בעיית הבוצה בטיפול מקדים
קווי טיפול מקדים של ברזל פוספט מייצרים זרם רציף של בוצה. יוני ברזל מהמסת חלקי עבודה מפלדה מגיבים עם יוני פוספט וחומרי חמצון באמבטיה ויוצרים פוספט ברזל בלתי מסיס. המשקע הג'לטיני הזה מתיישב על כל משטח טבול. מחליף החום, הפועל ב-55-65 מעלות, פגיע במיוחד. המשטח החם מאיץ את תגובת המשקעים. הבוצה מצטברת במהירות.
מחליפי חום מנירוסטה במיכלי טיפול מקדים דורשים ניקוי מכני כל 2-4 שבועות. בוצת הפוספט הברזל, מעורבת עם טיטניום פוספט מזיקוק התבואה, יוצרת אבנית קשיחה ונצמדת. הסרת אבנית מחייבת את ניקוז המיכל, להסיר את הסליל או לגשת אליו בקושי, ולקבוע את האבנית או להמיס אותה עם חומצה מעוכבת. כל אירוע ניקיון גוזל 4-6 שעות של זמן ייצור.
מחליף חום PTFE באותו שירות מתנגד להידבקות בוצה. מרווח הניקוי נמשך בין שבועות לחודשים. כאשר בסופו של דבר יש צורך בניקוי, הבוצה משתחררת בקלות ממשטח ה-PTFE עם -האנרגיה נמוכה ללא שיטות מכניות או כימיות אגרסיביות.
ההבדל במנגנון ההדבקה
בוצת ברזל פוספט נדבקת למשטחי מתכת באמצעות מנגנונים מרובים. משיכה אלקטרוסטטית בין חלקיקי הבוצה הטעונים לבין משטח תחמוצת המתכת מספקת את ההתקשרות הראשונית. קשר כימי בין קבוצות פוספט בבוצה וקבוצות הידרוקסיד מתכת על משטח הנירוסטה המחומצן מחזק את הקשר. השתלבות מכנית כאשר הבוצה מתייבשת ומתגבשת במהלך תקופות קירור משלימה את ההידבקות העיקשת.
PTFE מבטל כל אחד מהמנגנונים הללו. המשטח אינו-מוליך- חשמלית, לא מתפתחת משיכה אלקטרוסטטית. למשטח הפחמן-פלואור אין קבוצות הידרוקסיל לקשירת פוספט. אנרגיית פני השטח של 18-20 mN/m נמוכה מדי עבור חלקיקי הפוספט הקוטביים להירטב ולהתפשט. כל בוצה המונחת על ידי כוח הכבידה מונחת על פני השטח ללא התקשרות כימית או מכנית.
| פרמטר הידבקות בוצה | משטח נירוסטה | משטח PTFE |
|---|---|---|
| אנרגיית פני השטח (mN/m) | 40-50 | 18-20 |
| משיכה אלקטרוסטטית לבוצה | חזק (משטח תחמוצת טעון) | אין (לא-מוליך) |
| קשר כימי עם פוספט | כן (קשרי מתכת-פוספט) | אין (משטח C-F) |
| חיבור מכני | כן (חספוס פני השטח 1-3 מיקרומטר Ra) | מינימלי (חספוס פני השטח 0.1-0.3 מיקרומטר Ra) |
| חוזק הידבקות בוצה (יחסית) | 1.0 (קו בסיס) | 0.05-0.1 |
| שיטת ניקוי | חיתוך מכני + חומצה | שטיפה במים או ניגוב עדין |
ההשפעה התפעולית והעלויות
מרווח הניקוי המורחב מגדיל ישירות את זמן הפעולה של הייצור. קו טיפול מקדים שעצר בעבר למשך 4 שעות כל 3 שבועות לניקוי מחמם עוצר כעת למשך שעה אחת כל 12 שבועות לשטיפה פשוטה. השעות היצרניות השנתיות גדלות בכ-60 שעות לכל מיכל-בשווי 30,000-60,000 דולר, בהתאם לערך תפוקת הייצור.
ביטול הניקוי המכני משמר את משטח מחליף החום. סלילי פלדת אל-חלד סובלים מנזק מתקדם עקב סתתים חוזרים ונשנים והסרת אבנית חומצה-דילול קירות, חיספוס פני השטח שמאיץ התכלות עתידית ובסופו של דבר החלפה. סלילי PTFE אינם סובלים מנזק שנגרם-לניקוי. פני השטח נשארים חלקים ועמידים-לכל חיי הציוד.
הפחתת פסולת החומצה מפעולות הסרת האבנית מורידה את ייצור הפסולת המסוכנת של המתקן. כל אירוע הסרת אבנית מייצר 50-100 ליטר של חומצה מוגברת המכילה פוספט ברזל מומס ויוני מתכת. ביטול 15-20 אירועי הסרת אבנית בשנה לכל מיכל מייצג הפחתה משמעותית בעלות הטיפול בפסולת ובנטל הדיווח הסביבתי.
תַקצִיר
מחליפי חום PTFE מבטלים הצטברות בוצת פוספט ברזל על משטחי חימום במיכלי טיפול מקדים באמצעות שילוב של אנרגיית שטח נמוכה, היעדר אתרי קשר כימיים ואי-מוליכות חשמלית. משטח ה-עמיד בפני עכירות מאריך את מרווח הניקוי משבועות לחודשים ומאפשר ניקוי שטיפה עדין במים- במקום הסרת אבנית מכנית וכימית אגרסיבית.
היתרונות התפעוליים כוללים זמן פעולה מוגבר של ייצור, ביטול נזקי ניקוי-על פני השטח, הארכת חיי הציוד והפחתת ייצור פסולת מסוכנת כתוצאה מפעולות הסרת אבנית.
תמיכה הנדסית למפרט מחליף חום PTFE ביישומי פוספט ברזל ויישומי טיפול מקדים אחרים זמינה עם הגשת כימיית האמבטיה, טמפרטורת ההפעלה, תדירות הניקוי הנוכחית ושיטה, ומידות המיכל.
