Le problème de la destruction additive
Les bains de cuivrage acide contiennent des additifs organiques -des azurants, des niveleurs et des agents mouillants-qui sont essentiels pour produire des dépôts lisses et brillants. Ces additifs sont thermiquement sensibles. Leur dégradation s'accélère rapidement au-dessus de 50 degrés. Pourtant, le serpentin d'immersion chauffé à la vapeur qui maintient le bain à 25 -30 degrés a une température de paroi de tube beaucoup plus élevée, généralement de 80 à 100 degrés pour un serpentin métallique.
Chaque litre de bain qui circule sur la surface chaude du serpentin métallique subit une impulsion thermique qui détruit une fraction de son contenu additif. Les additifs se décomposent en résidus huileux qui contaminent le bain et doivent être éliminés par traitement au charbon. La destruction continue nécessite un réapprovisionnement continu en additifs, ce qui augmente les coûts des produits chimiques et crée une charge de maintenance.
Un échangeur de chaleur en PTFE fonctionne avec une température de paroi externe nettement inférieure à celle d'un échangeur métallique à même pression de vapeur. La température de paroi inférieure réduit le taux de décomposition thermique des additifs, prolongeant ainsi la durée de vie des additifs et réduisant la consommation de produits chimiques.
La différence de température des murs
La température de la paroi externe d'un serpentin à immersion chauffé à la vapeur est déterminée par la température de saturation de la vapeur, le coefficient de transfert de chaleur côté processus et la conductivité thermique de la paroi du tube. Dans une bobine métallique, la résistance thermique de la paroi du tube est négligeable. La température de la surface externe se rapproche de la température interne de la vapeur, modérée uniquement par le coefficient du film côté processus-. Pour 3 barg de vapeur à 143 degrés dans un bain de cuivre acide à 25 degrés, la température de la paroi externe du tube métallique est d'environ 80 à 95 degrés.
Dans une bobine en PTFE, la résistance thermique de la paroi du tube est importante. La température chute de 20-30 degrés sur la paroi en PTFE de 1,0 mm. La température de la surface externe pour les mêmes conditions de pression de vapeur et de bain est d'environ 55 à 65 degrés, soit une réduction de 20 à 35 degrés par rapport à l'équivalent métallique.
Cette réduction de 20 à 35 degrés place la température de la paroi du PTFE beaucoup plus proche de la température du bain et plus éloignée du seuil de dégradation de l'additif. Le taux de destruction des additifs thermiques, qui suit la cinétique d'Arrhenius avec une énergie d'activation d'environ 50 à 80 kJ/mol, est réduit de 50 à 80 % par rapport à la bobine métallique.
| Paramètre thermique | Bobine d'acier inoxydable | Bobine de titane | Échangeur de chaleur en PTFE |
|---|---|---|---|
| Température de saturation de la vapeur à 3 barg (degré) | 143 | 143 | 143 |
| Conductivité thermique de la paroi du tube (W/m·K) | 16 | 22 | 0.25 |
| Chute de température à travers la paroi du tube (degré) | < 2 | < 1 | 20-30 |
| Température du mur extérieur (degré) | 80-95 | 85-98 | 55-65 |
| Taux de dégradation relative des additifs | 1,0 (référence) | 0.9-1.1 | 0.2-0.5 |
| Consommation annuelle d'azurant (relative) | 1.0 | 0.95 | 0.4-0.6 |
L'extension de vie additive
Le taux de dégradation réduit des additifs prolonge la durée de vie de chaque ajout d’azurant et d’égaliseur. Les concentrations d'additifs dans le bain restent plus stables dans le temps. La fréquence du traitement au charbon pour éliminer les produits de décomposition est réduite. Le bain fonctionne plus près de son équilibre additif optimal pendant une plus grande fraction de sa durée de vie.
L'avantage économique comprend une réduction des achats d'additifs-généralement le coût chimique le plus important dans le placage de cuivre acide-et une réduction des coûts de traitement du carbone. Pour une ligne de placage de cuivre acide à grand volume, la réduction annuelle des coûts chimiques résultant de la conversion du PTFE peut dépasser 15 000 $ à 30 000 $ par réservoir.
Le bénéfice du processus est tout aussi important. Des concentrations d'additifs plus stables produisent des propriétés de dépôt plus cohérentes - luminosité, ductilité et nivellement. La réduction de l’accumulation de produits de décomposition réduit le risque de défauts de dépôt qui entraînent un rejet et une reprise.
La réduction des sous-produits
Lorsque des additifs organiques se décomposent sur une surface métallique chaude, les produits de décomposition comprennent des résidus huileux, des acides organiques et des espèces polymères. Ces sous-produits interfèrent avec le processus de placage. Les résidus huileux forment un film superficiel qui provoque des piqûres. Les acides organiques modifient le pH du bain. Les espèces polymères s'incorporent au dépôt, réduisant la ductilité.
La température de paroi plus basse du PTFE réduit non seulement la quantité totale de produits de décomposition, mais modifie également la voie de décomposition. À des températures plus basses, les additifs subissent une décomposition moins complète, produisant moins de sous-produits parmi les plus nocifs. Les produits de décomposition qui se forment sont plus susceptibles d'être volatils et de s'échapper du bain, plutôt que de s'accumuler sous forme de résidus non -volatils.
Résumé
Un échangeur de chaleur en PTFE réduit la dégradation thermique des additifs organiques dans le cuivrage acide en fonctionnant avec une température de paroi externe inférieure de 20 à 35 degrés à celle d'un équivalent métallique. La température plus basse des parois, conséquence de la résistance thermique du PTFE, réduit le taux de décomposition des additifs de 50 à 80 %. La consommation d'additifs diminue, la fréquence de traitement du carbone est réduite et la qualité des dépôts devient plus constante. Les économies annuelles sur les coûts chimiques grâce à la durée de vie prolongée des additifs sont un élément important de l’analyse de rentabilisation de la conversion du PTFE.
Une assistance technique pour les spécifications des échangeurs de chaleur en PTFE dans les bains de placage sensibles aux additifs-est disponible sur soumission de la chimie du bain, de la température de fonctionnement, des taux de consommation d'additifs actuels et de la pression de vapeur.
