בעיית הצטברות הקרבונט
אמבטיות ציפוי נחושת ציאניד צוברות מלחי קרבונט לאורך זמן. נתרן קרבונט ואשלגן קרבונט נוצרים באמצעות ספיגת פחמן דו חמצני אטמוספרי על ידי האמבט הבסיסי העז (pH 12-13). התגובה היא: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O. ריכוז הקרבונט עולה בהדרגה באמצעות פעולת אמבטיה רגילה.
הבעיה מואצת במשטח המחמם. מחממי טבילה מתכתיים, עם טמפרטורות קיר של 80-100 מעלות, יוצרים אזורים מקומיים שבהם חריגה ממסיסות הקרבונט. קרבונט משקע כאבנית קשה וגבישית על פני הצינור. האבנית מבודדת את הצינורות, מפחיתה את העברת החום, ובסופו של דבר דורשת הסרת אבנית מכנית או כימית. הליך הסרת האבנית-בדרך כלל שימוש בחומצה הידרוכלורית מייצר פסולת מסוכנת וצורך זמן ייצור.
מחליף חום PTFE פועל בטמפרטורת קיר נמוכה יותר (55-70 מעלות), כאשר מסיסות הקרבונט גבוהה יותר. משקעים על פני הצינור מופחתים באופן משמעותי. הקרבונט נשאר מומס באמבטיה בתפזורת, שם ניתן לנהל אותו על ידי הליכי הקפאה או משקעים רגילים, במקום להיווצר על משטח המחמם.
מנגנון המסיסות התלוי בטמפרטורה.-
מסיסות נתרן קרבונט במים תלויה מאוד בטמפרטורה-. ב-30 מעלות (טמפרטורת אמבטיה בתפזורת טיפוסית עבור נחושת ציאניד), המסיסות היא בערך 50 גרם/100 מ"ל. ב-80 מעלות (טמפרטורת קיר המחמם המתכתי), המסיסות יורדת לכ-45 גרם/100 מ"ל. ב-95 מעלות (טמפרטורת קיר דוד טיטניום), היא יורדת עוד יותר לכ-42 גרם/100 מ"ל.
האמבטיה ב-30 מעלות עשויה להיות מתחת לגבול הרוויה הקרבונטית. שכבת הגבול הדקה במשטח המחמם, מחוממת ל-80-95 מעלות, חורגת ממגבלת הרוויה המקומית. קרבונט משקע ישירות על פני הצינור. המשקעים מתמשכים כל עוד האמבט מכיל קרבונט מומס והמחמם שומר על טמפרטורת הקיר המוגברת.
טמפרטורת הקיר התחתונה של PTFE (55-70 מעלות) שומרת על שכבת הגבול קרובה יותר לטמפרטורת האמבטיות בתפזורת. המסיסות ב-60 מעלות היא כ-47 גרם/100 מ"ל-קרוב יותר לערך הכמות והסבירות שתעלה על הרוויה פחותה. כוח מניע המשקעים מופחת ב-50-70%.
| פרמטר קרבונט | מחמם נירוסטה | מחמם טיטניום | מחליף חום PTFE |
|---|---|---|---|
| טמפרטורת קיר ב-3 בארג קיטור (מעלה) | 80-95 | 85-100 | 55-70 |
| מסיסות Na₂CO₃ בטמפרטורת הקיר (g/100mL) | 44-45 | 42-44 | 47-48 |
| כוח המניע של משקעים יחסי | 1.0 (קו בסיס) | 1.1-1.3 | 0.3-0.5 |
| קצב היווצרות אבנית קרבונט | גָבוֹהַ | גָבוֹהַ | נָמוּך |
| תדירות הסרת אבנית | 6-12 שבועות | 4-10 שבועות | 12-24 חודשים |
סינרגיית השטח של PTFE
אנרגיית פני השטח הנמוכה של PTFE (18-20 mN/m) מספקת הגנה משנית מפני אבנית קרבונט. גם כאשר מתרחשים משקעים, הגבישים נצמדים בצורה חלשה למשטח ה-PTFE ההידרופובי. הגבישים נעקרו ממקומם על ידי זרימת אמבטיה רגילה או ערבול. הם אינם מצטברים לתוך שכבת האבנית הקשה והמשולבת זה בזה, שנוצרת על משטחים מתכתיים.
השילוב של כוח מניע מופחת של משקעים (מטמפרטורת קיר נמוכה יותר) והידבקות מופחתת (מאנרגיית פני שטח נמוכה) הופך את ה-PTFE לעמיד ביותר בפני אבנית קרבונט בשירות נחושת ציאניד. מרווח הסרת האבנית נמשך בין שבועות לחודשים או שנים.
הטבת ניהול כימיה באמבט
הצטברות קרבונט באמבטיה מנוהלת על ידי הקפאה-תחוצה-תקופתית של חלק מהאמבטיה כדי להתגבש קרבונט, אשר מסונן לאחר מכן החוצה-או על ידי משקעים כימיים עם סידן הידרוקסיד. הליכים אלה מבוצעים על האמבטיה בתפזורת ואינם מושפעים מהבחירה של חומר מחליף חום.
היתרון של PTFE הוא שקרבונט נשאר באמבטיה בתפזורת, שם ניתן לנהל אותו על ידי הליכים אלה, במקום להפקיד אותו על משטח המחמם, שם הוא גורם לאובדן העברת חום ודורש הסרת אבנית נפרדת ואגרסיבית יותר. תחזוקת האמבט הופכת להיות צפויה יותר ותכופה פחות.
תַקצִיר
אמבטיות נחושת ציאניד יוצרות בוצת קרבונט על משטחי חימום מתכתיים בשל מסיסות הפחמתי המופחתת בטמפרטורת הקיר הגבוהה (80-100 מעלות). מחליפי חום PTFE, עם טמפרטורת הקיר הנמוכה שלהם (55-70 מעלות), מפחיתים את כוח המניע של המשקעים ב-50-70%. משטח ה-PTFE בעל האנרגיה הנמוכה מעכב עוד יותר את הידבקות הגבישים. קרבונט נשאר באמבטיה בתפזורת, שם הוא מנוהל על ידי נהלים שגרתיים, במקום יצירת אבנית מבודדת על התנור.
תמיכה הנדסית עבור מפרט מחליף חום PTFE באמבטיות ציאניד וציפוי אלקליין זמינה עם הגשת כימיית האמבט, טמפרטורת ההפעלה, תדירות הסרת האבנית הנוכחית ונהלי ניהול קרבונט.
