A túlmelegedett elektrolit probléma
A réz elektrofinomító cellák ohmos ellenállásból termelnek hőt. Az anód és a katód között az elektroliton áthaladó áram körülbelül 0,25-0,35 kWh hőt termel kilogrammonként leválasztott rézre. Megfelelő hűtés nélkül az elektrolit hőmérséklete a 60-65 fokos működési határ fölé emelkedik.
A túlhevült elektrolit számos folyamatproblémát okoz. Az áram hatékonysága csökken, mivel a hidrogénfejlődés verseng a rézlerakódással. A lerakódások morfológiája romlik, durva, csomós katódok keletkeznek. A savas ködképződés fokozódik, ami rontja a munkakörnyezetet. A finomítónak csökkentenie kell az áramsűrűséget, ami közvetlenül csökkenti a termelési teljesítményt.
Az elektrolit keringető körben lévő hűtőtekercsek jelentik az elsődleges védelmet a túlmelegedés ellen. Amikor ezek a tekercsek veszítenek hatékonyságukból, az egész finomítói teljesítmény szenved. A diagnózisnak és a helyesbítésnek gyorsan meg kell történnie.
A hűtőtekercs hatástalanságának diagnosztikai útja
A hűtőtekercs teljesítménycsökkenése a réz elektrofinomításánál konkrét, diagnosztizálható okokra vezethető vissza. A szisztematikus hibaelhárítás órákon belül, nem pedig napokon belül azonosítja a kiváltó okot.
Az elektrolit 40-50 g/l rezet és 150-200 g/l kénsavat hordoz 55-65 fokon. Ez a forró, koncentrált sav megtámadja a legtöbb fémet. A rozsdamentes acél hűtőtekercseken a réz-szulfát kristályosodása miatt felületi lerakódás keletkezik, amikor a fal hőmérséklete a telítési pont alá csökken. A régebbi finomítókban hagyományosan használt ólom hűtőtekercsek lassan korrodálnak, és szigetelő ólom-szulfát rétegeket képeznek.
A hűtővíz minősége ugyanúgy számít. A kemény víz kalcium-karbonát lerakódást rak le a csövek belsejében. A hűtőtorony vize biológiai szennyeződést okoz, amely bevonja a belső felületeket. Mindkét mechanizmus elszigeteli a cső falát a hűtőközegtől.
A strukturált diagnosztikai megközelítés méri a bemeneti és kimeneti hőmérsékletet mind az elektrolit, mind a hűtővíz oldalon, kiszámítja a tényleges teljes hőátbocsátási tényezőt, és összehasonlítja azt a tiszta{0}}állapot alapértékével. A tényleges és a kiindulási U-érték közötti különbség számszerűsíti a szennyeződés súlyosságát, és iránymutatást ad a korrekciós intézkedésekhez.
1. táblázat: A hűtőtekercs hatékonyságának diagnosztikai mutatói a réz elektrofinomításában
| Tünet | Valószínű Oka | Diagnosztikai mérés | Javító intézkedés |
|---|---|---|---|
| Az U-érték fokozatos csökkenése hónapok alatt | Réz-szulfát vízkő az elektrolit oldalon | Szemrevételezéses ellenőrzés; savoldhatósági vizsgálat | Kémiai vízkőmentesítés vagy PTFE csere |
| U{0}}érték hirtelen csökkenése a hűtővíz karbantartása után | Belső kemény vízmérleg | Hűtővíz elemzés; ΔP növekedés | Belső vízkőmentesítés |
| Egyenetlen hűtés a sejtbankban | Áramlási rossz eloszlás | Egyedi cella hőmérséklet leképezés | Kiegyensúlyozza az áramlást; fontolja meg a PTFE rácsot |
| Tisztítás után tartósan alacsony U{0}}érték | Falritkítás vagy állandó pikkely | Ultrahangos vastagságmérés | Tekercscsere PTFE-re |
| Szezonális teljesítményváltozás | A hűtővíz hőmérsékletének ingadozása | Hűtő vagy hűtőtorony napló áttekintése | Nagyobb méretű hűtővíz rendszer vagy PTFE tekercs |
Diagnosztikai módszerek a rézfinomító üzemi tapasztalataiból és a hőcserélő teljesítmény szabványaiból.
Miért szakítja meg a PTFE a szennyeződési ciklust?
A PTFE hűtőtekercsek a réz elektrofinomítási szolgáltatás teljesítménycsökkenésének alapvető okait az anyagtulajdonságokon, nem pedig a karbantartási eljárásokon keresztül kezelik.
A réz-szulfát gócképződéshez nagy{0}}energiájú felületi helyekre van szükség. A PTFE alacsony felületi energiája kevés magképző helyet biztosít. A kialakuló vízkő gyengén tapad, és normál elektrolitáramlás mellett hajlamos leszakadni. A hőátadó felületek hosszabb ideig tiszták maradnak vegyi beavatkozás nélkül.
A 150{5}}200 g/l és 60 fokos kénsav nem támadja meg a PTFE-t. Nem fordul elő korrózió. Nem alakul ki falvékonyodás. A hűtőkígyó korlátlan ideig megőrzi beépített falvastagságát és hőátadási jellemzőit. Az ólom és a rozsdamentes acél alternatívái is fokozatosan lebomlanak ebben a környezetben.
A hűtővíz oldali szennyeződés továbbra is lehetséges PTFE tekercsekkel, de a sima belső furat jobban ellenáll a vízkő tapadásnak, mint a korrodált fém. A kémiailag semleges csőfal kizárja annak lehetőségét, hogy a hűtővíz szennyeződései a lyukkorróziós helyeken keresztül az elektrolitba szivárogjanak.
Tankhouse átalakítás eredményei
Egy rézfinomító az ólom hűtőtekercseket egy 40 -cellás részben PTFE hőcserélőkkel cserélte ki. Az ólomtekercseket 4-6 hetente kellett vízkőteleníteni, az U-értékek pedig 40%-kal csökkentek a tisztítások között. Az elszennyeződött tekercsekkel rendelkező cellákban az elektrolit hőmérséklete elérte a 68 fokot a csúcsáram működése közben, ami az áramerősség csökkentését kényszerítette ki.
A PTFE tekercseket 15 fokos hűtött vízzel egyenértékű hűtési teljesítményre méretezték. A rács konfigurációja egyenletesen osztotta el a hűtőfelületet a cella szélességében. 12 hónapos folyamatos működés után az elektrolit hőmérséklete 61±2 fokon maradt áramkorlátozás nélkül. Az U-érték a tiszta alapvonal 8%-án belül maradt. A 12 hónapos időszak alatt nem végeztek kémiai vízkőmentesítést.
Összegzés
A réz elektrofinomításának hűtési hatékonysága a réz-szulfát lerakódásból és a fémtekercsek savas korróziójából ered. A diagnosztikai hőmérséklet és az U{1}}érték mérések azonosítják a domináns mechanizmust, amely a korrekciós intézkedéseket irányítja.
A PTFE hőcserélők mindkét mechanizmust az anyagtulajdonságokon keresztül kezelik: az alacsony felületi energia minimalizálja a vízkő adhéziót, a kémiai tehetetlenség pedig kiküszöböli a savas korróziót. A hőátadási teljesítmény stabil marad a fémtekercsek ciklikus lebomlása és visszanyerése nélkül.
Azon rézfinomítók esetében, amelyek csökkenteni kívánják a hűtés szükségességét és stabilizálni az elektrolit hőmérsékletét, a PTFE hűtőtekercs méretének mérnöki elemzése elérhető a cellaméretek, az elektrolit-összetétel, az üzemi hőmérséklet, a hűtővíz-specifikációk és az aktuális hűtési teljesítményadatok benyújtásával.
