Chu trình bám bẩn trong bể tắm axit kẽm
Dây chuyền mạ kẽm axit có chung vấn đề đau đầu khi bảo trì: cuộn dây ngâm bị bẩn. Các cuộn dây đốt nóng, thường là thép không gỉ, phát triển một lớp vảy cứng, bám dính làm giảm dần sự truyền nhiệt. Nhiệt độ tắm bắt đầu giảm xuống. Người vận hành tăng áp suất hơi để bù đắp. Cuối cùng, cuộn dây cần được loại bỏ để tẩy cặn cơ học hoặc hóa học.
Chu kỳ lặp lại cứ sau vài tháng. Thời gian sản xuất bị mất trong quá trình làm sạch. Chi phí hóa chất tích lũy. Độ dày thành cuộn dây bị xói mòn dần do tẩy cặn bằng axit lặp đi lặp lại. Vấn đề cơ bản không phải là sự hình thành cặn bám-sự kết tủa sắt hydroxit và canxi sunfat là không thể tránh khỏi về mặt hóa học trong chất điện phân kẽm axit-mà là độ bám dính bền bỉ của cặn bám trên bề mặt kim loại.
Hóa học của độ bám dính quy mô
Bể mạ kẽm axit hoạt động ở độ pH 4,5-5,5 với sắt hòa tan từ quá trình hòa tan phôi và canxi trong nước cứng từ quá trình kéo vào. Khi bồn tắm già đi, sắt kim loại sẽ oxy hóa thành sắt hydroxit, chất này kết tủa dưới dạng chất rắn dạng keo. Canxi sunfat đạt đến độ bão hòa và kết tinh trên bề mặt bị nung nóng.
Trên cuộn dây thép không gỉ ở nhiệt độ thành 60-80 độ, những kết tủa này dễ dàng tạo mầm. Bề mặt oxit kim loại cung cấp các vị trí năng lượng cao cho quá trình tạo mầm tinh thể. Lực Van der Waals và lực hút tĩnh điện liên kết các hạt cặn với kim loại. Sau khi được gắn vào, lớp cặn sẽ dày hơn theo mỗi chu kỳ vận hành.
Tẩy cặn bằng hóa chất bằng axit clohydric bị ức chế sẽ làm tan cặn nhưng cũng tấn công kim loại bên dưới. Mỗi chu kỳ tẩy cặn sẽ loại bỏ một vài micron thép không gỉ. Sau nhiều năm cạo vôi và tẩy cặn theo chu kỳ, độ mỏng của thành đạt đến mức bắt buộc phải thay thế.
Bảng 1: So sánh độ bám dính của cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt trong bể kẽm axit
| Vật liệu bề mặt | Năng lượng bề mặt (mN/m) | Độ bền bám dính của quy mô | Phương pháp làm sạch | Tần suất làm sạch |
|---|---|---|---|---|
| SS 316L | 40-50 | Mạnh | Khử cặn bằng axit | Mỗi 8-12 tuần |
| Titan | 35-45 | Vừa phải | Khử cặn bằng axit | Mỗi 10-14 tuần |
| PTFE | 18-20 | Rất yếu | Xả nước | 6-12 tháng |
Dữ liệu năng lượng bề mặt từ các phép đo góc tiếp xúc. Độ bền bám dính từ các thử nghiệm băng cắt chéo-trên các mẫu đã chia tỷ lệ.
Cơ chế chống bám dính-PTFE
PTFE có năng lượng bề mặt thấp nhất so với bất kỳ chất rắn kỹ thuật nào. Những giọt nước đọng lại và lăn đi thay vì làm ướt bề mặt. Kết tủa hình thành cặn bã gặp phải một số vị trí tạo mầm năng lượng cao-.
Độ bám dính liên kết cặn với kim loại phụ thuộc vào sự liên kết cơ học với độ nhám bề mặt và liên kết hóa học với các oxit kim loại. PTFE cũng không có mặt. Bề mặt fluoropolymer mịn về mặt phân tử ở mức độ liên quan đến quá trình tạo mầm tinh thể. Liên kết cacbon-flo đã bão hòa về mặt hóa học, không có vị trí phản ứng để liên kết với các kết tủa hydroxit hoặc sunfat.
Cân hình thành trên PTFE được gắn lỏng lẻo. Việc khuấy trộn bể thông thường từ việc phun không khí hoặc tuần hoàn dung dịch thường đủ để làm bong lớp cặn đang phát triển trước khi nó hình thành nên độ dày cách nhiệt. Khi cần làm sạch, rửa sạch bằng nước hoặc lau nhẹ sẽ loại bỏ cặn bám mà không cần hóa chất.
Tác động hoạt động của việc giảm tắc nghẽn
Truyền nhiệt ổn định chuyển trực tiếp sang kiểm soát nhiệt độ bể ổn định. Cuộn dây PTFE duy trì giá trị U{1}} theo thiết kế của nó trong một dải hẹp qua nhiều tháng hoạt động. Người vận hành không cần tăng dần áp suất hơi nước để bù cho lớp cách nhiệt cặn.
Hóa chất tẩy rửa được loại bỏ khỏi quy trình bảo trì. Điều này giúp loại bỏ chi phí mua hóa chất, xử lý chất thải nguy hại và rủi ro phơi nhiễm của người lao động. Nó cũng loại bỏ hiện tượng mỏng dần thành ống mà cuối cùng sẽ phá hủy các cuộn dây kim loại.
Sự kết hợp giữa hiệu suất nhiệt ổn định và khả năng làm sạch tối thiểu giúp kéo dài thời gian hoạt động sản xuất. Phòng tắm ở điểm đặt. Thông lượng vẫn nhất quán. Lao động bảo trì được chuyển hướng từ việc làm sạch cuộn dây phản ứng sang các nhiệm vụ sản xuất.
Dữ liệu thực địa từ dây chuyền mạ kẽm giá đỡ
Một xưởng mạ kẽm giá đỡ đã thay thế các cuộn dây gia nhiệt bằng thép không gỉ trong hai bể chứa kẽm axit 8.000 lít bằng bộ trao đổi nhiệt PTFE. Các cuộn dây không gỉ yêu cầu tẩy cặn trung bình 10 tuần một lần, mỗi lần làm sạch tiêu tốn bốn giờ thời gian sản xuất và tạo ra 200 lít axit thải.
Sau 14 tháng vận hành PTFE, các cuộn dây không cần tẩy cặn bằng hóa chất. Một lớp bụi sắt hydroxit nhẹ trên bề mặt đã được lau sạch trong quá trình kiểm tra hàng năm theo lịch trình. Hiệu suất truyền nhiệt, được đo bằng mức tiêu thụ hơi nước ở trạng thái vận hành-ổn định, vẫn nằm trong khoảng 5% so với-giá trị đã cài đặt. Chi phí bảo trì hàng năm cho mỗi bể giảm 4.800 USD.
Bản tóm tắt
Sự tắc nghẽn của cuộn dây trong bồn tắm kẽm axit được tạo ra bởi sự bám dính của cặn với bề mặt kim loại có năng lượng cao-. Thép không gỉ và titan yêu cầu tẩy cặn bằng axit thường xuyên sẽ làm hỏng dần cuộn dây. Bộ trao đổi nhiệt PTFE ngăn chặn sự bám dính cặn mạnh nhờ năng lượng bề mặt thấp và độ trơ hóa học.
Kết quả vận hành là truyền nhiệt ổn định mà không cần tăng áp suất hơi liên tục, loại bỏ các hóa chất tẩy cặn và chi phí liên quan, đồng thời kéo dài thời gian hoạt động sản xuất. Cuộn dây PTFE trong dịch vụ kẽm axit hoạt động trong nhiều tháng mà không bị tắc nghẽn đáng kể, chuyển việc bảo trì từ chu trình phản ứng sang lịch kiểm tra có thể dự đoán được.
Phân tích kỹ thuật về kích thước bộ trao đổi nhiệt PTFE trong bể mạ kẽm được cung cấp dựa trên thể tích bể, nhiệt độ vận hành, thông số kỹ thuật cuộn dây hiện tại và áp suất hơi hiện có.
