El problema de l'escuma que desafia l'anti{0}}escuma
Una línia de revestiment de níquel experimenta una acumulació persistent d'escuma a la superfície del bany durant l'agitació de l'aire. L'escuma desborda la vora del dipòsit, crea un perill de lliscament i atrapa els vapors corrosius per sobre del nivell del líquid. Els operadors augmenten la taxa d'addició anti-escuma. L'escuma disminueix temporalment i després torna. El consum d'anti-escuma es triplica. El bany requereix un tractament amb carboni més freqüent per eliminar l'excés d'anti-escuma, que es converteix en un contaminant.
La causa principal no és l'anti-escuma inadequada. És la contaminació d'ions metàl·lics de l'intercanviador de calor d'acer inoxidable. Els ions de ferro, níquel i crom dissolts formen complexos amb els agents humectants del bany de revestiment. Aquests complexos metàl·lics-més humits són estabilitzadors d'escuma més efectius que els agents humectants sols. L'intercanviador de calor, corroent-se lentament, subministra contínuament els ions metàl·lics que impulsen el cicle d'escuma.
Un intercanviador de calor de PTFE allibera zero ions metàl·lics. Els complexos-estabilitzadors d'escuma no es formen. La demanda anti-escuma torna al nivell de referència necessari per a la gestió normal de l'agent humectant.
El mecanisme d'estabilització d'escuma d'ions metàl·lics
L'escuma líquida és metaestable. Les bombolles pugen a la superfície, la pel·lícula líquida entre les bombolles drena i les bombolles s'uneixen i esclaten. Els agents anti-escuma acceleren els passos de drenatge i coalescència, desestabilitzant l'escuma.
Els ions metàl·lics dissolts interfereixen amb aquest col·lapse natural d'escuma. Els ions metàl·lics-en particular ferro (III) i crom (III)-són multivalents. Poden reticular les molècules de tensioactiu adsorbides a la superfície de la bombolla. Un sol ió fèrric que uneix dues molècules de tensioactiu crea un pont que reforça la pel·lícula de bombolles. La pel·lícula pontada resisteix el drenatge. La bombolla persisteix.
L'efecte és catalític en el sentit químic. L'ió metàl·lic no es consumeix en la reacció. Un sol ió fèrric pot estabilitzar repetidament pel·lícules de bombolles successives. Una concentració de només 10-20 ppm de ferro dissolt pot augmentar de manera mesurable l'estabilitat de l'escuma en un bany que conté 100-200 ppm d'agent humectant.
La corrosió contínua d'una bobina d'acer inoxidable proporciona ions metàl·lics frescos a un ritme que desborda la capacitat de l'agent anti{0}}escuma de desestabilitzar l'escuma. L'anti-escuma s'ha d'afegir a concentracions cada cop més altes, convertint-se finalment en un contaminant.
Taula 1: Impacte de l'estabilització de l'escuma pel material de l'intercanviador de calor (bany de níquel agitat en watts d'aire-, 55 graus)
| Paràmetre | Bobina d'acer inoxidable | Bobina de titani | Intercanviador de calor de PTFE |
|---|---|---|---|
| Velocitat d'alliberament d'ions metàl·lics dissolts (mg/dia) | 50-150 (Fe, Cr, Ni) | 5-20 (Ti) | 0 |
| Alçada de l'escuma sobre la superfície líquida (cm) | 15-30 | 8-15 | 3-5 |
| Consum d'anti-escuma en relació amb la línia de base | 3-5× | 1.5-2× | 1,0× (línia de base) |
| Freqüència de tractament de carboni per eliminar l'-escuma | Mensualment | Bimestral | Segons calgui (horari normal) |
| Problemes de neteja relacionats amb l'escuma- | Esdeveniments de desbordament freqüents | De tant en tant | Rar |
| Estabilitat de l'agent humectant del bany | Degradat per complexació metàl·lica | Degradació lleugera | Estable |
La química del complex de ferro-més humit
Els agents humectants dels banys de niquelat són normalment tensioactius aniònics-laurilsulfat de sodi, alquil èter sulfats de sodi o molècules similars. Porten una càrrega negativa al pH del bany, que els permet adsorbir-se a la superfície del càtode i reduir la tensió superficial per evitar l'adhesió de bombolles de gas d'hidrogen.
El ferro fèrric en solució té una càrrega +3. S'uneix fortament als grups de cap de tensioactius carregats negativament. Un ió fèrric pot unir dues o tres molècules de tensioactiu. El complex resultant té un pes molecular més alt, una activitat superficial més alta i una capacitat d'estabilització de l'escuma-major que les molècules de tensioactiu individuals.
El complex també elimina el tensioactiu de la funció prevista. Les molècules de tensioactiu unides al ferro no estan disponibles per mullar la superfície del càtode. La concentració efectiva d'agent humectant disminueix fins i tot quan augmenta l'escuma. Els operadors poden respondre afegint més agent humectant, que proporciona més molècules de ferro al complex, empitjorant el problema de l'escuma en un cicle d'auto-reforç.
PTFE: trencar el cicle de l'escuma a la font
Un intercanviador de calor de PTFE no allibera ions metàl·lics perquè no conté metall. El fluoropolímer és carboni pur i fluor. No hi ha corrosió, ni dissolució ni font d'ions metàl·lics que estabilitzin l'escuma-.
L'eliminació d'aquesta font contínua d'ions metàl·lics restaura la dinàmica natural de l'escuma del bany. L'agent humectant realitza la seva funció prevista a la superfície del càtode sense ser segrestat per metalls dissolts. L'agent anti-escuma controla els nivells normals d'escuma sense l'augment de la dosi que requereix la contaminació metàl·lica. El tractament amb carboni per eliminar l'-escuma torna a un programa de manteniment normal.
La química del bany s'estabilitza. Les addicions d'agent humectant i anti-escuma es fan previsibles en funció del rendiment d'amper-hora en lloc de reaccionar als esdeveniments d'escuma. L'estalvi de costos de la reducció del consum de productes químics, la reducció del tractament de carboni i la reducció de la mà d'obra de neteja contribueixen al càlcul d'amortització del PTFE.
Resum
Els intercanviadors de calor de PTFE eviten els problemes d'escuma del bany eliminant la font d'ions metàl·lics que estabilitzen l'escuma-. Les bobines metàl·liques corroïdes alliberen ions de ferro i crom que reticulen les molècules de tensioactiu, enfortint les pel·lícules de bombolles i resistint l'acció anti-escuma. El cicle creixent d'augment de l'anti-escuma i l'augment del tractament amb carboni es trenca quan s'elimina la font d'ions metàl·lics.
La superfície de PTFE de -corrosió zero manté la química estable del bany, el consum químic previsible i els nivells d'escuma manejables. Les reduccions de costos d'anti-escuma i agent humectant, combinades amb la freqüència reduïda del tractament amb carboni, contribueixen significativament a l'estalvi operatiu de la conversió de PTFE.
L'anàlisi d'enginyeria per a l'especificació de l'intercanviador de calor de PTFE en banys de revestiment-propensos a l'escuma està disponible quan s'envien la química del bany, les taxes actuals de consum d'anti-escuma i agent humectant, els incidents de temps d'inactivitat relacionats amb l'escuma- i la freqüència de tractament de carboni.
