Karbonāta uzkrāšanās problēma
Cianīda vara pārklājuma vannas laika gaitā uzkrāj karbonātu sāļus. Nātrija karbonāts un kālija karbonāts veidojas, absorbējot atmosfēras oglekļa dioksīdu stipri sārmainā vannā (pH 12-13). Reakcija ir: 2NaOH + CO₂ → Na2CO3 + H2O. Normālas vannas darbības laikā karbonātu koncentrācija pakāpeniski palielinās.
Problēma paātrina sildītāja virsmu. Metāla iegremdējamie sildītāji, kuru sienu temperatūra ir 80{5}}100 grādi, rada lokalizētas zonas, kurās tiek pārsniegta karbonāta šķīdība. Karbonāts izgulsnējas kā cieta, kristāliska skala uz caurules virsmas. Svari izolē caurules, samazina siltuma pārnesi, un galu galā ir nepieciešama mehāniska vai ķīmiska atkaļķošana. Atkaļķošanas procedūra-parasti izmantojot sālsskābi, rada bīstamus atkritumus un patērē ražošanas laiku.
PTFE siltummainis darbojas zemākā sienas temperatūrā (55-70 grādi), kur karbonāta šķīdība ir augstāka. Nokrišņi pie caurules virsmas ir ievērojami samazināti. Karbonāts paliek izšķīdis lielapjoma vannā, kur to var pārvaldīt, izmantojot parastās sasaldēšanas vai nogulsnēšanas procedūras, nevis veidojoties uz sildītāja virsmas.
Temperatūras{0}}šķīdības mehānisms
Nātrija karbonāta šķīdība ūdenī ir ļoti atkarīga no temperatūras{0}}. Pie 30 grādiem (tipiska cianīda vara temperatūras tilpuma vannas temperatūra) šķīdība ir aptuveni 50 g/100 ml. Pie 80 grādiem (metāla sildītāja sienas temperatūra) šķīdība samazinās līdz aptuveni 45 g/100 ml. Pie 95 grādiem (titāna sildītāja sienas temperatūra) tas samazinās vēl vairāk līdz aptuveni 42 g/100 ml.
Vanna 30 grādu temperatūrā var būt zem karbonāta piesātinājuma robežas. Plānais robežslānis pie sildītāja virsmas, uzkarsēts līdz 80-95 grādiem, pārsniedz vietējo piesātinājuma robežu. Karbonāts nogulsnējas tieši uz caurules virsmas. Nokrišņi ir nepārtraukti tik ilgi, kamēr vannā ir izšķīdis karbonāts un sildītājs uztur paaugstinātu sienas temperatūru.
PTFE zemākā sienas temperatūra (55{5}}70 grādi) saglabā robežslāni tuvāk tilpuma vannas temperatūrai. Šķīdība 60 grādos ir aptuveni par 47 g/100 ml — tuvāk lielapjoma vērtībai un mazāka iespēja, ka pārsniegs piesātinājumu. Nokrišņu dzinējspēks ir samazināts par 50-70%.
| Karbonāta parametrs | Nerūsējošā tērauda sildītājs | Titāna sildītājs | PTFE siltummainis |
|---|---|---|---|
| Sienas temperatūra pie 3 barg tvaika ( grādi ) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Na2CO3 šķīdība sienas temperatūrā (g/100mL) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Relatīvais nokrišņu dzinējspēks | 1.0 (bāzes līmenis) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Karbonāta nogulsnes veidošanās ātrums | Augsts | Augsts | Zems |
| Atkaļķošanas biežums | 6-12 nedēļas | 4-10 nedēļas | 12-24 mēneši |
PTFE virsmas sinerģija
PTFE zemā virsmas enerģija (18-20 mN/m) nodrošina sekundāru aizsardzību pret karbonātu zvīņošanos. Pat tad, ja notiek nokrišņi, kristāli vāji pielīp pie hidrofobās PTFE virsmas. Normālas vannas cirkulācijas vai maisīšanas rezultātā kristāli tiek izspiesti. Tie neuzkrājas cietajā, mehāniski bloķētajā katlakmens slānī, kas veidojas uz metāliskām virsmām.
Samazināta nokrišņu dzinējspēka (no zemākas sienas temperatūras) un samazinātas adhēzijas (no zemas virsmas enerģijas) kombinācija padara PTFE ļoti izturīgu pret karbonātu zvīņošanos cianīda vara ekspluatācijā. Atkaļķošanas intervāls ilgst no nedēļām līdz mēnešiem vai gadiem.
Vannas ķīmijas pārvaldības priekšrocības
Karbonāta uzkrāšanos vannā pārvalda, periodiski sasaldējot-no-atdzesējot vannas daļu, lai kristalizētu karbonātu, kas pēc tam tiek izfiltrēts-, vai ķīmiski izgulsnējot ar kalcija hidroksīdu. Šīs procedūras tiek veiktas lielapjoma vannā, un tās neietekmē siltummaiņa materiāla izvēle.
PTFE priekšrocība ir tāda, ka karbonāts paliek lielapjoma vannā, kur to var pārvaldīt ar šīm procedūrām, nevis nogulsnējas uz sildītāja virsmas, kur tas izraisa siltuma pārneses zudumus un prasa atsevišķu, agresīvāku atkaļķošanu. Vannas apkope kļūst paredzamāka un retāka.
Kopsavilkums
Cianīda vara vannas veido karbonāta dūņas uz metāla sildītāja virsmām, jo augstā sienu temperatūrā (80-100 grādi) ir samazināta karbonāta šķīdība. PTFE siltummaiņi ar zemāku sienu temperatūru (55-70 grādi) samazina nokrišņu dzinējspēku par 50-70%. Zema enerģijas patēriņa PTFE virsma vēl vairāk kavē kristāla saķeri. Karbonāts paliek lielapjoma vannā, kur to pārvalda ar ikdienas procedūrām, nevis veido sildītāja izolācijas nogulsnes.
Inženiertehniskais atbalsts PTFE siltummaiņa specifikācijām cianīda un sārmainās pārklājuma vannās ir pieejams, iesniedzot vannas ķīmiskās īpašības, darba temperatūru, pašreizējo atkaļķošanas biežumu un karbonātu pārvaldības procedūras.
