浸出回路におけるポンピングコストの問題
湿式冶金浸出回路は、数キロメートルにわたる配管、反応器、熱交換器を通して攻撃的な酸溶液を移動させます。ポンプ費用は主要な運営費に相当します。熱交換器全体で圧力が低下するたびに、エネルギー料金が増加します。
金属製熱交換器は、腐食が進行すると内部表面が粗くなります。滑らかなチューブ内部として始まったものは、摩擦係数が設計値よりも何倍も高く、穴の開いたスケールのある表面に劣化します。流量を維持するためにポンプの吐出圧力が上昇します。エネルギー消費量が増加します。最終的には、ポンプをアップグレードしないと回路は設計流量を達成できなくなります。
問題は時間の経過とともに悪化します。腐食により表面が粗くなります。表面が粗いと摩擦が増加します。摩擦が大きいほど、より多くのポンピングエネルギーが必要になります。フィードバック ループは、保守介入によって交換器が交換されるまで加速します。
表面粗さと摩擦係数
熱交換器チューブ内の圧力降下はダーシー ワイスバッハの関係に従います。{0}乱流の場合、摩擦係数はチューブの直径に対する表面粗さに依存します。粗さ 0.0015 mm の新しいステンレス鋼チューブのダルシー摩擦係数は約 0.019 です。 2 年間の酸浸出サービスの後、表面のピッチングは粗さを 0.05 mm に増加させ、摩擦係数はほぼ 2 倍になります。
下流側の結果として、ポンプヘッドの要件が増加します。設置時に熱交換器による圧力降下が 3 bar になるように設計された回路では、腐食により表面が荒れた後は 5 bar が必要になる場合があります。ポンプはより激しく動作する必要があり、同じ流量に対して 60 ～ 70% 多くのエネルギーを消費します。
表 1: 浸出回路熱交換器の表面粗さと圧力損失の比較
| チューブ材質 | 初期粗さ(mm) | 2年後の粗さ(mm) | 相対圧力損失の増加 |
|---|---|---|---|
| SS 316L の HCl 浸出 | 0.0015 | 0.05 - 0.10 | 60 - 90% |
| H₂SO₄ 浸出中のチタン | 0.0015 | 0.02 - 0.04 | 30 - 50% |
| PTFE（バージン） | 0.0013 | 0.0013 | 0% |
公開されているパイプ摩擦表と銅およびニッケルの浸出作業における現場測定からのデータ。
PTFE スムースボアの利点-
PTFE チューブの初期表面粗さは約 0.0013 mm で、引き抜き金属チューブに匹敵します。決定的な違いは、この粗さが決して増加しないことです。 PTFE は腐食、孔食、スケールを発生しません。 5 年間酸を使用した後の内部表面は、初日の表面と同一です。
PTFE の表面エネルギーが低いため、操作上のさらなる利点が得られます。金属表面に付着したスケールを形成する化合物は、PTFE から剥がれ落ちる傾向があります。-硫酸カルシウム、金属水酸化物、その他の沈殿物では、フルオロポリマー表面の核生成サイトが少なくなります。
PTFE 熱交換器全体の圧力降下は、耐用年数を通じて安定しています。設置時に行われたポンプのサイジング計算は、数年後も有効です。ポンプのエネルギー消費量は増加しません。ポンプ速度を段階的に増加させることなく、回路流量は設計値に維持されます。
レイアウトの柔軟性によりシステムの圧力損失を低減
-長時間にわたる浸出回路では、既存の構造、タンクの配置、配管によって制約を受ける場所に熱交換器が必要になることがよくあります。固定シェル-と-チューブ構成を備えた金属熱交換器では、配管に妥協が生じ、曲げ、エルボ、余分な長さが追加されます。
柔軟な PTFE 浸漬コイルは、既存のタンクやチャネルに直接適合するように構成できるため、外部シェル{0}}および-熱交換器とそれに関連する配管の圧力低下を完全に排除できます。コイルは浸出液に浸すだけです。唯一の圧力降下は内部の蒸気または熱水回路であり、最小限です。
外部 PTFE 熱交換器が必要な場合、軽量のフッ素ポリマーバンドルにより支持構造が簡素化され、長時間運転で金属熱交換器によく見られる重いパイプスタンドや拡張ループの必要性が軽減されます。
銅浸出作業の現場観察
銅ヒープ浸出溶媒抽出プラントでは、2 つのシェルとチューブのステンレス鋼熱交換器を、妊娠浸出溶液タンクに直接設置された PTFE 浸漬コイルに置き換えました。ステンレス熱交換器は 3 年間で内部粗さが発生し、回路圧力降下が 2.8 bar から 4.6 bar に増加しました。
ポンプのエネルギー消費量は同時期に 55% 増加しました。 -交換後、PTFE コイルでは回路圧力降下が 2.7 bar に戻りました。ポンプのエネルギー消費量はほぼ元のレベルに戻りました。-年間のポンプ電力の節約だけで、初年度の PTFE コイルの資本コストの 40% を回収できました。
まとめ
腐食した金属製熱交換器は、表面の粗さが進行するため、浸出回路内の圧力損失が増加します。摩擦が大きくなると、より多くのポンピングエネルギーが必要となり、交換するまで運転コストが継続的に上昇します。
PTFE 熱交換器は、初期の滑らかな表面を無期限に維持します。圧力損失は一定に保たれます。ポンプのエネルギー消費量は変動しません。浸漬コイル構成の柔軟性により、伝熱面をプロセスタンク内に直接配置することで、外部熱交換器の圧力降下を完全に排除できます。
熱交換器の交換を評価する浸出操作の場合、現在の回路圧力降下データ、流量、浸出溶液の化学的性質、および利用可能な熱媒体の仕様を提出すると、エンジニアリング分析が利用可能になります。
