ตัวแลกเปลี่ยน PTFE ถูกนำไปใช้ในระบบระบายความร้อนด้วยเซลล์สังกะสีด้วยไฟฟ้าอย่างไร

การชนะด้วยไฟฟ้าของสังกะสีเช่นเดียวกับทองแดง จะใช้อิเล็กโทรไลต์กรดซัลฟูริกและสร้างความร้อนโอห์มมิกมาก แต่สังกะสีจะไวต่ออุณหภูมิมากกว่า และการมีอยู่ของฟลูออไรด์เจือปนจากสังกะสีเข้มข้นทำให้เกิดปัญหาการกัดกร่อนอีกประการหนึ่งสำหรับอุปกรณ์ทำความเย็น

สังกะสีไฟฟ้า
ในสังกะสีที่ชนะด้วยไฟฟ้า สังกะสีจะสะสมอยู่ในสารละลายของกรดซัลฟิวริก ซึ่งมักจะอยู่ในช่วง 150-200 กรัม/ลิตร H2 SO4 ต้องรักษาอุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ไว้ในหน้าต่างที่จำกัดไว้ที่ 35-40°C เพื่อป้องกันการวิวัฒนาการของก๊าซไฮโดรเจนที่ไม่พึงประสงค์ และเพื่อให้ได้อัตราการสะสมที่ดี ความแปรผันใดๆ จากช่วงอุณหภูมินี้สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งช่วยลดการนำสังกะสีกลับมาใช้ใหม่ และเพิ่มการใช้พลังงาน

ระบบทำความเย็นใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิและรักษาประสิทธิภาพสูงสุด อุปกรณ์เหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการรักษาอิเล็กโทรไลต์ให้อยู่ในช่วงอุณหภูมิเป้าหมาย และเพื่อให้สามารถจัดการกับความร้อนโอห์มมิกที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรดได้สำเร็จ

ความท้าทายพิเศษของการปนเปื้อนฟลูออไรด์
การใส่ฟลูออไรด์ไอออน (โดยปกติจะอยู่ในความเข้มข้นของสังกะสี) เข้าไปในอิเล็กโทรไลต์จะทำให้กระบวนการทำความเย็นด้วยสังกะสีด้วยไฟฟ้าทำได้ยากขึ้น ไอออนของฟลูออไรด์ค่อนข้างเป็นมิตรกับโลหะส่วนใหญ่ และอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงในคราบต่างๆ (ไม่กี่ ppm ถึงสิบ ppm) ไอออนของฟลูออไรด์ยังทำปฏิกิริยากับวัสดุทั่วไปอื่นๆ จำนวนมากที่ใช้ในระบบทำความเย็น ส่งผลให้เสื่อมสภาพและเสียหายอย่างรวดเร็ว

การเลือกใช้วัสดุสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนควรมีความทนทานต่อกรดซัลฟิวริกและฟลูออไรด์ไอออนได้ดีมากเนื่องจากความกระด้างของอิเล็กโทรไลต์ PTFE (Polytetrafluoroethylene) เป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานดังกล่าว เนื่องจากมีคุณสมบัติทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม PTFE ทนต่อการโจมตีด้วยฟลูออไรด์ได้อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิปกติในการชนะด้วยสังกะสีด้วยไฟฟ้า (35-40°C) ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานแลกเปลี่ยนความร้อนในการตั้งค่าเหล่านี้

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกำหนดค่า PTFE
ระบบระบายความร้อนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโรงกลั่นสังกะสีคือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อ ท่อ PTFE ใช้สำหรับเส้นทางของของไหลภายในและน้ำหล่อเย็นจะไหลรอบๆ ด้านของเปลือก การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดความเสี่ยงจากการกัดกร่อนและการเสื่อมสภาพของวัสดุ ท่อ PTFE ยังมีความสมบูรณ์ที่ดีเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีฟลูออไรด์-ที่มีกรดซัลฟิวริก ซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เชื่อถือได้ของระบบทำความเย็น

โครงสร้างท่อ-และ-ท่อที่มีท่อ PTFE ถูกนำมาใช้เนื่องจากให้ความยืดหยุ่นในการจัดการอัตราการไหลและความแตกต่างของอุณหภูมิที่หลากหลาย ในขณะเดียวกันก็ทนทานต่อการกัดกร่อน เปลือกด้านนอกมักทำจากสแตนเลสหรือโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนอื่นๆ และเลือกท่อ PTFE เนื่องจากมีความต้านทานต่อลักษณะที่รุนแรงของอิเล็กโทรไลต์

หมายเหตุเกี่ยวกับความเข้ากันได้ของวัสดุ: PTFE เทียบกับวัสดุอื่นๆ
ความต้านทานของวัสดุต่อกรดซัลฟูริก ความต้านทานเทฟลอนฟลูออไรด์ การประยุกต์ใช้ในสังกะสีที่ชนะด้วยไฟฟ้าดีเยี่ยม ดีเยี่ยม ทางเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากทนทานต่อทั้งกรดซัลฟูริกและฟลูออไรด์ไอออน
สแตนเลส ดี ไม่ดี ไวต่อการกัดกร่อนจากไอออนของฟลูออไรด์ และไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะยาวในการตั้งค่าตลับลูกปืนฟลูออไรด์
ไทเทเนียม ดีเยี่ยม แย่ ดีต่อกรดซัลฟูริก แต่อาจถูกโจมตีโดยฟลูออไรด์ ไม่แนะนำสำหรับฟลูออไรด์ที่มีอิเล็กโทรไลต์
กราไฟท์ ปานกลาง กราไฟท์ปานกลางทนต่อกรดซัลฟิวริก แต่สามารถสึกหรอได้เมื่อสัมผัสกับฟลูออไรด์ จึงไม่เหมาะกับการใช้งานเหล่านี้เสมอไป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE มีความต้านทานต่อผลการกัดกร่อนของทั้งกรดซัลฟิวริกและฟลูออไรด์ไอออนในระบบระบายความร้อนด้วยสังกะสีด้วยไฟฟ้าอย่างไม่มีใครเทียบได้

บทสรุป
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำความเย็นสารละลายสังกะสีด้วยไฟฟ้า เนื่องจากมีความทนทานต่อทั้งกรดซัลฟิวริกและฟลูออไรด์ไอออน อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยไอออนฟลูออไรด์ วัสดุที่ใช้จะต้องสามารถต้านทานความเครียดจากสารเคมีและอุณหภูมิได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของระบบ เครื่องแลกเปลี่ยน PTFE ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชั่นที่เหมาะสมที่สุดในการจัดการอุณหภูมิอิเล็กโทรไลต์ ทำให้มั่นใจได้ถึงการสะสมของสังกะสีที่มีประสิทธิภาพ และจำกัดการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน

การเลือกใช้วัสดุเป็นส่วนสำคัญของการดำเนินงานด้านโลหะวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องรับมือกับสารปนเปื้อนปริมาณเล็กน้อย เช่น ฟลูออไรด์ การเลือกความเข้ากันได้ทางเคมีที่เหมาะสมของวัสดุ เช่น PTFE ช่วยให้มั่นใจได้ถึงอายุการใช้งานสูงสุดและความเชื่อถือได้ของระบบทำความเย็น ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของกระบวนการสกัดด้วยไฟฟ้าด้วยสังกะสี