Záhada spotřeby rozjasňovače
Vedoucí linky kyselého zinkování zaznamenává, že spotřeba zjasňovače stoupá. Před šesti měsíci si 200 ml rozjasňovače na 1 000 ampér-hodin udrželo lesk usazenin. Nyní stejná spotřeba produkuje mlhavé usazeniny v oblastech s nízkou-proudovou-hustotou. Lázeň vyžaduje 300 ml pro dosažení přijatelného vzhledu.
Analýza koupele vylučuje kontaminaci. Regulace teploty se při 30 stupních jeví jako normální. Zjasňovač však mizí rychleji, než odpovídá elektrochemická spotřeba. Chybějící přísada se tepelně rozkládá v místě neviditelném pro regulátor teploty lázně: na povrchu tepelného výměníku.
Problém s teplotou stěny
Ponorné spirály-vyhřívané párou mají povrchovou teplotu mnohem vyšší, než je teplota lázně. Pára o tlaku 3 barg kondenzuje při 143 stupních uvnitř spirály. Teplota vnější stěny trubky závisí na koeficientu přenosu tepla na straně procesu, ale za typických podmínek kyselého zinku s mírným mícháním se teplota stěny pohybuje od 70 stupňů do 95 stupňů.
Kyselé zinkové zjasňovače-typicky aldehydy, ketony a polyetherové povrchově aktivní látky-začínají tepelně degradovat při teplotách nad 50 stupňů. Při teplotě stěny 70 stupňů se molekuly zjasňovače, které jsou v kontaktu s povrchem cívky, rychle rozkládají. Objemová lázeň při 30 stupních zůstává stabilní, ale tenká mezní vrstva přiléhající ke stěně horké cívky se stává zónou chemické destrukce.
To vysvětluje záhadu spotřeby. Zjasňovač se nerozkládá v celém objemu lázně, ale selektivně na teplosměnné ploše. Každý litr lázně, který cirkuluje kolem horké spirály, ztrácí zlomek svého obsahu aditiva kvůli tepelné degradaci.
Tabulka 1: Porovnání teploty stěny a rychlosti degradace zjasňovače
| Materiál ohřívače | Tlak páry (barg) | Přibl. Teplota stěny ( stupně ) | Relativní rychlost rozkladu rozjasňovače |
|---|---|---|---|
| Cívka SS 316L | 3.0 | 85-95 | Vysoký |
| Titanová cívka | 3.0 | 80-90 | Vysoký |
| SS 316L s nízkou párou | 1.0 | 60-70 | Mírný |
| PTFE cívka | 3.0 | 55-65 | Nízký |
Teploty stěn vypočtené pro kyselou zinkovou lázeň při 30 stupních za mírného míchání vzduchem. Teplota stěny PTFE je nižší kvůli rozdílům v tepelné vodivosti, které vytvářejí strmější gradient ve stěně trubky.
Jak PTFE snižuje teplotu stěny
PTFE má nižší tepelnou vodivost než kovy. Tato vlastnost, často diskutovaná jako nevýhoda vyžadující větší povrch, poskytuje nečekanou výhodu pro aditivované-lázně. Nižší tepelná vodivost vytváří strmější teplotní gradient napříč stěnou trubky.
U parou-ohřívaného kovového hada má vnitřní stěna 143 stupňů (teplota nasycení párou) a vnější stěna asi 90 stupňů . Pokles teploty přes 1,5 mm kovovou stěnu je přibližně 53 stupňů, soustředěný většinou v mezní vrstvě mimo trubku.
U PTFE cívky s tloušťkou stěny 1,0 mm je vnitřní stěna 143 stupňů, ale vnější stěna 55-65 stupňů. Nižší tepelná vodivost PTFE způsobuje větší pokles teploty v samotné stěně trubky, což snižuje vnější povrchovou teplotu o 20-30 stupňů ve srovnání s kovem.
Tato nižší povrchová teplota funguje pod prahem rychlého{0}}rozkladu pro většinu kyselých zinkových zjasňovačů. Molekuly přísad, které se dostanou do kontaktu s povrchem PTFE, nezažijí tepelný šok, který je na kovových površích zničí. Spotřeba zjasňovače se vrací k primárně elektrochemické spotřebě.
Stabilní spotřeba aditiv, stabilní náklady
Když se zjasňovač tepelně rozloží na povrchu ohřívače, spotřeba se stává nepředvídatelnou. Mění se kolísáním tlaku páry, změnami hladiny lázně ovlivňujícími oblast ponořené cívky a změnami míchání, které mění tloušťku mezní vrstvy. Vedoucí pokovovací linky to kompenzuje nadměrným-přidáváním zjasňovače, což zvyšuje náklady na chemikálie a riskuje vady způsobené předávkováním.
Tepelný výměník PTFE stabilizuje spotřebu aditiv tím, že eliminuje primární cestu tepelné degradace. Rychlost přidávání zjasňovače se přesněji sleduje s propustností v ampér{1}}hodinách, jak předpovídá elektrochemická teorie. Náklady na chemikálie se stávají předvídatelnými. Riziko lokalizovaného hladovění rozjasňovače v oblastech s vysokou-proudovou-hustotou se snižuje, protože aditivum se na povrchu ohřívače nezničí.
Praktické výsledky z řady sudového zinku
Linka na válcové zinkování zpracovávající automobilové spojovací prvky přeměněná z nerezových parních hadů na PTFE tepelné výměníky. Před převodem byla spotřeba rozjasňovače v průměru 280 ml na 1 000 ampér-hodin s významnými týdenními--týdněmi. Na lince docházelo k periodickým zamlženým usazeninám vysledovaným k vyčerpání zjasňovače mezi ručním přidáváním.
Po instalaci PTFE se spotřeba rozjasňovače ustálila na 190 ml na 1 000 ampér-hodin. Rozdíly z týdne-k-týdnu se snížily z ±30 % na ±10 %. Poruchy mlhavých ložisek se snížily o více než 70 %. Samotná roční úspora nákladů na zjasňovač vrátila 35 % kapitálové investice do PTFE cívky v prvním roce.
Shrnutí
Párou-ohřívané kovové spirály v kyselých zinkových lázních pracují při teplotách stěn, které tepelně ničí organické zjasňovače. Výsledný aditivní rozklad nastává na teplosměnném povrchu, neviditelný pro monitorování teploty lázně, zvyšuje náklady na chemikálie a způsobuje občasné problémy s kvalitou.
Tepelný výměník z PTFE to řeší nižší teplotou vnější stěny. Rozdíl v tepelné vodivosti, který je často uváděn jako nevýhoda, ve skutečnosti poskytuje výhodu snížení degradace přísad. V kombinaci s nulovou kovovou kontaminací a nulovou korozí zlepšuje PTFE cívka stabilitu lázně napříč chemickými, tepelnými a kontaminačními rozměry.
Pro operace pozinkování, které se snaží snížit spotřebu zjasňovače a zlepšit stabilitu lázně, je k dispozici technická analýza po předložení objemu lázně, provozní teploty, aktuální specifikace spirály, typu a historie spotřeby zjasňovače a dostupného tlaku páry.
