Thermal Niðurbrot-drifin brennisteinsútfelling á sameinuðu kísil
Natríumþíósúlfat (Na₂S₂O₃) er staðlað bindiefni í ljósmyndavinnslu (leysir upp ólýsuð silfurhalíð) og annað neysluefni fyrir gullskolun í ó-sýaníðferlum. Dæmigerður styrkur er á bilinu 10–30% miðað við þyngd, með vinnsluhitastig 60–80 gráður (hækkað til að flýta fyrir festingu eða útskolun). Kvarsdýfingarhitarar eru oft notaðir í þíósúlfatlausnir vegna þess að blönduð kísil veitir framúrskarandi viðnám gegn hlutlausum söltum og hvatar ekki niðurbrot þíósúlfats. Hins vegar er heitt óblandat þíósúlfat varmaóstöðugt og brotnar niður við hærra hitastig: Na₂S₂O₃ + hiti → Na₂SO₃ + S (kvoðubrennisteini). Niðurbrotið er hraðað með hita, lágu pH og ákveðnum hvarfaflötum. Brennisteinurinn sem myndast fellur út sem fölgul, kvoðukennd útfelling á kvarsyfirborðinu. Þessi brennisteinsútfelling er hitaeinangrandi og myndar heita bletti sem flýta fyrir frekara niðurbroti. Að auki, ef lausnin verður súr (frá frásogi CO₂ eða frá niðurbroti þíósúlfats í pólýþíónöt), eykst niðurbrotshraðinn verulega og brennisteinsvetnisgas (H₂S) getur myndast, sem getur ráðist á kvars við háan hita. Þessi greining mælir hvernig styrkur natríumþíósúlfats (10–30%), hitastig (60–80 gráður) og pH-gildi lausnar hafa áhrif á hraða brennisteinsútfellingar á bræddum kísil og undirliggjandi kvarstæringu. Áskilin veggþykkt kvarshúðar til að ná hagnýtu þjónustutímabili (2.000–8.000 klukkustundir) í ljósmynda- og gullútskolunarhitara er fengin.
Útfellingarhreyfingar brennisteins á kvarsflötum
Niðurbrot kvars í natríumþíósúlfatlausnum er ekki fyrst og fremst efnafræðileg tæring heldur myndun brennisteinsútfellingar. Niðurbrot þíósúlfats fylgir fyrstu -hvarfafræði með tilliti til styrks þíósúlfats og eykst veldisvísis með hitastigi. Virkjunarorka fyrir niðurbrot er um það bil 80–100 kJ/mól. Við 70 gráður er helmingunartími 20% natríumþíósúlfats við hlutlaust pH um það bil 500–1.000 klukkustundir-. Við 80 gráður lækkar-helmingunartíminn niður í 150–300 klukkustundir. Við 60 gráður hækkar það í 2.000–4.000 klukkustundir. Kvoða brennisteinninn sem myndast hefur mikla tilhneigingu til að festast við hituð yfirborð, þar á meðal kvarsslíður.
Dýfingarprófun á blönduðu kvarsi í 20% natríumþíósúlfati við 70 gráður, pH 7, sýnir vöxt brennisteinsútfellingar upp á 0,01–0,05 mm jafngilda þykkt á viku. Innfellingin er í upphafi mjúk og gul en getur harðnað með tímanum. Innborgunin er hitaeinangrandi; 0,1 mm þykkt lag getur dregið úr hitaflutningi um 10–20%. Þegar útfellingin þykknar verður kvarsið undir heitara og flýtir fyrir staðbundnu niðurbroti. Í alvarlegum tilfellum getur brennisteinsútfellingin bráðnað (brennisteinn bráðnar við 115 gráður) og flætt, sem skapar ójafna heita bletti. Undirliggjandi kvarsyfirborð sýnir enga mælanlega efnatæringu við hlutlaust pH. Hins vegar, ef sýrustig lausnarinnar fer niður fyrir 5 (td frá frásogi CO₂ í andrúmsloftinu eða frá niðurbroti þíósúlfats í pólýþíónsýrur), hraðar niðurbroti þíósúlfats verulega og súru aðstæður geta hæglega ráðist á kvars (0,0001–0,0005 mm/klst.).
Meniscus svæði er þar sem brennisteinsútfelling er alvarlegust. Uppgufun þéttir þíósúlfat, flýtir fyrir niðurbroti. Gul eða hvít skorpa myndast oft við vökvalínuna. Með því að viðhalda stöðugu vökvastigi og nota gufuhlíf kemur í veg fyrir myndun meniscusskorpu.
Hvernig veggþykkt breytir endingartíma þíósúlfathitara
Vegna þess að bilunarbúnaðurinn er af völdum -hitaálags frekar en veggþynning, kemur vaxandi kvarsveggþykkt ekki í veg fyrir brennisteinsútfellingu. Hins vegar veitir þykkari veggur meiri viðnám gegn hitaáfalli ef heitir blettir myndast. Fyrir böð með hraðri brennisteinsútfellingu (hátt hitastig, lágt pH) er mælt með þykkari vegg (2,5–3,0 mm) til að tryggja öryggismörk gegn sprungum. Fyrir böð með góða pH-stýringu og lægra hitastig (60–65 gráður) duga venjulegar 1,5–2,0 mm veggir. Regluleg hreinsun á kvarsyfirborðinu með þynntri ammoníaki eða natríumsúlfítlausn leysir upp brennisteinsútfellingar. Vikuleg eða mánaðarleg hreinsunarlota getur lengt endingartíma hitara endalaust, óháð veggþykkt.
Hitaviðurlög þykkari veggja í þíósúlfatlausnum
Natríumþíósúlfatlausnir í 20% styrk og 70 gráður hafa hitaleiðni sem er um það bil 0,50–0,55 W/(m·K)-örlítið lægri en vatn. Fyrir 1,5 mm vegg, R_cond=0.00109; fyrir 3,0 mm vegg, R_cond=0.00217. Með h=800 W/(m²·K), R_boundary=0.00125. U lækkar úr 427 í 292 W/(m²·K), sem er 32% lækkun. Þunnir veggir eru ákjósanlegir fyrir orkunýtingu, en útfellingar geta kallað á þykkari veggi fyrir vélrænan styrkleika.
Atburðarás-Byggt valfylki fyrir veggþykkt kvarsslíðurs í heitri natríumþíósúlfatþjónustu
| Umsóknarsvið og rekstrarfæribreytur | Ráðlagður veggþykkt | Kjarnarök með magnbundnum viðskiptum-slökkt |
|---|---|---|
| Ljósmyndafesting (20% Na₂S₂O₃, 70 gráður, samfelld, pH 7, vikuleg þrif) | 2,0 – 2,5 mm, venjulegt stig, loga-fágað | Brennisteinsútfelling í meðallagi. Þykkari veggur þolir varmaálag frá heitum reitum. Logi-pólskur dregur úr viðloðun. U ≈ 380 W/(m²·K). |
| Gullskolun (10% Na₂S₂O₃, 65 gráður, pH 8, stöðug, mánaðarleg þrif) | 2,0 mm, eins og-teiknað | Lægra hitastig hægir á niðurbroti. Þunnur veggur fyrir orkunýtingu. U ≈ 420 W/(m²·K). |
| Há-þíósúlfat (80 gráður, hvaða sem er) | 2,5 – 3,0 mm, með gufuhlíf | Hratt niðurbrot. Tíð þrif nauðsynleg. Gufuhlíf dregur úr meniscus útfellingu. |
| Súrt þíósúlfat (pH<5, any temperature) | Ekki kvars - notaðu PTFE | Sýra flýtir fyrir niðurbroti og ræðst á kvars. Aðrar slíður krafist. |
Viðbótar hönnunarbreytingar:Með því að viðhalda hlutlausu til örlítið basísku pH (7–8) er niðurbrotið í lágmarki. Að bæta við súlfítstöðugleikaefnum (Na₂SO₃) hindrar niðurbrot þíósúlfats. Köfnunarefnisskolun fjarlægir súrefni og CO₂. Reglubundin hreinsun með 5% ammoníaki eða natríumsúlfíti leysir upp brennisteinsútfellingar. Fágað yfirborð dregur úr viðloðun útfellinga.
