Krom Tanklarda Katılaşma Riski
Sert krom kaplama elektrolitleri, sülfat katalizörlü 250-400 g/L kromik asit içerir. 50-60 derecelik çalışma sıcaklıklarında çözelti serbestçe akar. Ancak kapatma sırasında banyo soğuduğunda kromik asit kristalleri çöker. Bu kristaller, ısı eşanjörü tüpleri de dahil olmak üzere mevcut herhangi bir yüzeyde büyür.
Tüp aralığı, bu kristallerin izole edilmiş birikintiler mi yoksa bitişik tüpler arasında köprü mi oluşturduğunu belirler. Köprüleme, çözüm akışını engelleyen sağlam engeller oluşturur. Tank yeniden ısıtıldığında, köprülü bölümler tamamen çözülmeyebilir, bu da ısı transferini azaltan ve durgun bölgeler oluşturan kalıcı engeller bırakabilir.
Bu olay, yüksek katılaşma sıcaklıklarına sahip çözeltilere özgüdür. Krom elektroliti 40 derecenin altında kristalleşmeye başlar. 0 dereceye kadar sıvı halde kalan nikel ve çinko kaplama banyoları bu sorunu yaratmaz. PTFE ısı eşanjörü tasarımcısının kroma özgü bu davranışı hesaba katması gerekir.
Tüpler Arasındaki Sınır Katmanı Etkileşimi
Isı eşanjöründeki her PTFE tüpü, tüpü çevreleyen bir termal sınır katmanı ({0}}ısıtılmış çözelti bölgesi) geliştirir. Sınır tabakası kalınlığı tüp çapına, akışkan hızına ve tüp duvarı ile toplu çözelti arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır.
Tüpler birbirine yakın yerleştirildiğinde komşu tüplerin sınır katmanları birleşir. Birleştirilmiş bölge, toplu çözeltiden daha düşük hıza ve daha yüksek sıcaklığa sahiptir. Çalışma sırasında bu faydalıdır: Boruların etrafındaki daha sıcak bölge, boru yüzeyinden ısı kaybını azaltır.
Ancak kapatma sırasında birleştirilmiş bölge operatörün aleyhine çalışır. Toplu sıcaklık düştükçe soğuyacak son çözüm, tüplerin etrafındaki sınır tabakasıdır. Borular çok yakınsa, boru demeti hacminin tamamı, toplu tanktan daha uzun süre katılaşma sıcaklığının üzerinde kalır. Bu, tam soğutmayı geciktirir ve yeniden başlatma sırasında yetersiz banyo sıcaklığı geri kazanımını maskeleyebilir.
Tablo 1: Krom Elektrolitte Sınır Katmanı ve Katılaşma Davranışı Üzerindeki Boru Aralığı Etkileri
| Tüp Merkez Aralığı (× OD) | Tüpler Arasındaki Boşluk (mm, 10mm OD için) | Sınır Katmanı Etkileşimi | Kapatma Sırasında Riski Aşmak | Yeniden Başlatmada Akışı Kurtarma |
|---|---|---|---|---|
| 1.5× | 5 | Birleştirilmiş (kalın birleştirilmiş katman) | Yüksek (kristal köprü boşluğu) | Kötü (kalıcı tıkanma) |
| 2.0× | 10 | Kısmi örtüşme | Ilıman | Adil |
| 2.5× | 15 | Minimum örtüşme | Düşük | İyi |
| 3.0× | 20 | Bağımsız katmanlar | Çok düşük | Harika |
Hafif hava çalkalaması ile 55 derecede krom elektrolit içinde 10 mm OD PTFE borunun analizi. Katılaşma sıcaklığı yaklaşık 38-40 derecedir.
Pratik Aralık Önerileri
Sert krom kaplama tankları için, boru dış çapının 2,5-3,0 katı kadar PTFE boru aralığı tavsiye edilir. Bu aralık, çalışma sırasında bağımsız sınır katmanlarını korur, tüpler arasında serbest çözelti dolaşımına izin verir ve soğuma sırasında kristal köprü oluşumunu önler.
Daha geniş aralık, belirli bir tank hacmine sığan toplam yüzey alanını azaltır. Bu,-karşılıklıdır: Katılaşma sorunları olmadan güvenilir çalışma karşılığında, tank zemininin metrekaresi başına daha az tüp. Yüzey alanı, bobinin kapladığı alanı genişleterek veya farklı tank bölgelerine ayrı tüp demetleri ekleyerek geri kazanılabilir.
Boşta kalma dönemlerinde 45 derecenin altına soğumayı önleyen güvenilir sıcaklık bakım sistemlerine sahip tanklar, 2,0 kat daha sıkı aralıklar kullanabilir. Azalan katılaşma riski, daha yüksek paketleme yoğunluğunu haklı çıkarır. Hafta sonu kapalı olan veya güvenilir olmayan buhar beslemesi olan mağazalardaki tanklar, 3,0 kat daha geniş aralığı kullanmalıdır.
PTFE Yüzey Etkileri
PTFE'nin düşük yüzey enerjisi katılaşma sırasında avantaj sağlar. Kromik asit kristalleri, metale kıyasla floropolimer yüzeyine zayıf bir şekilde yapışır. Soğutma-sırasında oluşan kristaller, banyo yeniden ısındıkça ve konveksiyon devam ettikçe dökülme eğilimi gösterir. Yapışma önleme özelliği-köprülenme riskini kısmen azaltır.
Bu yüzey etkisi uygun aralık ihtiyacını ortadan kaldırmaz. Zayıf şekilde yapışan kristaller, eğer boşluk yeterince küçükse, yakın aralıklı tüpler arasında hala köprü oluşturabilir. Ancak daha geniş aralık ve yapışma önleyici yüzey kombinasyonu, PTFE bobinlerini katılaşma sorunlarına karşı eşdeğer metal bobinlere göre daha dirençli hale getirir.
Özet
Krom elektrolitlere yönelik PTFE ısı eşanjörlerindeki boru aralığı, banyonun soğuması- sırasında kristal köprü oluşumunu önlemelidir. Boru çapının 2,5-3,0 katı aralık bırakılması, bağımsız sınır katmanlarını korur ve borular arasında katılaşma köprülerinin oluşmasını önler.
Daha geniş aralık, paketleme yoğunluğunu azaltır ancak başlatma-kapatma döngüleri boyunca güvenilir çalışmayı sağlar. PTFE'nin yapışma önleyici yüzeyi-köprülenme riskini kısmen azaltır. Sürekli sıcaklık bakımı yapılan tanklarda daha dar aralıklar kullanılabilir.
Belirli krom kaplama tank geometrilerinde PTFE boru aralığına yönelik mühendislik analizi, tank boyutları, çalışma sıcaklığı, kapatma sıcaklığı geçmişi, karıştırma yöntemi ve mevcut bobin konfigürasyon verilerinin sunulması üzerine mevcuttur.
