Karbonaadi kogunemise probleem
Tsüaniidiga kaetud vaskvannid koguvad aja jooksul karbonaatsoolasid. Naatriumkarbonaat ja kaaliumkarbonaat tekivad atmosfääri süsihappegaasi neeldumisel tugevalt leeliselise vanniga (pH 12-13). Reaktsioon on: 2NaOH + CO₂ → Na2CO3 + H2O. Karbonaadi kontsentratsioon tõuseb järk-järgult tavalise vanni töötamise käigus.
Probleem kiireneb küttekeha pinnal. Metallist sukelsoojendid, mille seinatemperatuur on 80{5}}100 kraadi, loovad lokaalseid tsoone, kus karbonaadi lahustuvus on ületatud. Karbonaat sadestub toru pinnale kõva kristalse katlakivina. Katlakivi isoleerib torud, vähendab soojusülekannet ja nõuab lõpuks mehaanilist või keemilist katlakivi eemaldamist. Katlakivi eemaldamise protseduur-tavaliselt vesinikkloriidhappega tekitab ohtlikke jäätmeid ja kulutab tootmisaega.
PTFE soojusvaheti töötab madalamal seinatemperatuuril (55-70 kraadi), kus karbonaadi lahustuvus on suurem. Sademed toru pinnal vähenevad oluliselt. Karbonaat jääb lahustatuks lahtises vannis, kus seda saab hallata tavaliste külmutamis- või sadestamisprotseduuridega, mitte kerise pinnale moodustumisega.
Temperatuurist{0}}sõltuva lahustuvuse mehhanism
Naatriumkarbonaadi lahustuvus vees sõltub tugevalt temperatuurist{0}}. 30 kraadi juures (tüüpiline tsüaniidvase vanni temperatuur) on lahustuvus ligikaudu 50 g/100 ml. 80 kraadi juures (metallilise küttekeha seina temperatuur) langeb lahustuvus ligikaudu 45 g/100 ml-ni. 95 kraadi juures (titaanist küttekeha seina temperatuur) langeb see veelgi kuni ligikaudu 42 g/100 ml.
Vann 30 kraadi juures võib olla alla karbonaadi küllastuse piiri. 80–95 kraadini kuumutatud õhuke piirkiht küttepinnal ületab kohaliku küllastuspiiri. Karbonaat sadestub otse toru pinnale. Sademed on pidevad seni, kuni vann sisaldab lahustunud karbonaati ja kütteseade hoiab seina kõrgendatud temperatuuri.
PTFE madalam seinatemperatuur (55{5}}70 kraadi) hoiab piirkihi suurema vanni temperatuurile lähemal. Lahustuvus 60 kraadi juures on ligikaudu 47 g/100 ml – lähemal mahuväärtusele ja vähem tõenäoline, et ületab küllastumist. Sademete liikumapanev jõud väheneb 50-70%.
| Karbonaadi parameeter | Roostevabast terasest küttekeha | Titaanist küttekeha | PTFE soojusvaheti |
|---|---|---|---|
| Seina temperatuur 3 barg auru juures ( kraadi ) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| Na2CO3 lahustuvus seina temperatuuril (g/100mL) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| Sademete suhteline liikumapanev jõud | 1.0 (alustase) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| Karbonaadi katlakivi moodustumise kiirus | Kõrge | Kõrge | Madal |
| Katlakivi eemaldamise sagedus | 6-12 nädalat | 4-10 nädalat | 12-24 kuud |
PTFE pinna sünergia
PTFE madal pinnaenergia (18-20 mN/m) pakub sekundaarset kaitset karbonaadi katlakivi eest. Isegi kui sademeid tekib, kleepuvad kristallid nõrgalt hüdrofoobse PTFE pinnaga. Kristallid nihkuvad tavalisel vanniringlusel või segamisel. Need ei kogune metallpindadele tekkivasse kõvasse, mehaaniliselt blokeeritud katlakivikihti.
Vähendatud sademete liikumapaneva jõu (alates seina temperatuurist) ja vähenenud nakkuvuse (madala pinnaenergia tõttu) kombinatsioon muudab PTFE tsüaniidi vase kasutamisel väga vastupidavaks karbonaadi katlakivi tekkele. Katlakivi eemaldamise intervall ulatub nädalatest kuude või aastateni.
Vannikeemia haldamise eelis
Karbonaadi kogunemist vannis juhitakse perioodilise külmutamise-välja-jahutamisega vannist, et kristalliseerida karbonaat, mis seejärel välja filtreeritakse,-või keemilise sadestamise teel kaltsiumhüdroksiidiga. Need protseduurid tehakse lahtisel vannil ja soojusvaheti materjali valik neid ei mõjuta.
PTFE eeliseks on see, et karbonaat jääb lahtisesse vanni, kus seda saab nende protseduuride abil hallata, mitte ei sadestuks küttekeha pinnale, kus see põhjustab soojusülekande kadu ja nõuab eraldi, agressiivsemat katlakivi eemaldamist. Vanni hooldus muutub etteaimatavamaks ja harvemaks.
Kokkuvõte
Tsüaniidist vasevannid moodustavad metalliliste küttekehade pindadele karbonaadi muda, kuna karbonaadi lahustuvus on kõrgel seinatemperatuuril (80{5}}100 kraadi) vähenenud. PTFE soojusvahetid, mille seinatemperatuur on madalam (55-70 kraadi), vähendavad sademete liikumapanevat jõudu 50-70%. Madala energiatarbega PTFE pind pärsib veelgi kristallide adhesiooni. Karbonaat jääb lahtisesse vanni, kus seda juhitakse tavapäraste protseduuride abil, mitte ei moodusta kerisele isoleerivat katlakivi.
Tsüaniid- ja leeliseliste vannide PTFE-soojusvaheti spetsifikatsiooni tehniline tugi on saadaval vanni keemia, töötemperatuuri, praeguse katlakivi eemaldamise sageduse ja karbonaadihaldusprotseduuride esitamisel.
