Rủi ro hóa rắn trong bể chứa Chrome
Chất điện phân mạ crom cứng chứa 250-400 g/L axit cromic với chất xúc tác sunfat. Ở nhiệt độ hoạt động 50-60 độ, dung dịch chảy tự do. Nhưng khi bồn tắm nguội đi trong quá trình tắt máy, các tinh thể axit cromic sẽ kết tủa. Những tinh thể này phát triển trên bất kỳ bề mặt nào có sẵn - kể cả các ống trao đổi nhiệt.
Khoảng cách giữa các ống xác định xem các tinh thể này có tạo thành các lớp lắng đọng riêng biệt hay là cầu nối giữa các ống liền kề hay không. Việc bắc cầu tạo ra những rào cản vững chắc ngăn chặn dòng giải pháp. Khi bể được hâm nóng lại, các phần cầu nối có thể không tan hoàn toàn, để lại các vật cản dai dẳng làm suy giảm khả năng truyền nhiệt và tạo ra các vùng ứ đọng.
Hiện tượng này chỉ xảy ra ở các dung dịch có nhiệt độ hóa rắn cao. Chất điện phân Chrome bắt đầu kết tinh ở nhiệt độ dưới 40 độ. Bể mạ niken và kẽm, chất lỏng còn lại ở nhiệt độ gần 0 độ, không gây ra vấn đề này. Người thiết kế bộ trao đổi nhiệt PTFE phải tính đến hành vi này dành riêng cho chrome.
Tương tác lớp ranh giới giữa các ống
Mỗi ống PTFE trong bộ trao đổi nhiệt tạo ra một lớp ranh giới nhiệt-vùng dung dịch được làm nóng bao quanh ống. Độ dày lớp biên phụ thuộc vào đường kính ống, vận tốc chất lỏng và chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch khối.
Khi các ống có khoảng cách gần nhau, các lớp ranh giới từ các ống liền kề sẽ hợp nhất. Vùng sáp nhập có vận tốc giảm và nhiệt độ cao hơn so với dung dịch khối. Trong quá trình vận hành, điều này có lợi: vùng ấm hơn xung quanh ống giúp giảm thất thoát nhiệt từ bề mặt ống.
Tuy nhiên, trong quá trình tắt máy, vùng đã hợp nhất sẽ hoạt động chống lại người vận hành. Khi nhiệt độ khối giảm xuống, dung dịch cuối cùng cần làm mát là lớp ranh giới xung quanh các ống. Nếu các ống quá gần nhau, toàn bộ thể tích bó ống sẽ duy trì ở nhiệt độ đông đặc lâu hơn so với bể chứa lớn. Điều này làm chậm quá trình làm mát hoàn toàn và có thể che giấu việc phục hồi nhiệt độ bể không đủ trong quá trình khởi động lại.
Bảng 1: Hiệu ứng khoảng cách ống trên lớp ranh giới và hành vi hóa rắn trong chất điện phân Chrome
| Khoảng cách trung tâm ống (× OD) | Khoảng cách giữa các ống (mm, đối với OD 10 mm) | Tương tác lớp ranh giới | Giảm thiểu rủi ro trong quá trình tắt máy | Phục hồi dòng chảy khi khởi động lại |
|---|---|---|---|---|
| 1.5× | 5 | Đã hợp nhất (lớp kết hợp dày) | Cao (khoảng cách cầu tinh thể) | Kém (tắc nghẽn liên tục) |
| 2.0× | 10 | Chồng chéo một phần | Vừa phải | Hội chợ |
| 2.5× | 15 | Sự chồng chéo tối thiểu | Thấp | Tốt |
| 3.0× | 20 | Các lớp độc lập | Rất thấp | Xuất sắc |
Phân tích ống PTFE OD 10 mm trong chất điện phân crom ở 55 độ với khuấy trộn không khí nhẹ. Nhiệt độ hóa rắn khoảng 38-40 độ.
Khuyến nghị khoảng cách thực tế
Đối với bể mạ crom cứng, khoảng cách ống PTFE được khuyến nghị là 2,5- lần đường kính ngoài của ống. Khoảng cách này duy trì các lớp ranh giới độc lập trong quá trình vận hành, cho phép dung dịch tự do lưu thông giữa các ống và ngăn cản sự kết tinh thể trong quá trình làm nguội.
Khoảng cách rộng hơn làm giảm tổng diện tích bề mặt vừa với một thể tích bể nhất định. Đây là sự-đánh đổi: ít ống hơn trên mỗi mét vuông sàn bể để đổi lấy hoạt động đáng tin cậy mà không gặp vấn đề về đông đặc. Diện tích bề mặt có thể được phục hồi bằng cách mở rộng diện tích cuộn dây hoặc thêm các bó ống riêng biệt vào các vùng bể khác nhau.
Các bể chứa có hệ thống duy trì nhiệt độ đáng tin cậy giúp tránh làm mát dưới 45 độ trong thời gian không hoạt động có thể sử dụng khoảng cách 2,0× chặt chẽ hơn. Rủi ro hóa rắn giảm làm cho mật độ đóng gói cao hơn. Bể chứa trong các cửa hàng ngừng hoạt động vào cuối tuần hoặc nguồn cung cấp hơi nước không đáng tin cậy nên sử dụng khoảng cách rộng hơn 3,0×.
Hiệu ứng bề mặt PTFE
Năng lượng bề mặt thấp của PTFE mang lại lợi thế trong quá trình hóa rắn. Các tinh thể axit crom bám dính yếu vào bề mặt fluoropolymer so với kim loại. Các tinh thể hình thành trong quá trình nguội-có xu hướng bong ra khi bồn tắm được hâm nóng lại và quá trình đối lưu tiếp tục. Thuộc tính chống bám dính-giảm thiểu một phần rủi ro bắc cầu.
Hiệu ứng bề mặt này không loại bỏ sự cần thiết phải có khoảng cách thích hợp. Các tinh thể bám dính yếu vẫn có thể bắc cầu giữa các ống có khoảng cách gần nhau nếu khe hở đủ nhỏ. Tuy nhiên, sự kết hợp giữa khoảng cách rộng hơn và bề mặt chống bám dính-làm cho cuộn dây PTFE có khả năng chống lại các vấn đề về quá trình đông đặc tốt hơn so với cuộn dây kim loại tương đương.
Bản tóm tắt
Khoảng cách giữa các ống trong bộ trao đổi nhiệt PTFE dành cho chất điện phân crom phải ngăn chặn sự kết tụ tinh thể trong quá trình-làm nguội bể. Khoảng cách 2,5-3,0 lần đường kính ống duy trì các lớp ranh giới độc lập và ngăn ngừa sự đông đặc của cầu nối giữa các ống.
Khoảng cách rộng hơn giúp giảm mật độ đóng gói nhưng đảm bảo hoạt động đáng tin cậy thông qua các chu kỳ tắt-khởi động. Bề mặt chống bám dính-của PTFE giảm thiểu một phần nguy cơ bắc cầu. Bể được bảo trì nhiệt độ liên tục có thể sử dụng khoảng cách chặt chẽ hơn.
Phân tích kỹ thuật về khoảng cách ống PTFE trong các dạng hình học bể mạ crom cụ thể có sẵn khi gửi kích thước bể, nhiệt độ vận hành, lịch sử nhiệt độ tắt máy, phương pháp khuấy trộn và dữ liệu cấu hình cuộn dây hiện tại.
