Kā tiek izmantoti PTFE apmainītāji/skābo tvaiku kondensācija no metāla kodināšanas procesa?

Tērauda kodināšanas līniju aptver karsta, kūstoša sālsskābes vai sērskābes migla. Šie gaisā esošie pilieni nav vienkārši kodīgs kairinājums, bet vērtīgs ķīmiskais resurss, kas ir atkārtoti lietojams un tiek zaudēts izplūdes sistēmā. Gaisa kondensators, kas atrodas tieši ventilācijas kanālā, var uztvert šos piesārņotājus, pārvēršot karstos, kodīgos tvaikus atpakaļ tīrā, koncentrētā šķidrā skābē. Tā kā šī kondensatora siltummaini samitrina kondensētā, tuvu verdoša skābe, tam ir jābūt no materiāla, kas nerūsē. PTFE apvalks un caurules siltummainis ir ideāls, ķīmiski imūns slazds šai vērtīgajai skābes miglai.

Skābju tvaiku kodināšanas vides un ekonomiskās izmaksas
Metāla kodināšana ir virsmas apstrādes procedūra, ko izmanto, lai noņemtu katlakmens, rūsu vai oksīdus no tērauda, ​​nerūsējošā tērauda, ​​vara un citiem metāliem. Apstrādājamās detaļas tiek iegremdētas karstās, koncentrētas skābes vannās -parasti sālsskābē (HCl) 60–80 grādu temperatūrā vai sērskābē (H 2 SO 4 ) 80–95 grādu temperatūrā. Kodināšanas laikā skābes tvaiki tiek izvadīti no vannas virsmas kopā ar plānu karstā šķīduma izsmidzināšanu. Šie tvaiki ir:

Kodīgs: tie ātri nolieto ēku konstrukcijas, ventilācijas kanālus, ventilatorus un tuvumā esošās iekārtas.

Bīstams cilvēku veselībai: skābes miglas kairina elpceļus un izraisa ilgstošus-plaušu bojājumus.

Ekonomisks zaudējums: iztvaicētā skābe ir dārga reaģenta zudums, ko citādi var izmantot atkārtoti.

Vides atbilstības izaicinājums. Skābes miglas tiek regulētas daudzās jurisdikcijās, un tām ir nepieciešami dārgi skruberi vai skursteņu apstrāde.

Parastā skābes tvaiku kontrolē tiek izmantoti mitrie skruberi (pildītie torņi), kas izsmidzina ūdeni vai sārmainu šķīdumu izplūdes gāzu plūsmā. Skruberi labi atdala skābi, taču rada daudz atšķaidītu notekūdeņu, kas pirms novadīšanas ir jāneitralizē. Pati skābe netiek reģenerēta. Elegantāks veids ir tieši kondensēt tvaikus, tādējādi atgūstot koncentrētu, atkārtoti lietojamu skābes plūsmu.

Kā PTFE apmaiņas ierīce atgūst skābi un kondensē skābes tvaikus
PTFE apmaiņas metāla kodināšanas tvaiku kondensācijas sistēma atrodas izplūdes kanālā tieši virs kodināšanas tvertnes vai specializētā kondensācijas tornī. Karstā, skābi nesošā tvaika plūsma tiek izvadīta caur PTFE apvalka un caurules tipa siltummaiņa korpusa pusi ar dzesēšanas ūdeni PTFE caurulēs. Dzesēšanas ūdeni rūpīgi noregulē tā, lai tvaika temperatūra būtu zem skābes rasas punkta.

Kondensācijas mehānisms
Karstie tvaiki ātri atdziest, kad tie skar aukstās PTFE caurules virsmas. Skābes tvaiki (HCl vai H 2 SO 4, kā arī ūdens tvaiki) kondensējas, veidojot šķidruma pilienus uz caurules virsmām. Latentais iztvaikošanas siltums tiek izdalīts kondensācijas laikā, un to absorbē dzesēšanas ūdens. PTFE caurule ir absolūti inerta pret kondensācijas skābi neatkarīgi no tā, vai tā ir ļoti koncentrēta sālsskābe (līdz 35%) vai spēcīga sērskābe.

Galvenā priekšrocība ir gluda, zemas virsmas enerģijas PTFE virsma. Kondensētie skābes pilieni neizplatās plēvē, bet izdalās izolētos pilienos. Šie pilieni pēc tam attīstās līdz tādam izmēram, kurā gravitācija pārņem. PTFE virsma ir pašnotecinoša{3}}tāpēc neuzkrājas smags izolācijas šķidruma slānis, kas samazinātu siltuma pārnesi. Skābe, kas tagad ir kondensēta, gravitācijas ietekmē plūst uz savākšanas tvertni kondensatora apakšā, no kuras to var novadīt atpakaļ uz kodināšanas vannu vai uzglabāšanas tvertni atkārtotai izmantošanai.

PTFE kondensators ir auksta inerta plastmasas slazds, kas uztver vērtīgos kodīgos skābes pilienus no gaisa un pārvērš tos atpakaļ tīrā atkārtoti lietojamā šķidrumā.

Divu-pakāpju kondensācija optimālai atkopšanai
Daudzās kodināšanas darbībās izplūdes tvaikos būs gan skābe, gan ūdens tvaiki. Skābes maisījuma rasas punkts ir koncentrācijas un temperatūras funkcija. Kondensācijas sistēma bieži vien ir divu-pakāpju process:

Pirmais solis (augstāka temperatūra): tvaikus atdzesē līdz temperatūrai, kas pārsniedz ūdens rasas punktu, bet zemāka par skābes temperatūru, tādējādi galvenokārt skābes komponents tiek kondensēts. Tādējādi tiek iegūta koncentrēta, atkārtoti lietojama skābes plūsma (piemēram, . 15-20% HCl).

Otrais posms (zemāka temperatūra) Atlikušos tvaikus tālāk atdzesē, lai kondensētu ūdeni ar atlikušo skābi. Tas rada atšķaidītu plūsmu, ko var novirzīt uz skruberi vai neitralizēt.

PTFE siltummaini var konfigurēt jebkuram posmam. Pirmajā posmā parasti ir nepieciešams tikai dzesēšanas ūdens ar apkārtējās temperatūras temperatūru (20 līdz 30 grādi). Otrajā posmā var būt nepieciešams atdzesēts ūdens (no 5 līdz 10 grādiem C).

Plūsmas orientācija un sakārtošana
PTFE siltummainis ir uzstādīts vertikāli, tvaikiem plūstot lejup pa korpusa pusi (vai augšup pa korpusa pusi ar atbilstošiem drenāžas noteikumiem), lai nodrošinātu pietiekamu kondensāciju un drenāžu. PTFE caurules ir novietotas vertikāli. Dzesēšanas ūdens iet caur cauruli vienā vai vairākās -pārgājienos. Koncentrētā skābe tiek ņemta no korpusa apakšas savākšanas tvertnē.

Galvenās dizaina iezīmes ir:

Vertikālas caurules labākai pilienu drenāžai un mazākai šķidruma aizturei

Gludas PTFE virsmas bez ribām vai izsmalcinātām deflektoriem, lai notvertu šķidrumu

Liela diametra caurules (parasti 6-12 mm ID), lai samazinātu spiediena zudumus un novērstu cietu daļiņu aizsērēšanu

Korpusa sānu deflektori šķērsplūsmai vai paralēlai plūsmai, kas paredzēti, lai novērstu nekustīgu zonu veidošanos, kur var uzkrāties skābe

Siltummaiņam jābūt aprīkotam ar nelielu lejupvērstu slīpumu (ja horizontāli) vai vertikāli, lai nodrošinātu, ka kondensāts pilnībā izplūst. Jebkurš zemāks punkts, kurā uzkrājas šķidrums, kas varētu izraisīt lokālu ne-PTFE materiālu (piem., apvalka vai atloku) koroziju un samazinātu siltuma pārneses efektivitāti

Procesa piezīme: Kāpēc augšējais miglas likvidētājs ir svarīgs
Neapstrādātas kodināšanas izplūdes gāzēs ir ne tikai tvaiki, bet arī lieli šķidruma pilieni (pārnesumi no vannas) un smalkas daļiņas (dzelzs sāļi, rūsas daļiņas). Ja šie pilieni un daļiņas iekļūst PTFE kondensatorā, tās var:

Nogulsnējas uz cauruļu virsmām un veido garoza, kas izolē caurules un samazina siltuma pārnesi.

Nobloķējiet mazās atstarpes starp caurulēm vai apakšējā kanalizācijā

Saindē reģenerēto skābi ar metāla joniem, lai to vairs nevarētu izmantot augstas kvalitātes kodināšanai

Tāpēc pirms PTFE siltummaiņa tiek novietots pareizi izstrādāts miglas noņemšanas līdzeklis (saukts arī par pretsvīdumu vai sieta spilventiņu). Miglas noņemšanas līdzeklis parasti ir adīta stiepļu sieta spilventiņš (polipropilēna, PTFE vai Hastelloy izturībai pret koroziju) vai ševrona lāpstiņu separatoru komplekts. Tas atņem:

pilieni, kas lielāki par 5–10 µm (tīklveida spilventiņš) vai 10–20 µm (ševrons)

pilieni, kas nes cietas vielas

Miglas noņemšanas ierīci laiku pa laikam notīra ar ūdens strūklu vai tvaiku, lai novērstu aklumu. Tvaika plūsma pēc miglas noņemšanas ir tikai smalki pilieni un īsti tvaiki, un to var izturēt bez PTFE kondensatora piesārņojuma.

Kodināšanas līnijām ar ievērojamu daļiņu slodzi (piemēram, oglekļa tērauda kodināšanai) pirms kondensatora var uzstādīt mitru elektrostatisko nogulsnētāju vai Venturi skruberi, lai noņemtu submikronu daļiņas. Tomēr tie ir dārgāki un nav tik izplatīti kā vienkāršie sieta spilventiņi.

Tehniska piezīme: Kondensāta korozija rasas punktā
Kondensējošā skābe ir visspēcīgākā rasas punktā. Pirmais kondensāts no uzkarsētas, sajauktas skābes un ūdens tvaikiem ir ļoti bagātināts ar skābi, salīdzinot ar skābi lielapjoma vannā. Piemēram, 10% HCl šķīdums vannā var radīt kondensātu pie rasas punkta 20-25% HCl. Šī koncentrētā skābe ir ļoti kodīga lielākajai daļai metālu, pat ļoti-leģētiem nerūsējošajiem tēraudiem un dažiem sakausējumiem uz niķeļa bāzes. PTFE nav pilnībā ietekmēts.

Turklāt kondensācijas process ir eksotermisks. Latentā siltuma izdalīšanās var sildīt dzesēšanas ūdeni un paaugstināt caurules virsmas temperatūru. Kondensācija tiek apturēta, kad caurules virsmas temperatūra pārsniedz rasas punktu. Tādējādi dzesēšanas ūdens plūsmas ātrumam jābūt pietiekami lielam, lai caurules virsma būtu zem rasas punkta. Izplatīta pieeja ir dzesēšanas ūdens vārsta PID kontrole, pamatojoties uz izplūdes tvaiku temperatūru.

PTFE caurulēm ir jābūt pietiekami biezām (parasti 1–2 mm sieniņu biezumam), lai tās izturētu spiediena starpību starp apvalku un cauruli un jebkādu mehānisku nobrāzumu no krītošiem pilieniem. Bet biezākas caurules ierobežo siltuma pārnesi. Tas tiek panākts ar rūpīgu termisko dizainu, parasti ar vairākām mazāka diametra caurulēm, lai palielinātu virsmas laukumu.

Salīdzinājums ar citiem kondensatora materiāliem
Materiāla izturība pret koroziju pret karstu HCl/H2SO4 kondensāta novadīšanas izmaksas. Tipisks PTFEG kalpošanas laiks Labs (imūns) Lielisks (nepielīp) Augsts (bet atjauno vērtību) 10–20 gadi
Grafīts Piemērots HCl, slikti oksidējošām skābēm. Taisnīgs (porains un var aizturēt skābi) Vidēji 3–7 gadi (var saplīst)
Tantals Ļoti labsLabs (nedaudz gluds metāls)Ļoti augsts 10+ gadi
Ierobežots (caurules HCl) Augsti{0}}leģētais tērauds (piemēram, Hastelloy C-276) Labs Augsts 1–3 gadi
Stikls Trausls, izturīgs pret skābēm Teicami (gluds) Mērens Trausls, īss mūžs
Grafīta siltummaiņus dažreiz izmanto HCl kondensācijai, lai gan tie ir poraini un var absorbēt skābi, kas var izraisīt pakāpenisku degradāciju un galu galā noplūdi. Tantalam ir augsta izturība pret koroziju, taču tas ir ļoti dārgs. PTFE piedāvā optimālu līdzsvaru starp izturību pret koroziju, nepiedegošu drenāžu un ilgu kalpošanas laiku par taisnīgām izmaksām, īpaši, ja ņem vērā reģenerētās skābes vērtību.

Vides un ekonomiskās priekšrocības
PTFE kondensatora uzstādīšanas uz metāla kodināšanas līnijas priekšrocības var noteikt:

Skābes atgūšana: parasti 80–95% skābes tvaiku var kondensēt un izmantot atkārtoti. Lielai kodināšanai, izmantojot 500 tonnas HCl gadā, 10% iztvaicētās skābes reģenerācija ļauj ietaupīt 50 tonnas gadā.

Zemākas neitralizācijas izmaksas Mazāk skābes izplūst uz skruberi vai skursteni, tādējādi samazinot neitralizējošu ķīmisko vielu (piemēram, NaOH vai kaļķu) izmantošanu.

Apakšējā izplūdes kanāla korozija Skābju tvaiku noņemšana ļauj izmantot lētākus materiālus ventilatoros un cauruļvados (piem., PVC vai polipropilēns salīdzinājumā ar eksotiskiem sakausējumiem).

Atbilstība normatīvajiem aktiem: ir vieglāk ievērot skābju miglu emisiju ierobežojumus un izvairīties no naudas sodiem un ražošanas apturēšanas.

Siltuma atgūšana Dzesēšanas ūdeni, kas iziet no PTFE kondensatora, silda kondensācijas eksoterma (parasti temperatūras paaugstināšanās par 10–30 grādiem). Karsto ūdeni var izmantot telpu apsildīšanai, kodināšanas vannas uzsildīšanai vai citām iekārtas vajadzībām, tādējādi nodrošinot papildu enerģijas ietaupījumu.

Secinājums: piesārņojuma problēma pārvērtās par rentablu resursu atgūšanu
PTFE siltummaiņi nodrošina optimālu, pret koroziju -drošu, videi nekaitīgu iespēju kondensēt un savākt skābju tvaikus no metāla kodināšanas darbībām, pārvēršot piesārņojuma problēmu izdevīgā resursu atgūšanā. Ļoti kodīgo HCl vai H 2 SO 4 tvaiku plūsmu atdzesē pa PTFE caurulēm, pēc tam skābe kondensējas šķidruma pilienos, kas izplūst un brīvi izplūst, nodrošinot tīru, atkārtoti lietojamu skābes plūsmu. PTFE siltummainis iztur ļoti agresīvu kondensātu rasas punktā, un tas ir pakalpojums, kurā metāla kondensatori drīz saplīsīs. PTFE kondensators ir uzticams gadu desmitiem ar atbilstošu augšējo miglas novēršanu un vertikālu orientāciju, lai nodrošinātu brīvu novadīšanu, atgūstot vērtīgu reaģentu un krasi samazinot atmosfēras emisijas.

Ilgtspējīgākās rūpnīcas ir tās, kas absorbē un atkārtoti izmanto savas emisijas. Tērauda kodināšanas līnijā PTFE siltummainis ir kluss, ķīmiski imūnsargs, kas uztver skābes miglu, atgriež atkārtoti izmantoto skābi un ar katru kondensēto pilienu atdzesē rūpnīcas vides nospiedumu.