ترقق الجدران، وخشونة السطح التي تسرع من تراكم الأوساخ في المستقبل، والاستبدال في نهاية المطاف. لا تتعرض ملفات PTFE لأي ضرر ناجم عن التنظيف. ويظل السطح أملسًا ومقاومًا للاتساخ-طوال عمر الجهاز.
يؤدي تقليل حمض النفايات الناتج عن عمليات إزالة الترسبات الكلسية إلى تقليل توليد النفايات الخطرة في المنشأة. تنتج كل عملية إزالة الترسبات الكلسية ما بين 50 إلى 100 لتر من الأحماض المستهلكة التي تحتوي على فوسفات الحديد المذاب وأيونات المعادن. يمثل التخلص من 15-20 حدث إزالة الترسبات سنويًا لكل خزان انخفاضًا ملحوظًا في تكلفة معالجة النفايات وعبء إعداد التقارير البيئية.
ملخص
تعمل المبادلات الحرارية PTFE على التخلص من تراكم حمأة فوسفات الحديد على أسطح السخان في خزانات المعالجة المسبقة من خلال مزيج من الطاقة السطحية المنخفضة، وغياب مواقع الارتباط الكيميائي، وعدم التوصيل الكهربائي. يعمل السطح المقاوم للتلوث- على تمديد فترة التنظيف من أسابيع إلى أشهر ويتيح تنظيف الشطف بالماء اللطيف-بدلاً من إزالة الترسبات الكلسية الميكانيكية والكيميائية بقوة.
تشمل الفوائد التشغيلية زيادة وقت تشغيل الإنتاج، والتخلص من الأضرار السطحية الناجمة عن التنظيف-، وإطالة عمر المعدات، وتقليل توليد النفايات الخطرة الناتجة عن عمليات إزالة الترسبات الكلسية.
يتوفر الدعم الهندسي لمواصفات المبادل الحراري PTFE في فوسفات الحديد وتطبيقات المعالجة المسبقة الأخرى عند تقديم كيمياء الحمام ودرجة حرارة التشغيل وتكرار وطريقة التنظيف الحالية وأبعاد الخزان.
