I bagni chimici ad alto-cloruro creano una difficile combinazione di corrosione, temperatura elevata e riscaldamento elettrico continuo. Un riscaldatore che funziona bene in un processo basato su acqua pulita- può subire un degrado molto più rapido quando aumentano la concentrazione di cloruro, la temperatura e il tempo di esposizione.
Per le apparecchiature di galvanica e di trattamento chimico, la questione chiave non è semplicemente se il PTFE può entrare in contatto con una soluzione contenente cloruro-. La questione più importante è se ildesign completo del riscaldatore ad immersione in PTFEpuò mantenere la resistenza chimica, il trasferimento di calore, l'isolamento elettrico e la stabilità meccanica nelle condizioni reali del bagno.
Perché la concentrazione del cloruro è importante
Le soluzioni ricche di cloruro- possono essere altamente aggressive nei confronti di molti materiali metallici convenzionali, in particolare quando la temperatura e la concentrazione chimica aumentano.
Un riscaldatore a immersione in PTFE posiziona una barriera in fluoropolimero chimicamente resistente tra l'elemento riscaldante e il liquido di processo. Questa costruzione può essere utile quando l'esposizione diretta di elementi riscaldanti metallici creerebbe rischi di corrosione inaccettabili.
Tuttavia, la compatibilità chimica non dovrebbe mai essere giudicata solo dalla concentrazione di cloruro. La temperatura, il pH, le specie ossidanti, gli additivi e la durata dell'esposizione possono tutti influenzare le prestazioni a lungo-termine.
La ricetta chimica vera e propria dovrebbe quindi far parte della scelta del riscaldatore.
Come il PTFE protegge l'elemento riscaldante
Un tipico riscaldatore a immersione in PTFE utilizza un elemento interno riscaldato elettricamente protetto da una struttura a base di PTFE-.
L'elemento riscaldante converte l'energia elettrica in energia termica. Il calore passa quindi attraverso la struttura protettiva e nel liquido circostante.
La relazione di trasferimento termico-semplificata è:
Q=hAΔT
dove Q rappresenta il trasferimento di calore, h è il coefficiente di trasferimento di calore-effettivo, A è l'area di riscaldamento effettiva e ΔT è la differenza di temperatura.
Il PTFE fornisce una forte resistenza chimica e isolamento elettrico, ma la sua conduttività termica è relativamente bassa rispetto a quella di molti metalli. Ciò rende particolarmente importante la superficie e la distribuzione della potenza.
Perché la densità di Watt dovrebbe essere controllata
Per i bagni chimici corrosivi, il semplice aumento della potenza del riscaldatore non è sempre l’approccio migliore.
Il flusso termico superficiale medio può essere espresso come:
q = P/A
dove P è la potenza di riscaldamento e A è l'area di riscaldamento attiva.
Un riscaldatore compatto che produce elevata potenza su una piccola superficie può creare un carico termico locale più elevato rispetto a un riscaldatore con una maggiore superficie attiva alla stessa potenza totale.
Un flusso di calore inferiore può essere utile quando il processo è sensibile alla temperatura locale o ai depositi chimici.
Il valore appropriato dipende dalla soluzione chimica, dalla circolazione, dalla temperatura, dalla struttura del riscaldatore e dai requisiti del processo anziché da un limite universale.
La lunghezza del riscaldatore e la geometria del serbatoio sono importanti
I bagni ad alto-cloruro vengono spesso installati in serbatoi dove la circolazione e lo spazio di installazione sono limitati.
Un riscaldatore a immersione troppo corto può concentrare il riscaldamento in una regione. Un riscaldatore eccessivamente lungo può interferire con le pareti del serbatoio, i pezzi in lavorazione, le tubazioni o altre apparecchiature interne.
Per i serbatoi lunghi, diverse zone di riscaldamento opportunamente posizionate possono fornire una distribuzione del calore più controllata rispetto alla concentrazione dell'intero carico in un'unica posizione.
La lunghezza del riscaldatore deve pertanto essere determinata insieme alla profondità del serbatoio, al livello del liquido, al modello di circolazione e all'area di riscaldamento richiesta.
Il movimento dei liquidi influenza il trasferimento di calore
La concentrazione chimica è solo una parte della progettazione termica.
Se la circolazione del liquido attorno al riscaldatore a immersione in PTFE è debole, lo strato limite vicino alla superficie del riscaldatore può diventare più spesso, riducendo l'effettivo trasferimento di calore.
Ciò può causare temperature superficiali locali più elevate anche quando la temperatura media del bagno appare normale.
Le pompe di circolazione, la geometria del serbatoio, l'orientamento e la spaziatura dei riscaldatori dovrebbero pertanto essere considerati insieme.
Quale protezione elettrica è importante?
Un bagno chimicamente aggressivo non elimina la necessità della protezione elettrica convenzionale.
Il circuito di riscaldamento deve essere progettato in base alla tensione nominale, alla potenza, alla corrente, al sistema di isolamento, alla disposizione di messa a terra e al metodo di controllo.
Per un riscaldatore resistivo:
P=VI
E
I = P/V
Ad esempio, un riscaldatore illustrativo da 6 kW funzionante a 230 V assorbe circa 26,1 A.
La protezione effettiva del circuito deve essere selezionata in base al sistema elettrico completo, agli standard applicabili, alle condizioni di installazione e al design dell'apparecchiatura.
Il basso livello del liquido è un rischio separato
La resistenza chimica del PTFE non protegge un riscaldatore a immersione dal funzionamento senza un'adeguata copertura di liquido.
Se la sezione riscaldante attiva non è sufficientemente immersa, la rimozione del calore può diminuire drasticamente. La temperatura superficiale potrebbe aumentare oltre le condizioni operative previste.
Un'installazione affidabile dovrebbe pertanto prendere in considerazione il rilevamento del livello del liquido-, la protezione da sovratemperatura e gli interblocchi di controllo laddove il processo li richiede.
Il livello minimo del liquido operativo deve essere chiaramente identificato sul disegno dell'apparecchiatura.
Cosa controllare prima di ordinare?
Per un'applicazione ad alto-cloruro, le specifiche tecniche dovrebbero includere più della potenza del riscaldatore.
I parametri importanti includono:
Composizione chimica
Concentrazione di cloruro
Temperatura operativa
Temperatura target del bagno
Dimensioni del serbatoio
Livello minimo del liquido
Lunghezza del riscaldatore
Zona di riscaldamento attivo
Tensione nominale
Potenza di riscaldamento
Metodo di montaggio
Disposizione dei cavi e dei terminali
Queste condizioni consentono di adattare il design del riscaldatore a immersione in PTFE al processo reale anziché selezionarlo solo dalla potenza nominale.
Quando è necessario il design personalizzato del riscaldatore ad immersione in PTFE
Un riscaldatore a immersione in PTFE standard può essere adatto a serbatoi chimici relativamente convenzionali. La progettazione personalizzata diventa più preziosa quando la concentrazione di cloruro è elevata, la geometria del serbatoio è insolita, i livelli dei liquidi fluttuano, la circolazione è limitata o è richiesto un funzionamento continuo.
Le bilance progettuali più affidabilicompatibilità chimica, flusso di calore superficiale controllato, area di riscaldamento sufficiente, circolazione del liquido, isolamento elettrico e geometria di installazione.
Per i bagni chimici ad alto-cloruro, il riscaldatore a immersione in PTFE corretto deve quindi essere selezionato in base alle condizioni operative complete piuttosto che in base al nome del materiale o alla sola potenza.
