Το πρόβλημα της υπερθέρμανσης του ηλεκτρολύτη
Οι κυψέλες ηλεκτροδιύλισης χαλκού παράγουν θερμότητα από ωμική αντίσταση. Το ρεύμα που διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη μεταξύ της ανόδου και της καθόδου παράγει περίπου 0,25-0,35 kWh θερμότητας ανά κιλό χαλκού που εναποτίθεται. Χωρίς επαρκή ψύξη, η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη αυξάνεται πάνω από το όριο λειτουργίας 60-65 μοιρών.
Ο υπερθερμανθείς ηλεκτρολύτης δημιουργεί πολλαπλά προβλήματα διεργασίας. Η απόδοση ρεύματος πέφτει καθώς η εξέλιξη του υδρογόνου ανταγωνίζεται την εναπόθεση χαλκού. Η μορφολογία των εναποθέσεων επιδεινώνεται, παράγοντας τραχιές, οζώδεις καθόδους. Η παραγωγή όξινης ομίχλης αυξάνεται, επιδεινώνοντας το εργασιακό περιβάλλον. Το διυλιστήριο πρέπει να μειώσει την πυκνότητα ρεύματος, μειώνοντας άμεσα την παραγωγή.
Τα πηνία ψύξης στον βρόχο κυκλοφορίας του ηλεκτρολύτη είναι η κύρια άμυνα κατά της υπερθέρμανσης. Όταν αυτά τα πηνία χάνουν την απόδοση, ολόκληρη η παραγωγή του διυλιστηρίου υποφέρει. Η διάγνωση και η διόρθωση πρέπει να γίνουν γρήγορα.
Η διαγνωστική διαδρομή για την αναποτελεσματικότητα του πηνίου ψύξης
Απώλεια απόδοσης πηνίου ψύξης σε ίχνη ηλεκτροδιύλισης χαλκού για συγκεκριμένες, διαγνώσιμες αιτίες. Η συστηματική αντιμετώπιση προβλημάτων εντοπίζει τη βασική αιτία εντός ωρών και όχι ημερών.
Ο ηλεκτρολύτης μεταφέρει 40-50 g/L χαλκό και 150-200 g/L θειικό οξύ στους 55-65 βαθμούς. Αυτό το καυτό, συμπυκνωμένο οξύ επιτίθεται στα περισσότερα μέταλλα. Τα πηνία ψύξης από ανοξείδωτο χάλυβα αναπτύσσουν επιφανειακή απολέπιση από κρυστάλλωση θειικού χαλκού όταν οι θερμοκρασίες του τοίχου πέφτουν κάτω από το σημείο κορεσμού. Τα ψυκτικά πηνία μολύβδου, παραδοσιακά στα παλαιότερα διυλιστήρια, διαβρώνονται αργά και σχηματίζουν μονωτικά στρώματα θειικού μολύβδου.
Η ποιότητα του νερού ψύξης είναι εξίσου σημαντική. Το σκληρό νερό εναποθέτει άλατα ανθρακικού ασβεστίου μέσα στους σωλήνες. Το νερό του πύργου ψύξης εισάγει βιολογική ρύπανση που καλύπτει τις εσωτερικές επιφάνειες. Και οι δύο μηχανισμοί μονώνουν το τοίχωμα του σωλήνα από το ψυκτικό μέσο.
Μια δομημένη διαγνωστική προσέγγιση μετρά τις θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου τόσο από την πλευρά του ηλεκτρολύτη όσο και από την πλευρά του νερού ψύξης, υπολογίζει τον πραγματικό συνολικό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας και τον συγκρίνει με την αρχική-καθαρή κατάσταση. Το χάσμα μεταξύ της πραγματικής και της βασικής τιμής U-ποσοτικοποιεί τη σοβαρότητα της ρύπανσης και καθοδηγεί τις διορθωτικές ενέργειες.
Πίνακας 1: Διαγνωστικοί δείκτες απόδοσης πηνίου ψύξης στην ηλεκτροδιύλιση χαλκού
| Σύμπτωμα | Πιθανή Αιτία | Διαγνωστική Μέτρηση | Διορθωτική δράση |
|---|---|---|---|
| Η-τιμή μειώνεται σταδιακά σε μήνες | Κλίμακα θειικού χαλκού στην πλευρά του ηλεκτρολύτη | Οπτική επιθεώρηση; δοκιμή διαλυτότητας σε οξύ | Χημική αφαλάτωση ή αντικατάσταση PTFE |
| -τιμήστε την ξαφνική πτώση μετά από συντήρηση του νερού ψύξης | Εσωτερική ζυγαριά σκληρού νερού | Ανάλυση νερού ψύξης; Αύξηση ΔP | Εσωτερική αφαλάτωση |
| Ανώμαλη ψύξη σε όλη την τράπεζα κυττάρων | Κακή κατανομή ροής | Χαρτογράφηση θερμοκρασίας μεμονωμένων κυψελών | Ροή εξισορρόπησης; εξετάστε το πλέγμα PTFE |
| Μόνιμη χαμηλή τιμή U-μετά τον καθαρισμό | Αραίωση τοίχων ή μόνιμη κλίμακα | Μέτρηση πάχους με υπερήχους | Αντικατάσταση πηνίου με PTFE |
| Εποχιακή διακύμανση απόδοσης | Αλλαγή θερμοκρασίας νερού ψύξης | Ανασκόπηση ημερολογίου ψυκτικού συγκροτήματος ή πύργου ψύξης | Αναβαθμίστε το σύστημα νερού ψύξης ή πηνίο PTFE |
Διαγνωστικές μέθοδοι από εμπειρία λειτουργίας διυλιστηρίου χαλκού και πρότυπα απόδοσης εναλλάκτη θερμότητας.
Γιατί το PTFE σπάει τον κύκλο ρύπανσης
Τα πηνία ψύξης PTFE αντιμετωπίζουν τις βασικές αιτίες απώλειας απόδοσης στην υπηρεσία ηλεκτροδιύλισης χαλκού μέσω των ιδιοτήτων του υλικού και όχι μέσω διαδικασιών συντήρησης.
Η πυρήνωση σε κλίμακα θειικού χαλκού απαιτεί επιφανειακές τοποθεσίες υψηλής-ενεργείας. Η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια του PTFE παρέχει λίγες θέσεις πυρήνωσης. Η ζυγαριά που σχηματίζεται προσκολλάται ασθενώς και τείνει να αποκολλάται υπό κανονική ροή ηλεκτρολυτών. Οι επιφάνειες μεταφοράς θερμότητας παραμένουν καθαρότερες για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα χωρίς χημική επέμβαση.
Το θειικό οξύ στα 150-200 g/L και στους 60 βαθμούς δεν προσβάλλει το PTFE. Δεν εμφανίζεται διάβρωση. Δεν αναπτύσσεται αραίωση τοίχων. Το πηνίο ψύξης διατηρεί το πάχος τοιχώματος που έχει εγκατασταθεί και τα χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας επ' αόριστον. Οι εναλλακτικές λύσεις από μόλυβδο και ανοξείδωτο χάλυβα υποβαθμίζονται προοδευτικά σε αυτό το περιβάλλον.
Η ρύπανση από την πλευρά του νερού ψύξης παραμένει δυνατή με πηνία PTFE, αλλά η λεία εσωτερική οπή αντιστέκεται στην πρόσφυση αλάτων καλύτερα από το διαβρωμένο μέταλλο. Το χημικά αδρανές τοίχωμα του σωλήνα εξαλείφει κάθε πιθανότητα ψύξης μολυσματικών ουσιών του νερού που διοχετεύονται μέσω των σημείων διάβρωσης της οπής καρφίτσας στον ηλεκτρολύτη.
Αποτελέσματα από μετατροπή Tankhouse
Ένα διυλιστήριο χαλκού αντικατέστησε τα πηνία ψύξης μολύβδου σε ένα τμήμα 40-κυψελών με εναλλάκτες θερμότητας PTFE. Τα πηνία μολύβδου απαιτούσαν αφαλάτωση κάθε 4-6 εβδομάδες, με τις τιμές U να πέφτουν 40% μεταξύ των καθαρισμών. Η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη σε κυψέλες με ρυπασμένα πηνία έφτασε τους 68 βαθμούς κατά τη λειτουργία του ρεύματος αιχμής, αναγκάζοντας μειώσεις της έντασης του ρεύματος.
Τα πηνία PTFE είχαν μέγεθος για ισοδύναμη λειτουργία ψύξης χρησιμοποιώντας κρύο νερό στους 15 βαθμούς. Η διαμόρφωση του πλέγματος κατανέμει την επιφάνεια ψύξης ομοιόμορφα σε όλο το πλάτος της κυψέλης. Μετά από 12 μήνες συνεχούς λειτουργίας, η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη διατηρήθηκε στους 61±2 βαθμούς χωρίς περιορισμούς ρεύματος. Η τιμή U-παρέμεινε εντός του 8% της καθαρής γραμμής βάσης. Δεν πραγματοποιήθηκε καμία χημική αφαλάτωση κατά τη διάρκεια της περιόδου των 12 μηνών.
Περίληψη
Η αναποτελεσματικότητα της ψύξης στην ηλεκτροδιύλιση χαλκού προέρχεται από την απολέπιση θειικού χαλκού και την όξινη διάβρωση των μεταλλικών πηνίων. Οι διαγνωστικές μετρήσεις θερμοκρασίας και τιμής U{1}}προσδιορίζουν τον κυρίαρχο μηχανισμό, καθοδηγώντας τη διορθωτική δράση.
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE αντιμετωπίζουν και τους δύο μηχανισμούς μέσω των ιδιοτήτων του υλικού: η χαμηλή επιφανειακή ενέργεια ελαχιστοποιεί την πρόσφυση αλάτων και η χημική αδράνεια εξαλείφει τη διάβρωση με οξύ. Η απόδοση μεταφοράς θερμότητας παραμένει σταθερή χωρίς την κυκλική υποβάθμιση και ανάκτηση των μεταλλικών πηνίων.
Για διυλιστήρια χαλκού που επιδιώκουν να μειώσουν τη συντήρηση ψύξης και να σταθεροποιήσουν τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη, η μηχανική ανάλυση για το μέγεθος του πηνίου ψύξης PTFE είναι διαθέσιμη μετά την υποβολή των διαστάσεων κυψέλης, της σύνθεσης ηλεκτρολύτη, της θερμοκρασίας λειτουργίας, των προδιαγραφών του νερού ψύξης και των δεδομένων τρέχουσας απόδοσης ψύξης.
