Ülekuumenemise elektrolüüdi probleem
Vase elektrorafineerimiselemendid toodavad soojust oomilisest takistusest. Anoodi ja katoodi vahelist elektrolüüti läbiv vool toodab ligikaudu 0,25–0,35 kWh soojust ühe kilogrammi sadestunud vase kohta. Ilma piisava jahutuseta tõuseb elektrolüüdi temperatuur üle 60-65 kraadi tööpiiri.
Ülekuumenenud elektrolüüt tekitab mitmeid protsessiprobleeme. Voolu efektiivsus langeb, kuna vesiniku eraldumine konkureerib vase sadestumisega. Sademete morfoloogia halveneb, tekitades karedaid sõlmelisi katoode. Suureneb happeudu teke, mis halvendab töökeskkonda. Rafineerimistehas peab vähendama voolutihedust, vähendades otseselt tootmisvõimsust.
Elektrolüüdi tsirkulatsiooniahela jahutusspiraalid on esmane kaitse ülekuumenemise eest. Kui need rullid kaotavad efektiivsuse, kannatab kogu rafineerimistehase toodang. Diagnoosimine ja parandamine peavad toimuma kiiresti.
Jahutusspiraali ebaefektiivsuse diagnostiline tee
Jahutusspiraali jõudluse vähenemine vase elektrorafineerimisel on tingitud konkreetsetest diagnoositavatest põhjustest. Süstemaatiline tõrkeotsing tuvastab algpõhjuse pigem tundide kui päevade jooksul.
Elektrolüüt kannab 55-65 kraadi juures 40-50 g/l vaske ja 150-200 g/l väävelhapet. See kuum kontsentreeritud hape ründab enamikku metalle. Roostevabast terasest jahutusspiraalid tekitavad vasksulfaadi kristalliseerumise tõttu pinnakihi, kui seina temperatuur langeb alla küllastuspunkti. Vanemates rafineerimistehastes traditsioonilised plii jahutusspiraalid korrodeeruvad aeglaselt ja moodustavad isoleerivad pliisulfaadikihid.
Jahutusvee kvaliteet on sama oluline. Kare vesi ladestab torudesse kaltsiumkarbonaadi katlakivi. Jahutustorni vesi põhjustab bioloogilist saastumist, mis katab sisepinnad. Mõlemad mehhanismid isoleerivad toru seina jahutusainest.
Struktureeritud diagnostiline lähenemine mõõdab sisse- ja väljalasketemperatuure nii elektrolüüdi kui ka jahutusvee poolel, arvutab tegeliku üldise soojusülekandeteguri ja võrdleb seda puhta{0}}seisundi baasväärtusega. Tegeliku ja algtaseme U-väärtuse vahe määrab saastumise raskusastme ja suunab parandusmeetmete võtmist.
Tabel 1: jahutuspoolide efektiivsuse diagnostikanäitajad vase elektrorafineerimisel
| Sümptom | Tõenäoline Põhjus | Diagnostiline mõõtmine | Parandustegevus |
|---|---|---|---|
| U-väärtuse järkjärguline langus kuude jooksul | Vasksulfaadi skaala elektrolüüdi poolel | Visuaalne kontroll; happe lahustuvuse test | Keemiline katlakivi eemaldamine või PTFE asendamine |
| U-väärtuse järsk langus pärast jahutusvee hooldust | Sisemine kõva vee kaal | Jahutusvee analüüs; ΔP suurenemine | Sisemine katlakivieemaldus |
| Ebaühtlane jahutus rakupangas | Voolu väärjaotus | Üksiku raku temperatuuri kaardistamine | Tasakaalustage vool; kaaluge PTFE-võrku |
| Püsivalt madal U{0}}väärtus pärast puhastamist | Seina hõrenemine või püsiv skaala | Ultraheli paksuse mõõtmine | Pooli asendamine PTFE-ga |
| Hooajaline jõudluse varieeruvus | Jahutusvee temperatuuri kõikumine | Jahutusseadme või jahutustorni logi ülevaade | Suurem jahutusveesüsteem või PTFE spiraal |
Diagnostikameetodid vase rafineerimistehase töökogemusest ja soojusvaheti tööstandarditest.
Miks PTFE katkestab saastumise tsükli?
PTFE jahutusspiraalid tegelevad vase elektrorafineerimise teenuste jõudluse vähenemise algpõhjustega materjali omaduste, mitte hooldusprotseduuride kaudu.
Vasksulfaadi skaalal tuumade moodustumine nõuab suure{0}}energiaga pinnasaite. PTFE madal pinnaenergia pakub vähe tuuma tekkekohti. Tekkiv katlakivi kleepub nõrgalt ja kipub normaalse elektrolüüdivoolu korral maha pudenema. Soojusülekandepinnad püsivad kauem puhtad ilma keemilise sekkumiseta.
Väävelhape 150{5}}200 g/l ja 60 kraadi juures ei ründa PTFE-d. Korrosiooni ei esine. Seina hõrenemist ei teki. Jahutusspiraal säilitab oma paigaldatud seina paksuse ja soojusülekande omadused lõputult. Nii plii kui ka roostevaba terase alternatiivid lagunevad selles keskkonnas järk-järgult.
Jahutusveepoolne saastumine on PTFE-poolide puhul võimalik, kuid sile sisemine ava talub katlakivi nakkumist paremini kui korrodeerunud metall. Keemiliselt inertne torusein välistab igasuguse võimaluse jahutusvee saasteainete leostumiseks läbi aukude korrosioonikohtade elektrolüüti.
Tankhouse'i konversiooni tulemused
Vase rafineerimistehas asendas plii jahutusspiraalid 40{3}}elemendilises osas PTFE soojusvahetitega. Pliipoolid oli vajanud katlakivi eemaldamist iga 4–6 nädala järel, kusjuures U-väärtused langesid puhastuste vahel 40%. Elektrolüüdi temperatuur määrdunud mähistega rakkudes jõudis tippvoolu töö ajal 68 kraadini, mis sundis voolutugevust vähendama.
PTFE mähised määrati 15-kraadise jahutatud veega samaväärse jahutamise jaoks. Võre konfiguratsioon jaotas jahutuspinna ühtlaselt kogu raku laiuse ulatuses. Pärast 12 kuud pidevat töötamist hoiti elektrolüüdi temperatuur 61 ± 2 kraadi ilma voolutugevuse piiranguteta. U-väärtus jäi puhtast baasjoonest 8% piiresse. 12-kuulise perioodi jooksul ei tehtud keemilist katlakivieemaldust.
Kokkuvõte
Jahutusefektiivsus vase elektrorafineerimisel tuleneb vasksulfaadist katlakivist ja metallpoolide happekorrosioonist. Diagnostilised temperatuuri ja U-väärtuse mõõtmised tuvastavad domineeriva mehhanismi, mis suunab parandusmeetmeid.
PTFE soojusvahetid käsitlevad mõlemat mehhanismi materjali omaduste kaudu: madal pinnaenergia minimeerib katlakivi adhesiooni ja keemiline inertsus välistab happelise korrosiooni. Soojusülekande jõudlus jääb stabiilseks ilma metallpoolide tsüklilise lagunemise ja taastumiseta.
Vase rafineerimistehaste jaoks, mis soovivad vähendada jahutuse hooldust ja stabiliseerida elektrolüüdi temperatuuri, on PTFE jahutuspoolide suuruse tehniline analüüs saadaval pärast elemendi mõõtmete, elektrolüüdi koostise, töötemperatuuri, jahutusvee spetsifikatsioonide ja jahutusvõimsuse hetkeandmete esitamist.
