Πώς χρησιμοποιούνται οι εναλλάκτες PTFE για τη συμπύκνωση όξινων ατμών από μια διαδικασία αποξείδωσης μετάλλων;

Μια χαλύβδινη γραμμή τουρσί περιβάλλεται από μια καυτή, βράζοντας ομίχλη υδροχλωρικού οξέος ή θειικού οξέος. Αυτά τα αερομεταφερόμενα σταγονίδια δεν είναι απλώς μια καυστική ενόχληση, αλλά μια πολύτιμη χημική πηγή, επαναχρησιμοποιήσιμη και χάνεται στο σύστημα εξάτμισης. Ένας υπερυψωμένος συμπυκνωτής, που βρίσκεται ακριβώς στον αγωγό αερισμού, μπορεί να συλλάβει αυτούς τους ρύπους μετατρέποντας τον καυτό, διαβρωτικό ατμό πίσω σε ένα καθαρό, συμπυκνωμένο υγρό οξύ. Εφόσον ο εναλλάκτης θερμότητας σε αυτόν τον συμπυκνωτή διαβρέχεται από το συμπυκνωμένο,{3}}οξέος που βράζει, πρέπει να είναι από μη διαβρωτικό υλικό. Ο εναλλάκτης κελύφους και σωλήνων PTFE είναι η ιδανική, χημικά ανοσοποιητική παγίδα για αυτό το πολύτιμο νέφος οξέος.

Το περιβαλλοντικό και οικονομικό κόστος της αποξήρωσης των ατμών οξέος
Το πάστωμα μετάλλων είναι μια διαδικασία επιφανειακής επεξεργασίας που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση αλάτων, σκουριάς ή οξειδίων από χάλυβα, ανοξείδωτο χάλυβα, χαλκό και άλλα μέταλλα. Τα τεμάχια εργασίας βυθίζονται σε ζεστά, πυκνά λουτρά οξέος-συνήθως υδροχλωρικό οξύ (HCl) στους 60–80 βαθμούς ή θειικό οξύ (H 2 SO 4 ) στους 80–95 βαθμούς . Κατά την αποξήρανση, οι ατμοί του οξέος απομακρύνονται από την επιφάνεια του λουτρού, μαζί με ένα λεπτό ψεκασμό του θερμού διαλύματος. Αυτοί οι ατμοί είναι:

Διαβρωτικά: Καταστρέφουν γρήγορα τις κτιριακές κατασκευές, τους αγωγούς εξαερισμού, τους ανεμιστήρες και τον εξοπλισμό που βρίσκεται κοντά.

Επικίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία: Οι όξινες ομίχλες ερεθίζουν την αναπνευστική οδό και προκαλούν μακροπρόθεσμη-βλάβη στους πνεύμονες.

Οικονομική απώλεια: Το εξατμισμένο οξύ είναι μια απώλεια ακριβού αντιδραστηρίου που διαφορετικά μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί.

Μια πρόκληση περιβαλλοντικής συμμόρφωσης. Τα όξινα νέφη ελέγχονται σε πολλές δικαιοδοσίες και χρειάζονται ακριβά πλυντήρια ή επεξεργασία στοίβας.

Στον συμβατικό έλεγχο όξινων ατμών, χρησιμοποιούνται υγροί πλυντρίδες (συσκευασμένοι πύργοι) που ψεκάζουν νερό ή αλκαλικό διάλυμα στο ρεύμα εξάτμισης. Τα πλυντήρια κάνουν καλή δουλειά στην απομάκρυνση του οξέος, αλλά παράγουν πολλά αραιά λύματα τα οποία πρέπει να εξουδετερωθούν πριν από την απόρριψη. Το ίδιο το οξύ δεν ανακτάται. Ένας πιο κομψός τρόπος είναι η άμεση συμπύκνωση των ατμών, ανακτώντας έτσι ένα συμπυκνωμένο, επαναχρησιμοποιήσιμο ρεύμα οξέος.

Πώς ένας εναλλάκτης PTFE ανακτά το οξύ και συμπυκνώνει τους ατμούς οξέος
Ο εναλλάκτης PTFE σύστημα συμπύκνωσης ατμών παστοποίησης μετάλλου βρίσκεται στον αγωγό εξάτμισης ακριβώς πάνω από τη δεξαμενή αποστράγγισης ή σε έναν εξειδικευμένο πύργο συμπύκνωσης. Το ζεστό ρεύμα ατμού που φέρει οξύ τραβιέται μέσα από την πλευρά του κελύφους ενός εναλλάκτη θερμότητας τύπου κελύφους και σωλήνα PTFE με νερό ψύξης στους σωλήνες PTFE. Το νερό ψύξης ρυθμίζεται προσεκτικά έτσι ώστε η θερμοκρασία των ατμών να είναι κάτω από το σημείο δρόσου του οξέος.

Μηχανισμός Συμπύκνωσης
Ο ζεστός ατμός ψύχεται γρήγορα όταν χτυπήσει στις κρύες επιφάνειες του σωλήνα PTFE. Οι ατμοί οξέος (HCl ή H 2 SO 4 , συν υδρατμοί) συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν σταγονίδια υγρού στις επιφάνειες του σωλήνα. Η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης εκπέμπεται κατά τη συμπύκνωση και απορροφάται από το νερό ψύξης. Η σωλήνωση PTFE είναι απολύτως αδρανής στο οξύ συμπύκνωσης, είτε πρόκειται για υδροχλωρικό οξύ υψηλής συγκέντρωσης (έως 35%) είτε για ισχυρό θειικό οξύ.

Ένα βασικό πλεονέκτημα παρέχεται από την λεία, χαμηλής επιφανειακής ενέργειας επιφάνεια PTFE. Τα συμπυκνωμένα σταγονίδια οξέος δεν εξαπλώνονται σε μια μεμβράνη, αλλά σχηματίζονται μεμονωμένα σταγονίδια. Αυτά τα σταγονίδια αναπτύσσονται στη συνέχεια σε ένα μέγεθος όπου η βαρύτητα κυριαρχεί. Η επιφάνεια PTFE αποστραγγίζεται αυτόματα, ώστε να μην συσσωρεύεται βαρύ μονωτικό υγρό στρώμα για να μειωθεί η μεταφορά θερμότητας. Το οξύ, τώρα συμπυκνωμένο, ρέει με τη βαρύτητα σε μια δεξαμενή συλλογής στο κάτω μέρος του συμπυκνωτή από την οποία μπορεί να διοχετευθεί πίσω στο λουτρό αποστράγγισης ή σε μια δεξαμενή αποθήκευσης για επαναχρησιμοποίηση.

Ο συμπυκνωτής PTFE είναι μια ψυχρή αδρανής πλαστική παγίδα που συλλαμβάνει τα πολύτιμα διαβρωτικά σταγονίδια οξέος έξω από τον αέρα και τα μετατρέπει ξανά σε ένα καθαρό επαναχρησιμοποιήσιμο υγρό.

Συμπύκνωση δύο σταδίων για βέλτιστη ανάκτηση
Σε πολλές εργασίες αποξήρωσης, οι ατμοί των καυσαερίων θα περιέχουν τόσο οξύ όσο και υδρατμούς. Το σημείο δρόσου του μείγματος οξέος είναι συνάρτηση της συγκέντρωσης και της θερμοκρασίας. Το σύστημα συμπύκνωσης είναι συχνά μια διαδικασία δύο- σταδίων:

Πρώτο βήμα (υψηλότερη θερμοκρασία): Ο ατμός ψύχεται σε μια θερμοκρασία πάνω από το σημείο δρόσου του νερού αλλά κάτω από αυτό του οξέος, έτσι ώστε κυρίως το όξινο συστατικό να συμπυκνώνεται. Αυτό δίνει ένα συμπυκνωμένο, επαναχρησιμοποιήσιμο ρεύμα οξέος (π.χ.. 15-20% HCl).

Δεύτερο στάδιο (χαμηλότερη θερμοκρασία) Οι εναπομείναντες ατμοί ψύχονται περαιτέρω για να συμπυκνωθεί το νερό με το υπόλοιπο οξύ. Αυτό αποδίδει ένα αραιό ρεύμα το οποίο μπορεί να δρομολογηθεί σε έναν καθαριστή ή να εξουδετερωθεί.

Ο εναλλάκτης PTFE μπορεί να διαμορφωθεί για οποιοδήποτε βήμα. Το πρώτο στάδιο συνήθως απαιτεί μόνο νερό ψύξης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος (20 έως 30 βαθμούς). Το δεύτερο στάδιο μπορεί να απαιτεί κρύο νερό (5 έως 10 βαθμούς C).

Προσανατολισμός και διάταξη ροής
Ο εναλλάκτης PTFE είναι τοποθετημένος κατακόρυφα με τον ατμό να ρέει προς τα κάτω από την πλευρά του κελύφους (ή προς τα πάνω από την πλευρά του κελύφους με τις κατάλληλες διατάξεις αποστράγγισης) για επαρκή συμπύκνωση και αποστράγγιση. Οι σωλήνες PTFE είναι κάθετα τοποθετημένοι. Το νερό ψύξης περνά μέσα από το σωλήνα , με ένα πέρασμα ή πολλαπλά-πέρασμα . Το συμπυκνωμένο οξύ λαμβάνεται από τον πυθμένα του κελύφους και σε μια χοάνη συλλογής.

Τα βασικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού είναι:

Κάθετοι σωλήνες για καλύτερη αποστράγγιση σταγονιδίων και λιγότερη συγκράτηση υγρών

Λείες επιφάνειες PTFE χωρίς πτερύγια ή εξελιγμένα διαφράγματα για την παγίδευση υγρού

Σωλήνες μεγάλης διαμέτρου (συνήθως 6-12 mm ID) για μείωση της απώλειας πίεσης και πρόληψη απόφραξης από τυχόν στερεά σωματίδια

Πλαϊνά διαφράγματα κελύφους για εγκάρσια ροή ή παράλληλη ροή που έχουν σχεδιαστεί για να αποτρέπουν στατικές ζώνες όπου μπορεί να συγκεντρωθεί οξύ

Ο εναλλάκτης θα πρέπει να έχει μικρή κλίση προς τα κάτω (αν είναι οριζόντια) ή κάθετη για να διασφαλίζεται ότι το συμπύκνωμα αποστραγγίζεται πλήρως. Οποιοδήποτε χαμηλό σημείο όπου συλλέγεται υγρό που θα οδηγούσε σε τοπική διάβρωση υλικών που δεν-PTFE (π.χ. κέλυφος ή φλάντζες) και μειωμένη απόδοση μεταφοράς θερμότητας

Σημείωση διαδικασίας: Γιατί έχει σημασία ένας Upstream Mist Eliminator
Τα καυσαέρια από το ακατέργαστο τουρσί περιέχει όχι μόνο ατμούς αλλά και μεγάλα σταγονίδια υγρού (μεταφορά από το λουτρό) και λεπτά σωματίδια (άλατα σιδήρου, λεπτά σκουριάς). Εάν αυτές οι σταγόνες και τα σωματίδια διεισδύσουν στον συμπυκνωτή PTFE μπορούν:

Αποθέτουμε στις επιφάνειες των σωλήνων και σχηματίζουμε μια κρούστα που μονώνει τους σωλήνες και μειώνει τη μεταφορά θερμότητας.

Μπλοκάρετε τα μικροσκοπικά κενά μεταξύ των σωλήνων ή στην κάτω αποχέτευση

Δηλητηριάστε το ανακτημένο οξύ με μεταλλικά ιόντα, έτσι ώστε να μην μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί για τουρσί υψηλής ποιότητας

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τοποθετείται ένας σωστά σχεδιασμένος εξολοθρευτής ομίχλης (ονομάζεται επίσης αποθαμβωτικό ή πλέγμα) ανάντη του εναλλάκτη PTFE. Ο εξολοθρευτής ομίχλης είναι συνήθως ένα μαξιλάρι από πλεκτό συρμάτινο πλέγμα (πολυπροπυλένιο, PTFE ή Hastelloy για αντοχή στη διάβρωση) ή ένα σετ διαχωριστών πτερυγίων chevron. Αφαιρεί:

σταγόνες μεγαλύτερες από 5–10 μm (μαξιλάρι ματιών) ή 10–20 μm (σεβρόν)

σταγόνες που μεταφέρουν στερεά

Το μηχάνημα εξάλειψης ομίχλης καθαρίζεται από καιρό σε καιρό με ψεκασμό νερού ή με ατμό, ώστε να αποφευχθεί η τύφλωση. Το ρεύμα ατμού μετά τον εξολοθρευτή ομίχλης είναι απλώς λεπτά σταγονίδια και πραγματικοί ατμοί και μπορεί να γίνει ανεκτή χωρίς ρύπανση από τον συμπυκνωτή PTFE.

Για γραμμές αποστράγγισης με σημαντικά φορτία σωματιδίων (π.χ. αποξήρανση από ανθρακούχο χάλυβα), μπορεί να εγκατασταθεί υγρός ηλεκτροστατικός κατακρημνιστήρας ή πλυντήριο βεντούρι ανάντη του συμπυκνωτή για την απομάκρυνση σωματιδίων υπομικρών. Ωστόσο, είναι πιο ακριβά και όχι τόσο διαδεδομένα όσο τα απλά διχτυωτά τακάκια.

Τεχνική παρατήρηση: Διαβρωτικότητα συμπυκνώματος στο σημείο δρόσου
Το οξύ συμπύκνωσης είναι πιο ισχυρό στο σημείο δρόσου. Το πρώτο συμπύκνωμα από έναν θερμαινόμενο, αναμεμειγμένο ατμό οξέος και νερού είναι πολύ εμπλουτισμένος σε οξύ σε σχέση με το οξύ στο λουτρό χύδην. Για παράδειγμα, ένα διάλυμα HCl 10% στο λουτρό μπορεί να δώσει ένα συμπύκνωμα στο σημείο δρόσου 20-25% HCl. Αυτό το συμπυκνωμένο οξύ είναι πολύ διαβρωτικό για τα περισσότερα μέταλλα, ακόμη και για τους ανοξείδωτους χάλυβες με υψηλό{{6} κράμα και ορισμένα κράματα με βάση το νικέλιο. Το PTFE είναι εντελώς ανεπηρέαστο.

Επιπλέον, η διαδικασία συμπύκνωσης είναι εξώθερμη. Η λανθάνουσα απελευθέρωση θερμότητας μπορεί να θερμάνει το νερό ψύξης και να αυξήσει τη θερμοκρασία της επιφάνειας του σωλήνα. Η συμπύκνωση διακόπτεται όταν η θερμοκρασία της επιφάνειας του σωλήνα είναι πάνω από το σημείο δρόσου. Έτσι, ο ρυθμός ροής του νερού ψύξης πρέπει να είναι αρκετά υψηλός ώστε να διατηρεί την επιφάνεια του σωλήνα κάτω από το σημείο δρόσου. Μια κοινή προσέγγιση είναι ο έλεγχος PID της βαλβίδας του νερού ψύξης με βάση τη θερμοκρασία εξόδου των ατμών.

Οι σωλήνες PTFE πρέπει να έχουν αρκετό πάχος (συνήθως πάχος τοιχώματος 1–2 mm) ώστε να αντέχουν στη διαφορά πίεσης-σε-σωλήνα και σε τυχόν μηχανική τριβή από πτώση σταγονιδίων. Αλλά οι παχύτεροι σωλήνες περιορίζουν τη μεταφορά θερμότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με προσεκτικό θερμικό σχεδιασμό, γενικά με αρκετούς σωλήνες μικρότερης διαμέτρου για ενίσχυση της επιφάνειας.

Σύγκριση με άλλα υλικά συμπυκνωτή
Αντοχή στη διάβρωση υλικού σε ζεστό κόστος αποστράγγισης συμπυκνωμάτων HCl/H2SO4 Τυπική διάρκεια ζωής του PTFEΚαλό (ανοσοποιητικό) Εξαιρετικό (μη-)Υψηλό (αλλά επαναφέρει την αξία) 10-20 χρόνια
Γραφίτης Καλός για HCl, κακός για οξειδωτικά οξέα Αρκετός (πορώδης και μπορεί να παγιδεύσει οξύ) Μέτριο 3-7 χρόνια (μπορεί να σπάσει)
Ταντάλιο Πολύ καλόΚαλό (ελαφρώς λείο μέταλλο)Πολύ υψηλό 10+ χρόνια
Περιορισμένος (διάτρηση σε HCl) Χάλυβες με υψηλό-κράμα (π.χ. Hastelloy C-276) Καλό Υψηλό 1 έως 3 χρόνια
Γυαλί Εύθραυστο, ανθεκτικό στα οξέα Εξαιρετικό (λείο) Μέτριο εύθραυστο, μικρή διάρκεια ζωής
Οι εναλλάκτες θερμότητας γραφίτη χρησιμοποιούνται μερικές φορές για τη συμπύκνωση HCl, αν και είναι πορώδεις και μπορούν να απορροφήσουν οξύ, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε προοδευτική υποβάθμιση και τελικά διαρροή. Το ταντάλιο έχει υψηλή αντοχή στη διάβρωση αλλά είναι πολύ ακριβό. Το PTFE προσφέρει τη βέλτιστη ισορροπία αντοχής στη διάβρωση, αντικολλητική αποστράγγιση και μεγάλη διάρκεια ζωής με δίκαιο κόστος, ειδικά όταν λαμβάνεται υπόψη η αξία του ανακτημένου οξέος.

Περιβαλλοντικά και Οικονομικά Πλεονεκτήματα
Τα πλεονεκτήματα της εγκατάστασης ενός συμπυκνωτή PTFE σε μια μεταλλική γραμμή καθαρισμού μπορούν να ποσοτικοποιηθούν:

Ανάκτηση οξέος: Συνήθως το 80–95% των ατμών οξέος μπορεί να συμπυκνωθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί. Για μια μεγάλη επιχείρηση αποξήρωσης που χρησιμοποιεί 500 τόνους HCl ετησίως, η ανάκτηση του 10% του εξατμισμένου οξέος είναι εξοικονόμηση 50 τόνων ετησίως.

Χαμηλότερο κόστος εξουδετέρωσης Λιγότερο οξύ διαφεύγει στο πλυντήριο ή τη στοίβα, μειώνοντας τη χρήση χημικών εξουδετέρωσης (όπως NaOH ή ασβέστη).

Διάβρωση κάτω αγωγού καυσαερίων Η αφαίρεση των ατμών οξέος επιτρέπει τη χρήση λιγότερο ακριβών υλικών κατάντη σε ανεμιστήρες και αγωγούς (π.χ. PVC ή πολυπροπυλένιο έναντι εξωτικών κραμάτων).

Συμμόρφωση με τους κανονισμούς: Είναι ευκολότερο να συμμορφώνεστε με τους περιορισμούς εκπομπών για όξινα νέφη και να αποφεύγετε πρόστιμα και διακοπές παραγωγής.

Ανάκτηση θερμότητας Το νερό ψύξης που εξέρχεται από τον συμπυκνωτή PTFE θερμαίνεται από την εξώθερμη συμπύκνωση (συνήθως αύξηση θερμοκρασίας 10–30 μοίρες). Το ζεστό νερό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θέρμανση δωματίου, προθέρμανση του λουτρού τουρσί ή άλλες απαιτήσεις της εγκατάστασης, προσφέροντας έτσι επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας.

Συμπέρασμα: Το πρόβλημα της ρύπανσης μετατράπηκε σε κερδοφόρα ανάκτηση πόρων
Οι εναλλάκτες θερμότητας PTFE παρέχουν τη βέλτιστη, ανθεκτική στη διάβρωση-, περιβαλλοντικά ορθή επιλογή για τη συμπύκνωση και τη συλλογή ατμών οξέος από εργασίες καθαρισμού μετάλλων, μετατρέποντας μια ανησυχία για τη ρύπανση σε μια κερδοφόρα ανάκτηση πόρων. Το εξαιρετικά διαβρωτικό ρεύμα ατμού HCl ή H 2 SO 4 ψύχεται πάνω από σωλήνες PTFE, οπότε το οξύ συμπυκνώνεται σε σταγονίδια υγρού που σχηματίζουν σφαιρίδια και αποστραγγίζονται ελεύθερα, παρέχοντας ένα καθαρό, επαναχρησιμοποιήσιμο ρεύμα οξέος. Ο εναλλάκτης PTFE αντιστέκεται στο εξαιρετικά επιθετικό συμπύκνωμα στο σημείο δρόσου, μια υπηρεσία στην οποία οι μεταλλικοί συμπυκνωτές θα σπάσουν σύντομα. Ο συμπυκνωτής PTFE είναι αξιόπιστος για δεκαετίες με επαρκή εξάλειψη ομίχλης ανάντη και κατακόρυφο προσανατολισμό για ελεύθερη αποστράγγιση, ανάκτηση πολύτιμου αντιδραστηρίου και δραστική μείωση των ατμοσφαιρικών εκπομπών.

Τα πιο βιώσιμα εργοστάσια είναι εκείνα που απορροφούν και επαναχρησιμοποιούν τις δικές τους εκπομπές. Στη γραμμή παστοποίησης χάλυβα, ο εναλλάκτης PTFE είναι ένας αθόρυβος, χημικά ανοσοποιητικός φύλακας, που συλλαμβάνει την ομίχλη οξέος, επιστρέφει επαναχρησιμοποιημένο οξύ και με κάθε συμπυκνωμένη σταγόνα, ψύχει το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του φυτού.