Анодирование. Охлаждение и регулировка температуры

Регулировка температуры электролита является одной из самых основных задач во всех процессах, и зачастую её необходимо регулировать с точностью до 1-0.5ºС. для этого зачастую требуется наличие системы охлаждения, так как здесь не только следует убирать подводимую электрическую энергию, а и сам процесс образования оксида алюминия из алюминия является экзотермическим. При формировании оксидного покрытия выделяется примерно 70 Дж/дм²/микрон тепла.

Сервила подсчитал необходимую производительность холодильной установки при обычном процессе анодирования в серной кислоте и предположил:

Требуемая мощность замораживания = электрическая нагрузка х 3.42/12.000 тонн

Для охлаждения тонны вещества необходима движущая сила 1.2 лошадиных сил. Например, для ванны для анодирования мощностью 6000 А при напряжении 20 В требуется:

6.000 х 20 х 3.42/12.000 = 34.2 тонны

Охлаждение можно осуществлять либо посредством охлаждающих змеевиков в чане для анодирования, либо посредством прокачивания электролита через внешний теплообменник. На заводах с большой мощностью в большинстве случаев используется второй способ.

В первом случае – это прямая система с одним теплообменником, с одной стороны которого циркулирует хладагент, а с другой – электролит. В этом случае требуется специальный материал для теплообменника и чаще всего в этих целях используются покрытые свинцом медные трубы, однако подходить к производству подобного обменника следует очень осторожно, так как если трубы прорвутся, то кислота может попасть прямо на компрессор. Кислота постоянно прокачивается через теплообменник, и для регулировки температуры следует включать либо выключать компрессор. Вторая система непрямая и включает два этапа теплообмена. Это естественно более совершенный и зачастую более дорогой способ, однако он позволяет более точно регулировать температуру. В данном случае электролит постоянно прокачивается через теплообменник из нержавеющей стали или углеродного блока, а с другой стороны в теплообменник поступает вода из резервуара, в котором находятся змеевики с циркулирующим по ним хладагентом. Регулировка температуры осуществляется посредством регулирования потока охлаждённой воды, проходящей через обменник при помощи трёхлинейного распределителя, благодаря которому можно обеспечить частичное или полное прохождение водой теплообменника. В малых установках достаточного охлаждения можно достичь при использовании охлаждающих змеевиков, расположенных по сторонам чана для анодирования. Обычно их производят их свинца или титана. Хоть титан и более дорогой материал, стоимость самих змеевиков не обязательно будет выше. Как выяснил Топ, длина и ширина титанового змеевика, требующаяся для охлаждения растворов для анодирования, были соответственно в 5 и 2 раза меньше, чем свинцового змеевика. Для обеспечения коррозийной стойкости титановый змеевик должен быть анодным как во время анодирования, так и тогда, когда чан не эксплуатируется. Для этого будет эффективным использование зарядного устройства и свинцового катода. Необходимая площадь свинцового охлаждающего змеевика указана в Спецификаций Кваланод.

Другими словами, для охлаждения ванны для анодирования мощностью 1000 А при использовании воды при температуре 10ºС требуется площадь поверхности змеевика 6.9 м².

При этом также можно использовать как прямую, так и непрямую системы охлаждения.. При использовании прямой системы хладагент циркулирует по змеевикам прямо в чане, и если змеевик лопнет, то хладагент попадёт прямо в электролит. По этой причине на многих заводах используется непрямая система охлаждения, в которой применяется холодная вода или охлаждающая эмульсия вода-глицерин или вода-гликоль. Таким образом, в ней сначала используется система непосредственного охлаждения, охлаждающая резервуар с соответствующей жидкостью посредством охлаждающих змеевиков. Затем охлаждённая жидкость закачивается по змеевикам в чан для анодирования, а циркуляционный насос включается в соответствии с показаниями термостата, находящегося в чане.

Подобным образом можно также  нагревать раствор в чане, например, посредством прокачивания по змеевикам в чане горячей воды или пара или водяной рубашки. Рекомендуется, где это возможно, использовать регуляцию при помощи термостата. Часто для уменьшения тепловых потерь с поверхности растворов, применяющихся при высокой температуре, используются пластиковые шарики. Обычно их производят из полипропилена, что позволяет уменьшить расход тепла на 70 и более процентов. При анодировании их чаще всего используют в чанах для уплотнения. Для эффективного покрытия поверхности учёными были разработаны подобные различной формы и размеров, причём с таким расчётом, чтобы они не попадали в изделие, когда оно покидает ванну.