المنت ضد اسید تیتانیوم

 

المنت مخصوص وان های آبکاری و اسید

 

اگر به دنبال گرم کردن مواد اسیدی خود به وسیله برق هستید المنت های روکش تیتانیومی یکی از بهترین نوع مخصوص این کار می باشند .

این المنت ها از نوع المنت فشنگی (یک سر سیم ) می باشد ، 

 

اجزای سازنده المنت های تیتانیومی 

 

1- سیم کروم نیکل حرارتی 2- سرامیک لوله ای 3- روکش لوله ای تیتانیومی 4- کابل برق

استخر آبکاری اسیدی

المنت آبکاری

 

گرم کردن اسید های قوی 

اسیدهایی مانند اسید هیدروکلریک (HCl)، اسید سولفوریک (H2SO4) و اسید نیتریک (HNO3) اسیدهایی قوی هستند.

این نوع اسیدها با توجه به غلظتی که دارند و با توجه به واکنش سریع آن ها با فلزات معمولی حتما باید المنتی که استفاده می شود باید با روکش تیتانیوم باشد.

در این روش گرم کن های پوشیده شده توسط غلاف های سازگار با محیط شیمیایی مربوطه در ظرفیت های متنوع مورد استفاده قرار می گیرند. همانگونه که اشاره شد این روش با جاگذاری مستقیم گرم کن در درون محلول انجام می شود. این گرم کن های برقی در اندازه ها، اشکال و توان های مختلف تولید و عرضه می شوند 

به جهت کنترل عملکرد صحیح گرم کن ها توصیه می شود که این سیستم با کنترل کننده دما ( ترموستات ) بکار گرفته شود. در شکل 6 نمونه ای از گرم کن مجهز به کنترل کننده دما نشان داده شده است.

این گرم کن ها را بسته به شکل وان و کاربرد آن می توان در کف و یا دیواره ی وان جاگذاری نمود. امروزه گرم کن ها بر حسب درخواست مشتری در اشکال مختلف ساخته و عرضه می گردند. در شکل 7 نمونه ای از وان پلی پروپیلن به همراه گرم کن تفلونی در کف نشان داده شده است.

نظر به اینکه در طول خط محلول های متنوعی وجود دارد ، غلاف های هیتر ها از جنس های متنوعی نظیر استیل، تیتانیوم، کوارتز، سرامیک، تفلون و سوپر آلیاژها ساخته می شود. در جدول 2 دسته بندی جنس غلاف های پیشنهادی برای انواع محیط های شیمیایی ارائه شده است.

 
توضیحات : (+) توصیه می شود، (0) عملکرد متوسط ، (-) توصیه نمی شود.

 هنگامیکه می خواهیم از گرم کن های برقی استفاده نماییم، به جهت برآورد میزان توان گرم کن (kw ) ابتدا حجم محلول مورد نظر برای گرم نمودن را محاسبه نموده و سپس با استفاده از رابطه ی زیر مقدار توان مورد نیاز را محاسبه می نماییم.

 در این رابطه پارامترهای ارائه شده عبارتند از :

P توان مورد نیاز جهت گرم کردن (kw ) ، Tw دمای کاری محلول (°C) ، Tamb دمای محیط (°C) ، V حجم محلول (Lit ) ، t مقدار زمان مورد نیاز جهت افزایش دمای محلول به دمای کاری آن (hr) و C ضریب هدایت حرارتی ویژه محلول است که برای سادگی یک در نظر گرفته می شود. به جهت تبیین هر چه بهتر موضوع در اینجا مثالی ارائه می شود.

مثال: می خواهیم یک وان حاوی دو هزار لیتر محلول نیکل را از دمای محیط (°C25) به دمای کاری (°C60) برسانیم.

 اگر مدت زمان مورد نظر جهت به دما رسیدن محلول را متغیر (X) در نظر بگیریم، اعداد مختلفی برای مقدار توان گرم کن به دست خواهد آمد. در جدول 3 این اعداد ارائه شده اند.

 

 هر چه مدت زمان افزایش دمای محلول (heat – up time) بیشتر باشد، مقدار توان (kw ) کاهش می یابد. به عبارت دیگر با افزایش زمان مقدار توان مورد نیاز برای گرم کردن محلول کاهش یافته و به این ترتیب می توان از گرم کن هایی با ظرفیت کمتر استفاده نمود. از سوی دیگر بعد از اینکه محلول به دمای کاری مورد نظر رسید باید در این دما با دامنه تغییرات اندک کار کند و از همین رو سیستم گرمایش باید به صورت پیوسته توسط تجهیزات مربوطه نظیر کنترل کننده دما ارزیابی گردد.

در بکارگیری گرم کن های برقی رعایت برخی موارد موجب افزایش طول عمر کاری آنها خواهد گردید :

1- به هنگام جاگذاری گرم کن ها در درون محلول ها همواره دقت شود که سطح محلول حداقل 5 سانتی متر بالاتر از خط نشان مشخص شده بر روی بدنه ی آنها باشد. در شکل 8 این موضوع به صورت شماتیک نشان داده شده است. شایان ذکر است اگر سطح محلول پایین تر از خط نشانه ی گرم کن باشد احتمال وارد آمدن آسیب های جدی به گرم کن، به دلیل تنش حرارتی ایجاد شده در فصل مشترک محلول و هوا، وجود خواهد داشت. خط نشانه در واقع طول منطقه حرارت ده گرم کن را نشان می دهد.

2- به هنگام وارد و یا خارج نمودن جیگ ها به درون وان ها تا حد امکان تلاش شود که از ریزش محلول بر روی کلاهک گرم کن ها خودداری شود. علت این موضوع کاهش احتمال ورود محلول ها به درون هیتر ها و آسیب دیدن تجهیزات و اتصالات برق رسان داخل آنها می باشد.

3- همواره دقت شود که اجسام خارجی نظیر جیگ، همزن و … به هیچ عنوان با دیواره ی گرم کن برخورد نداشته باشند. در صورت امکان از سپر (shield) جهت محافظت از گرم کن ها استفاده شود. نمونه ای از این روش در شکل 9 نشان داده شده است. به هنگام استفاده از سپر باید توجه داشت که محلول به سهولت با گرم کن در تماس باشد و گردش محلول مختل نگردد.

4- اکیداً توصیه می شود که از خارج کردن ناگهانی گرم کن از درون محلول به جهت بررسی روشن و یا خاموش بودن آنها پرهیز شود چرا که منجر به وارد آمدن شوک حرارتی به آنها می گردد. در اینگونه مواقع گرم کن ها را به آرامی و به مقدار بسیار کم (حداکثر پنج سانتی متر) از درون محلول خارج کرده و پس از بررسی سریعاً آنرا به داخل محلول برگردانید. راه حل دیگر استفاده از دماسنج های میله ای در اطراف گرم کن می باشد. به این وسیله می توان اختلاف دمایی را ارزیابی نمود. در صورت نیاز به خارج کردن گرم کن حتماً باید از یک ساعت قبل آنرا خاموش کرده تا تدریجاً خنک شود و سپس از وان خارج شده تا به صورت طبیعی به دمای محیط برسد.

5- در مواقعی که وان ها نیاز به درب داشته باشند باید طراحی درب ها به صورتی باشد که از تجمع بخارات محلول در مجاورت کلاهک گرم کن خودداری گردد.

6- جهت ارزیابی سطح محلول ها و جلوگیری از خشک کار کردن هیترها از کنترل کننده های سطح استفاده می شود. همواره توصیه می شود به هنگام نصب، نقطه ی عملکرد کنترل کننده ی سطح و خط نشانه ی هیتر در یک راستا باشند تا به هنگام پایین رفتن سطح محلول، کنترل کننده به موقع اقدام به قطع نمودن سیستم گرمایش نموده و از آسیب رسیدن به آنها جلوگیری نماید. این موضوع به صورت شماتیک در شکل 10 نشان داده است.

 

دقت شود که تشکیل رسوبات سطحی در اطراف کنترل کننده های سطح مانع از حرکت سنسورهای آنها نگردند. به همین منظور انجام بازدیدهای دوره ای جهت حصول اطمینان از عملکرد دقیق تجهیزات توصیه می شود. همینطور پیشنهاد می شود در مواردی که محلول مستعد به تشکیل رسوبات سطحی می باشد، از کنترل کننده های سطح میله ای استفاده گردد. 

 7- به جهت کنترل محدوده ی دمایی کارکرد محلول ها توصیه می شود که از ترموستات و یا حسگر تنظیم کننده دما استفاده گردد. این وسیله در کلاهک خود دارای عقربه ی تنظیم کننده ای می باشد که بوسیله ی آن می توان دمای مورد نظر را تنظیم نمود. در شکل 12 تصویری از این عقربه نشان داده شده است. زمانیکه که دمای محلول به عدد تنظیم شده برسد، گرم کن خاموش می شود و از افزایش بیش از حد دما و تبعات آن جلوگیری به عمل می آید.

 

بهترین مکان برای نصب ترموستات ها دورترین نقطه نسبت به گرم کن می باشد. علت این موضوع مطمئن شدن از یکنواخت بودن دما در کل محلول می باشد چرا که در صورت نزدیکی ترموستات و گرم کن به یکدیگر، فرمان قطع عملکرد سیستم گرمایش سریعتر صادر می شود. میله ی ترموستات باید حداقل به اندازه ای پنج سانتی متر در داخل محلول باشد در غیر اینصورت عملکرد آن مختل می شود.

گرم نمودن محلول توسط مبادله کننده های حرارتی : مبادله کننده ی حرارتی وسیله ای است که بواسطه ی آن حرارت میان دو و یا چند سیال به صورت غیر مستقیم جابجا می شود. معمولاً این سیال ها توسط دیواره هایی از یکدیگر جدا می شوند تا از اختلاط آنها ممانعت به عمل آید. مثالی کلاسیک از یک مبادله کننده ی حرارتی را می توان در درون محفظه موتور خودرو مشاهده نمود. آنجایی که مایعی به عنوان خنک کننده در درون بدنه موتور و با هدف کاهش دمای آن در حال چرخش می باشد. این مایع پس از جذب حرارت به درون رادیاتور هدایت می شود و در آنجا از میان لوله های متعدد عبور داده می شود. بواسطه ی حرکت خودرو این لوله ها در مجاورت جریان هوا قرار می گیرند و به این ترتیب مایع مورد نظر را خنک می شود. در این مثال ساده مبادله کننده حرارتی نقش خنک کننده را ایفا نمود. در موارد دیگر می توان از مبادله کننده ها در مسیر گرم نمودن سیال مورد نظر نیز بهره گرفت.

امروزه مبادله کننده های حرارتی به صورت گسترده و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. در خطوط آبکاری کارکرد مبادله کننده های حرارتی نیز به مانند گرم کن های برقی می باشد با این تفاوت که از آنها در جهت کاهش دمای محلول نیز استفاده می شود. این سیستم به دو روش داخلی و خارجی مورد استفاده قرار می گیرد که در ادامه توضیحاتی پیرامون آنها ارائه می گردد.

روش خارجی: در این حالت محلول مورد نظر برای گرم کردن به درون یک مبادله کننده ی حرارتی هدایت می شود و پس از آنکه توسط منبع حرارتی گرم شد مجدداً به مخزن مربوطه بازگشت داده می شود. این عملیات تا جایی ادامه پیدا می کند که دمای محلول به دمای کاری مورد نظر برسد. در شکل 13 نمونه ای از یک مبدل حرارتی خارجی نشان داده شده است.

 

همچنین از این روش می توان جهت کاهش دمای محلول ها نیز استفاده نمود. در این حالت محلول مورد نظر به داخل این مجموعه که به صورت خنک کننده عمل می نماید هدایت شده و نهایتاً پس از کاهش دما به وان مربوطه بازگشت داده می شود.

روش داخلی: در اینجا کویل به صورت مستقیم در درون مخزن جاگذاری می گردد و از یک سیال واسط نظیر آب، بخار و یا روغن جهت انتقال حرارت از منبع حرارتی به محلول مورد نظر استفاده می شود. این سیال ها از درون لوله های کویل به سمت منبع حرارتی هدایت می شوند و پس از گرم شدن، حرارت دریافتی را از طریق جداره ی لوله ها به محلول انتقال می دهند. جنس کویل ها باید به گونه ای انتخاب گردد که با محلول مورد نظر سازگاری داشته باشند. در شکل 14 شماتیکی از نحوه جاگذاری کویل در درون وان نشان داده شده است.

همانگونه که اشاره گردید با استفاده از این روش می توان دمای محلول ها را کاهش نیز داد. به این منظور از گاز و یا هر سیالی با دمای پایین تر از دمای محلول مورد نظر استفاده می شود. به این ترتیب با عبور سیال سرد از میان لوله های کویل و در اثر مجاورت کویل با محلول، دمای آن کاهش می یابد.

کویل ها در اشکال مختلف و متناسب با حجم محلول و هندسه وان تولید می گردند. در شکل 15 گونه های متنوعی از آنها نشان داده شده اند. به جهت افزایش طول عمر کاری کویل ها از مواد گوناگون نظیر استیل ، تیتانیوم و تفلون بهره برده می شود.

 در قسمت های قبلی اشاره شد که مساحت موثر مبادله کننده حرارتی نقش بسیار مهمی را در میزان راندمان آن دارد و مطلوب اینست که مساحت موثر آن افزایش یابد. از سوی دیگر با بزرگتر شدن اندازه ی مبادله کننده حرارتی، حجم بیشتری از وان اشغال خواهد شد و این به مفهوم کاهش مقدار فضای کاری و در نتیجه کم شدن تعداد قطعات در هر بارگذاری و کاهش میزان تولید می باشد. از همین رو تولیدکنندگان اینگونه تجهیزات در دنیا تلاش می کنند که بالاترین میزان انتقال حرارت در کنار کمترین میزان حجم اشغالی از وان محقق گردد. مبادله کننده های صفحه ای تخت نمونه ای از کارآمدترین مبادله کننده ها می باشند که در شکل 16 تصویر آن نشان داده است. 

در اینگونه مبادله کننده ها تلاش شده است که با اتصال دو ورق به یکدیگر و طراحی شبکه های به هم پیوسته و فشرده بیشترین میزان گردش سیال در میان صفحات صورت پذیرد و همچنین با ایجاد هندسه ی صفحه ای بیشترین سطح تماس موثر با محلول مورد نظر بر قرار شود.

نکات کاربردی در جهت افزایش راندمان گرم کن ها:

1- به جهت افزایش بهره وری و گرمایش یکنواخت محلول پیشنهاد می شود که در کلیه محلول هایی که مجهز به سیستم گرمایشی می باشند در صورت امکان از روش هایی جهت ایجاد تلاطم در محلول استفاده شود. این موضوع تاثیرات مثبتی را نظیر جلوگیری از تجمع موضعی حرارت و توزیع یکنواخت آن و همچنین بهبود کیفیت فرآیند را به همراه خواهد داشت. به طور مثال استفاده از سیستم سرریز در طراحی وان های چربی گیری می تواند کمک شایان توجهی را به بهبود راندمان فرآیند نماید. به این ترتیب که از یک سو میزان برخورد موثر محلول با کویل را افزایش می دهیم و از سوی دیگر آلودگی های سطحی نظیر روغن را بواسطه ی جاری شدن محلول در قسمت سرریز حذف می نماییم. 

2- از آنجایی که سطح محلول همواره با اتمسفر کارگاه در تماس می باشد و حرارت به این روش به محیط منتقل می گردد یکی از موثرترین روش ها استفاده از توپ های پلاستیکی بر روی سطح محلول ها می باشد.

این توپ ها در اندازه های و جنس های مختلف تولید می شوند و معمولاً از یک تا چند لایه بر روی سطح محلول ریخته می شوند. برخی از مزایای استفاده از این توپ ها عبارتند از:

جلوگیری از اتلاف حرارت بسته به تعداد لایه های استفاده شده از 70 تا 100 درصد و در نتیجه کاهش شدید هزینه های مرتبط با انرژی.
کاهش میزان تبخیر محلول ها، بهبود شرایط کاری برای اپراتورهای خط و همچنین کاهش میزان خورندگی اتمسفر کارگاه و تبعات ناشی از آن.
کم شدن میزان تصاعد بخارات سمی و بد بو از محلول ها.
کاهش میزان جذب اکسیژن. این مسئله در مورد محلول هایی که مستعد به واکنش با اکسیژن موجود در هوا هستند بسیار موثر است.
جلوگیری از پاشش محلول های داغ و خورنده به روی اپراتور و فضای اطراف وان.
روش مذکور قابلیت اجرا بر روی انواع محلول ها در متراژهای متنوع و بدون هیچگونه محدودیتی را دارا می باشد. جنس این توپ ها باید پلی اتیلن (PE) و یا پلی پروپیلن (PP) بوده و نیز فاقد درز باشد. 

 3- به منظور عایق بندی دیواره ها و کف وان های فلزی توصیه می شود از عایق هایی همچون یونولیت و یا پشم شیشه جهت پوشاندن دیواره ها و کف وان استفاده شود. در شکل 21 نمونه ای از وان آهنی عایق بندی شده مشاهده می شود. 

4- توصیه می شود که دمای فضای کارگاه همواره کنترل گردد و در صورت وجود هرگونه درز و شکستگی در پنجره های کارگاه نسبت به بر طرف نمودن آنها اقدام گردد. با تغییر فصول سال اهمیت این موضوع بیشتر مشخص می گردد.

5- راه حلی ابتدایی و ساده جهت گرم نمودن محلول ها در وان های آهنی استفاده از شعله به صورت مستقیم می باشد. در این حالت مشعل در مجاورت کف وان قرار داده می شود. به این ترتیب با گرم شدن ورق کف حرارت به محلول مورد نظر منتقل می گردد. این روش از جمله قدیمی ترین تکنیک های استفاده شده در گرم نمودن مخازن آهنی می باشد که معایب بسیاری دارد. از جمله عیوب آن می توان به عدم توزیع حرارت یکنواخت، از بین رفتن ورق کف وان به دلیل مجاورت با حرارت مستقیم، آلودگی هوای کارگاه ناشی از احتراق و سخت شدن شرایط تنفسی برای اپراتور خط و همچنین خطرات جانی به دلیل احتمال بروز آتش سوزی در اثر مجاورت مواد قابل اشتعال اشاره نمود. متاسفانه این روش منسوخ کماکان در برخی واحدها بکارگرفته می شود.

6- توصیه می شود که به جهت حصول اطمینان از عملکرد صحیح سیستم گرمایشی و جلوگیری از آسیب رسیدن به آنها از تجهیزات ایمنی نظیر کنترل کننده دما و سطح محلول استفاده شود. 

7- همواره توصیه می شود به هنگام نصب گرم کن های برقی از کابل های استاندارد و متناسب با توان گرم کن استفاده شود. همچنین بکارگیری تجهیزات کنترلی نظیر کنترل فاز و تابلو برق اکیداً توصیه می شود.

8- به هنگام نصب گرم کن های برقی از آب بند بودن تمامی مناطق آن و نیز برق نداشتن غلاف اطمینان حاصل نمایید. عدم تامین ویژگی های مذکور منجر به آتش سوزی و برق گرفتگی خواهد شد.

9- معمولاً ترجیح داده می شود که تا حد امکان از ورود اشیاء فلزی حتی گرم کن ها به درون وان های آبکاری جلوگیری شود. علت این پدیده صرف نظر از رفتار خوردگی فلزات در محیط های آبی، جلوگیری از ایجاد جریان های سرگردان (Bipolar effect) می باشد. از این رو استفاده از گرم کن های سرامیکی و تفلونی می توانند مناسب باشند.

وان آبکاری اسیدی

جمع بندی:

از آنجایی که استفاده از سیستم های گرمایشی و سرمایشی در خطوط آبکاری می تواند تبعات مختلفی را بر روی راندمان تولید، هزینه های تمام شده و نیز شرایط حاکم بر کارگاه داشته باشد توصیه می شود در انتخاب تجهیزات مربوطه نهایت دقت به عمل آید. با محاسبه ی حجم محلول ها و در نظر گرفتن دمای کاری آنها می توان مشخصات مبادله کننده را ارزیابی نمود. بزرگ بودن بیش از حد مبادله کننده علاوه بر اتلاف حرارت منجر به از بین رفتن برخی مواد شیمیایی موجود در محلول ها می گردد. مقاومت شیمیایی مبادله کننده ها باید متناسب با ماهیت محلول مورد نظر انتخاب گردد. توصیه می شود که هنگام تهیه سیستم های گرمایشی و سرمایشی تمامی جوانب اعم از کارآیی، ایمنی و خدمات پس از فروش آنها در نظر گرفته شود.