مقالات - فیلتر

اهمیت به کارگیری تجهیزات استاندارد و کارآمد در بهبود کیفیت و راندمان فرآیند آبکاری

بخش دوم : فیلتراسیون

 

رضا مهتر قره‌داغی (کارشناس ارشد خوردگی و حفاظت از مواد)

پیام صمدی (کارشناس ارشد مهندسی مواد و متالورژی)

 

 

چکیده:

در بخش قبلی مجموعه مقالات بکارگیری تجهیزات استاندارد و کارآمد، مطالبی پیرامون روش های مختلف ایجاد تلاطم در محلول و اهداف بکارگیری آن در خطوط آبکاری ارائه گردید که از جمله تاثیرات مهم آن ایجاد جریان های شدید در درون محلول بود. هر چند جهت دستیابی به نتایج عملی مطلوب و به منظور ایجاد شرایط یکسان در تمامی نقاط محلول استفاده از اینگونه تلاطم ها اجتناب ناپذیر می باشد اما از سوی دیگر این تلاطم ها منجر به معلق شدن ذرات ناخالصی موجود در محلول و احتمال همرسوبی آنها در درون پوشش می شود که این به معنای افزایش تعداد قطعات مردود در بازرسی های کنترل کیفی می باشد. بکارگیری فیلتراسیون در خطوط آبکاری موثرترین روش در جهت حذف نمودن ناخالصی ها و ذرات معلق در محلول ها می باشد. از این رو با توجه به اهمیت فیلتراسیون و تاثیرات آن بر روی کیفیت پوشش، این مقاله به این موضوع اختصاص یافته است.

 

 

مقدمه:

شاید فیلتراسیون محلولهای آبکاری جزء اولین ضرورت هایی بود که از همان ابتدا در ذهن آبکاران شکل گرفت، چرا که جذب شدن هرگونه آلودگی بر روی پوشش نهایی و عیوب ظاهری ناشی از آن غیر قابل پذیرش بود. از سوی دیگر ایجاد تلاطم در درون محلول و در نتیجه ایجاد یکنواختی در توزیع غلظت، حرارت و همچنین ممانعت از پسیو شدن آندها و تسریع فرآیند تامین یون فلزی ناشی از انحلال آندها، از جمله دیگر مزایای به کارگیری سیستم های فیلتراسیون بود که به مرور زمان آشکار گردید. در طول تاریخ صنعت آبکاری شرکت های سازنده ی فیلتر و تجهیزات مرتبط با آن نظر به نوع محلول و ماهیت ناخالصی موجود در آن کار بر روی سیستم های مختلف فیلتراسیون را در دستور کار واحدهای تحقیق و توسعه خود قرار داده اند تا به این ترتیب راندمان آنها را به بالاترین میزان ممکن افزایش دهند. نگاهی به تحولات صورت گرفته در طراحی فیلترها خود بیانگر تلاش های صورت گرفته است. در شکل 1 نمونه ای از فیلترهای استفاده شده در اواسط قرن بیستم نشان داده شده است. همچنین در شکل 2 تصاویری از فیلترهای امروزی ارائه شده است.

شکل 1. نمونه ای از فیلترهای استفاده شده در اواسط قرن بیستم.

 

شکل 2. نمونه هایی از فیلترهای امروزی.

 

امروزه اکثر شرکت های سازنده ی فیلتر، محصولات خود را از نقطه نظر نوع صافی در سه دسته عرضه می نمایند که عبارتند از دیسکی، کارتریجی و کیسه ای. شایان ذکر است که گونه های دیگری نیز برای مصارف خاص وجود دارند، نظیر فیلترپرس ها که در خطوط تصفیه پساب با هدف جدا سازی رسوب جامد و لخته ای از آب بکار گرفته می شود. اساساً ساختار فیلترها شامل پمپ، مخزن و صافی می باشد و اصول کارکرد آن به این ترتیب است که محلول بوسیله ی پمپ به درون مخزن هدایت می شود و پس از عبور از درون صافی مجدداً به وان اصلی تزریق می گردد. رایج ترین نوع پمپ ها مکانیکی و مگنتیک می باشند که در شکل 3 تصاویر آنها نشان داده شده است. شایان ذکر است که پمپ های مگنتیک به دلیل عدم خوردگی قطعات درگیر با محلول (Mechanical seal) طول عمر بیشتری دارند.

شکل 3. پمپ های مگنتیک (الف) و مکانیکی (ب).

 

در ادامه به اختصار به معرفی و کاربرد هر یک از فیلترهای مذکور پرداخته می شود.

فیلترهای دیسکی: این فیلترها حاوی دیسک های پلاستیکی از جنس پلی پروپیلن بوده که به همراه صافی های کاغذی و یا پارچه ای از جنس پلی پروپیلن، که در میان دیسک ها جاگذاری می شوند، استفاده می گردد. در شکل 4 تصویری از فیلتر دیسکی و نیز شماتیکی از داخل آن ارائه شده است.

 

شکل 4. تصویری از فیلتر دیسکی.

 

مکانیزم حذف ذرات ناخالصی توسط این نوع فیلتر در شکل 5 به صورت شماتیک نشان داده شده است. همانگونه که مشاهده می شود چهار مکانیزم برای نحوه ی حذف شدن ناخالصی ها توسط صافی های درون مخزن پیش بینی شده است. در حالت اول که محتمل ترین مکانیزم می باشد، ذرات ناخالصی درشت بر روی حفرات میکرونی موجود در سطح صافی ها جذب می گردد و از همین رو شرایط را برای عبور ذرات بعدی دشوار می سازد. حالت دوم رسوب نمودن ذرات ناخالصی در درون بافت صافی ها می باشد. در حالت سوم ناخالصی ها به دلیل ضربات ناشی از سایر ذرات در درون ساختار صافی حبس می گردد و نهایتاً چهارمین مکانیزم پیش بینی شده که عمدتاً در مورد ذرات بسیار ریز حاکم است، جذب شدن بواسطه ی نیروهای الکترواستاتیک می باشد.

 

شکل 5. مقطع برش ورق صافی.

ورق های صافی معمولاً از جنس پارچه ای که عمدتاً دارای مش 50 میکرون و کاغذی ضخیم با مش 5 میکرون می باشند. شایان ذکر است که ورق های صافی کاغذی کربنی نیز وجود دارند که در برخی مواقع جهت حذف همزمان ناخالصی های معدنی و آلی مورد استفاده قرار می گیرند.

فیلترهای کارتریجی: در این نوع فیلتر از مغزی های پلاستیکی استوانه ای شکل که دارای حفرات سطحی فراوان می باشد استفاده می گردد. در شکل 6 تصاویری از اینگونه فیلترها و کارتریج های استفاده شده در آنها ارائه شده است.

  

شکل 6. تصاویری از فیلتر کارتریجی به همراه صافی های آن.

 

سطح خارجی کارتریج ها بسته به نوع کاربری آن، روکش می گردد. رایج ترین روکش کارتریج ها مجموعه ای از الیاف های مقاوم در برابر مواد شیمیایی است که بواسطه ی مش بندی آن، می توان محدوده ی وسیعی از ناخالصی ها را حذف نمود. مکانیزم حذف ذرات توسط کارتریج ها تقریباً مشابه با مکانیزم ارائه شده توسط دیسک های حاوی ورق های صافی می باشد.

فیلترهای کیسه ای: عمده ویژگی فیلترهای کیسه ای آرام بودن نرخ جریان محلول عبوری از داخل آنها می باشد و به این ترتیب فرصت لازم جهت حذف شدن ذرات ناخالصی که حذفشان نیاز به زمان دارد ، داده می شود. در شکل 7 تصاویر مربوط به اینگونه از فیلترها نشان داده شده است.

شکل 7. تصاویری از فیلترهای حاوی کیسه.

فیلترهای دارای کیسه کاربردهای متنوعی دارند و بسته به نوع کاربرد در وضعیت های مختلفی به کار گرفته می شوند. مهمترین موارد استفاده از این نوع فیلتر عبارت است از:

1. فیلتراسیون با کیسه ی خالی: برای فیلتراسیون اولیه ی محلولهای فسفاته، آب برداری و همچنین در سیستم های تصفیه پساب پیشنهاد می شود. از جمله ویژگی های فیلتر نمودن با استفاده از کیسه ی خالی می توان به گنجایش بالا در نگهداری ناخالصی های حذف شده و نیز هزینه نگهداری پایین اشاره نمود.

2. فیلتراسیون با کیسه ی حاوی کربن: هدف از این روش حذف آلودگی های آلی موجود و یا تولید شده در وان حین فرآیند آبکاری است که اغلب محصول شکسته شدن ساختار افزودنی ها به دلایل مختلف می باشد. شایان ذکر است آرام بودن جریان در فیلترهای کیسه ای منجر به افزایش کارآیی ذرات کربنی خواهد شد.

3. فیلتراسیون با کیسه ی حاوی الیاف با خواص آب گریزی جهت حذف ذرات چربی و روغن: این روش فیلتراسیون منجر به حذف لکه های روغنی موجود در محلولها می گردد. اهمیت حذف روغن از چربیگیری و پساب مربوط به آن در کاهش شاخص COD در آنالیز پساب کلی خط می باشد.

4. فیلتراسیون با کیسه های حاوی الیاف برای مصارف خاص: در مواقعی که رسوبات ژل مانند در درون محلول وجود دارد می توان از این سیستم بهره گرفت. از جمله مواردی که از این فیلتر استفاده می شود در محلول های قلع اسیدی می باشد که همواره حاوی ذرات معلق قلع چهار ظرفیتی هستند. بالا بودن سطح موثر الیاف ها مهمترین پارامتر در افزایش راندمان حذف ترکیبات شیمیایی مورد نظر می باشد.

در جدول 1 دسته بندی کاربرد هر یک از فیلترهای مذکور ارائه شده است.

جدول 1. دسته بندی پیشنهادی برای استفاده از انواع فیلترها متناسب با نوع آلودگی.

 

 

 

به هنگام انتخاب فیلتر در نظر گرفتن موارد زیر می تواند به انتخاب هرچه صحیح تر کمک نماید:

1. سایز حفرات صافی فیلتر (میزان تخلخل صافی فیلتر)

2. ماهیت آلودگی ها

3. میزان آلودگی

4. دبی مورد نظر

5. فشار سیستم

6. نحوه به کارگیری فیلتر (پیوسته یا مقطعی)

7. محلول مورد نظر برای فیلتر

از آنجائیکه که موثرترین شاخص در حذف ناخالصی های جامد سایز حفرات صافی فیلتر می باشد، جهت تبیین نقش آن در راندمان فیلتراسیون، در ادامه به بررسی آن می پردازیم.

سایز حفرات،که برحسب میکرون تعریف می شود، متناسب با نوع محلول است که عمدتاً توسط تامین کنندگان مواد آبکاری تعیین می گردد. اگر ذرات موجود در محلول بزرگتر از حفرات صافی باشند، آنها به صورت مستقیم حذف خواهند شد (شکل9). در نتیجه ی انسداد حفرات توسط ذرات بزرگ، احتمال حذف ذرات کوچکتر نیز افزایش می یابد. به این ترتیب که اغلب ذرات دارای هندسه ی نامنظم می باشند و جذب شدن آنها توسط صافی فیلتر منجر به پدیده "پل زدن" می گردد. در شکل 10 این موضوع نشان داده شده است.

 

شکل 9. حذف شدن ذرات بزرگ به هنگام عبور از منافذ کوچک صافی فیلتر.

شکل 10. پدیده ی پل زدن.

همانگونه که در شکل 10 نشان داده شده است پدیده "پل زدن" می تواند در نتیجه ی گیر افتادن بیش از دو ذره معلق به طور همزمان در یک حفره نیز اتفاق بیافتد.

هنگامی که یک ذره در حفره ی صافی متوقف می شود (شکل 11)، حفره ی مذکور تقریباً بسته می شود و متعاقباً این حفره قابلیت حذف ذرات ریزتر را نیز مهیا می سازد. یادآور می شود که در ابتدا ذرات درشت تر حذف می شوند اما کماکان احتمال رد شدن ذرات ریزتر از میان آنها وجود دارد. به مرور زمان با ضخیم تر شدن لایه ی ناشی از حذف شدن ذرات بزرگ و تشکیل شدن کیک بر روی صافی ها، ذرات متوسط و نهایتاً بسیار ریز(میکرون) نیز حذف خواهند شد(شکل 12).

شکل 11. منافذ عبوری ذرات ریز پس از حذف شدن ذرات درشت.

شکل 12. حذف شدن ذرات بسیار ریز در نتیجه ی تشکیل کیک.

 

باید همواره در نظر داشت که عبور محلول حاوی ذرات معلق از درون فیلتر به دلیل رسوب نمودن ناخالصی ها بر روی صافی فیلتر منجر به پدیده ی افت فشار خواهد شد.

از سوی دیگر میزان حجم فضای خالی (فضای باز صافی ها) همواره از درجه اهمیت بالایی برخوردار می باشد. صافی با بالاترین میزان فضای خالی، مطلوب ترین حالت را داشته که بواسطه ی آن، طول عمر بیشتر و افت فشار اولیه ی کمتر را تضمین خواهد نمود. در شکل 13 به صورت شماتیک تاثیر میزان فضاهای خالی بر روی درصد جذب شدن ذرات ناخالصی توسط فیلتر نشان داده شده است.

 

    

شکل 13. تاثیر ریز شدن اندازه حفرات بر روی راندمان حذف ذرات ناخالصی از محلول.

نرخ جریان عبوری نیز از اندازه حفرات صافی ها متاثر می شود که در ادامه به نحوه بهبود آن اشاره می شود. در شکل 14 تاثیر افزایش مساحت آزاد فیلتر دیسکی (مساحتی که محلول از آن عبور می کند) بر روی راندمان حذف ناخالصی ها از محلول نشان داده شده است. بدیهی است که هرچه ظرفیت نگهداری ناخالصی ها توسط فیلتر بیشتر باشد، طول عمر مفید فیلتر افزایش خواهد یافت.

شکل 14. تاثیر افزایش مساحت موثر فیلتر بر روی راندمان حذف و طول عمر فیلتر.

در شکل 14 مناطق نارنجی رنگ معرف کیک تشکیل شده در داخل فیلتر می باشد. مشاهده می شود که با دو برابر شدن سطح موثر فیلتر دیسکی، طول عمر آن چهار برابر شده است. همچنین در شکل 15 تاثیر هندسه سطح خارجی کارتریج بر روی میزان مساحت موثر فیلتر نشان داده شده است. ایجاد برجستگی بر روی سطح خارجی فیلتر منجر به افزایش سطح موثر فیلتر از 05/0 به 5/0 متر مربع در کارتریج های 10 اینچی می شود.

  

شکل 15. دو مقطع مختف از کارتریج فیلتر.

جهت انتخاب نوع فیلتر لازم است که آنرا را از دو دیدگاه اقتصادی و فنی مورد بررسی قرار دهیم که در ادامه به آنها پرداخته می شود.

ملاحظات اقتصادی در انتخاب فیلتر و تجهیرات مربوط به آن:

شاید بهترین مثال برای تبیین اهمیت در نظر گرفتن ملاحظات اقتصادی در انتخاب نوع فیلتر، اصل کوه یخ باشد (شکل 16). مطابق با این اصل نوک کوه یخ که از سطح آب بیرون آمده است کسر اندکی از حجم کلی کوه یخ را تشکیل می دهد و این در حالی است که همواره حجم بیشتری از کوه یخ در زیر آب پنهان بوده و قابل مشاهده نمی باشد. تناسب این اصل با انتخاب فیلتر از آنجاست که هزینه ی اولیه ای که مشتریان به هنگام خرید می پردازند همانند نوک کوه یخ است که در حدود 10 درصد هزینه هایی را که در آینده در پیش رو خواهند داشت را شامل می شود و شاید در نگاه اول اصلی ترین شاخص مشتریان به هنگام خرید باشد و این در حالی است که هزینه های مربوط به انرژی، کاهش تولید ناشی از خرابی فیلتر و متوقف شدن خط و نیز تعمیر و نگهداری از آن در حدود 90 درصد از هزینه های مرتبط با سیستم فیلتراسیون را در صورت انتخاب نادرست در آینده به آبکاران تحمیل خواهد نمود.

 

شکل 16. شماتیکی از اصل کوه یخ.

 

پس همواره باید این نکته را در نظر داشت که قیمت فیلتر نباید بیشترین تاثیر را در تصمیم گیری نهایی خریدار داشته باشد و باید بیش از هر چیز به هزینه های پیش رو توجه نمود.

 

ملاحظات فنی در انتخاب فیلتر و تجهیرات مربوط به آن:

امروزه جلوگیری از زبری پوشش احتمالاً عمده ترین دلیل فیلتر نمودن محلول های آبکاری می باشد. در شکل 17 نمونه ای از حبس شدن یک ذره ی معلق در درون پوشش، که نهایتاً منجر به ایجاد زبری بر روی سطح خارجی آن گردیده، نشان داده شده است.

شکل 17. تصویر متالوگرافی از حبس شدن ذره ی ناخالصی در درون پوشش نیکل.

 

علاوه بر ذرات جامد معلق، آبکاران باید با سایر آلودگی های آلی و معدنی که به واسطه ی مواد به جا مانده در داخل قطعات (از مراحل قبل) به درون محلول وارد می شوند، نیز مقابله نمایند. همچنین قدرت پوشش دهی بیشتر با احتمال سوختگی کمتر، در حمام های عاری از آلودگی امکان پذیر می باشد. اگر اجازه ی به وجود آمدن این قبیل آلودگی ها در حمام داده شود، خواص پوشش تحت تاثیر قرار خواهد گرفت. از همین رو فیلتراسیون کربنی و یا صفحه گذاری با برق پایین به صورت پیوسته و یا دوره ای اغلب اینگونه آلودگی ها را حذف خواهد نمود.

هنگامی که می خواهیم یک سیستم فیلتراسیون را طراحی نماییم ابتدا باید هدف اصلی از آن را مشخص نماییم، که در این میان یکی از موارد زیر می تواند محتمل باشد:

1. سطح آبکاری شده با بالاترین کیفیت و همچنین با صافی سطحی و درخشندگی بالا

2. دستیابی به خواص فیزیکی مناسب از نقطه نظر اندازه دانه ی پوشش و نیز مقاومت در برابر سایش و خوردگی

3. دستیابی به حداکثر راندمان فرآیند آبکاری و نیز کنترل دقیق پارامترهای حاکم بر آن نظیر قدرت پوشش دهی (پر کنندگی)، سرعت آبکاری و نیز عاری نمودن محلول از هرگونه آلودگی

 

پس از مشخص شدن هدف، حال باید موارد زیر را پیش از انتخاب فیلتر و صافی های مربوط به آن بررسی نمود:

• میزان ورود آلودگی به محلول: ذرات معلق از نقطه نظر اندازه، نوع و میزان ، همچنین آلودگی های آلی و معدنی حل شده در درون محلول

• نرخ جریان مورد نیاز: میزان گردش محلول در هر ساعت برای حجم مشخصی از محلول جهت دستیابی به شفافیت بالا

• تناوب فیلتراسیون: بازه زمانی مورد نظر جهت فیلتر نمودن محلول و حذف آلودگی از آن

در ادامه به بررسی هر یک از موارد مذکور می پردازیم:

 

 

میزان ورود آلودگی به محلول:

به طور کلی منابع آلودگی ها در حمام های آبکاری عبارتند از ورود محلول های مراحل قبلی به وسیله قطعات (Drag in)، گرد و غبار، آند و کیسه ی آن، پلیسه و براده های فلزی درون قطعات، تجهیزات انتقال قطعه در طول خط، آب مورد نیاز و نیز هوای مورد استفاده برای ایجاد تلاطم در محلول. جهت حذف نمودن موثر این آلودگی ها، سیستم فیلتراسیون باید با در نظر گرفتن میزان و ماهیت آلاینده های موجود در درون وان آبکاری طراحی گردد. اهمیت این موضوع از آنجاست که فیلتری با ظرفیت کم و ناکافی جهت نگهداری آلاینده ها در درون خود، در بازه های زمانی کوتاه تری نیاز به شستشو و سرویس های مربوطه خواهد داشت. از سوی دیگر فشار ناگهانی ناشی از جمع شدن آلودگی ها در درون صافی های فیلتر منجر به افزایش تنش وارده به پمپ و نهایتاً آسیب دیدن قطعات آن خواهد گردید. از همین رو با کاهش میزان ورود آلودگی ها به درون فیلتر می توان هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری فیلتر و پمپ را تا حد چشمگیری کاهش داد. حتی بعد از مراحل تمیز کاری و آبکشی، برخی ذرات جامد و آلودگی ها به قطعات، جیگ ها و نیز مخازن بارل می چسبند. بنابراین این آلودگی ها به واسطه ی موارد مذکور به درون محلولهای آبکاری وارد خواهند شد. در این میان میزان آلاینده های وارد شده به محلولها به صورت مستقیم با نوع قطعه، روش آبکاری (آویز یا بارل)، راندمان تمیز کاری قطعات و سیکل تمیز کاری آنها در ارتباط می باشد. یادآور می شود که با بازرسی های دوره ای می توان ورود برخی از آلودگی ها به درون محلول ها را به حداقل رساند. به طور مثال بررسی شرایط محیطی اطراف وان ها نظیر دیوارها و سقف کارگاه یکی از راهکارهای ابتدایی در جلوگیری از ورود آلودگی ها به درون وان می باشد.

در خطوط آبکاری، انواع قطعات آبکاری می شوند و از همین رو برای عاری بودن محلولها از هر نوع آلودگی، سیستم فیلتراسیون باید برای شرایطی با بالاترین میزان کارکرد خط و نیز سخت ترین و پیچیده ترین قطعات جهت تمیزکاری و آبکشی، طراحی گردد. در این میان میزان آلودگی وارد شده به حمام آبکاری در روش بارل زیاد است چرا که در این روش امکان آبکشی مناسب وجود ندارد. از همین رو فیلتراسیون در خطوط بارل تمام اتوماتیک باید به صورت پیوسته باشد و تجهیزات فیلتراسیون باید به گونه ای انتخاب گردد که زمان توقف ناشی از تعمیرات را به حداقل برساند.

میزان ورود آلودگی ها به وان آبکاری را اغلب می توان با بهینه سازی فرآیند آماده سازی کاهش داد. به طور مثال چربیگیری گرم به روش غوطه وری برای قطعات ماشین کاری و یا پرداخت شده بسیار مناسب می باشد. همچنین ایجاد چرخش در محلول همزمان با سیستم سرریز، کمک قابل توجهی به حذف روغن از محلولهای چربیگیری می نماید. یادآور می شود روغن به سرعت سبب آلوده شدن صافی های فیلتر می گردد. همچنین افزایش راندمان اکسید زدایی نیز سبب کاهش میزان ورود آلودگی به درون محلول اصلی خواهد داشت. آبکشی های دارای سرریز کمک شایان توجهی را به کاهش ورود آلودگی به محلولهای مراحل بعدی خواهند نمود. اساساً به دلیل ماهیت فرآیند تمیز کاری حضور آلودگی در درون محلول (اعم از آلی و معدنی) اجتباب ناپذیر می باشد. باید همواره در نظر داشت که فیلتراسیون عادی منجر به حذف آلودگی هایی نظیر ترکیبات آلی، افزودنی ها و روغن ها نخواهد شد و تنها روش حذف آنها استفاده از کربن فعال می باشد. از سوی دیگر برخی محلولهای آبکاری نظیر نیکل براق، در حین فرآیند آبکاری محصولات آلی جانبی تولید می نمایند. از آنجائیکه نرخ تولید و افزایش آلودگی های آلی و معدنی در حمام یکسان نمی باشد، انتقال محلول به مخزن کمکی توسط فیلتر پمپ و تمیز نمودن وان اصلی کارآمد خواهد بود چرا که با این روش هر دو گونه حذف خواهند گردید. بررسی نمودن شفافیت و نرخ جریان محلول و نیز کیفیت سطحی پوشش نیاز به فیلتراسیون کلی و کربن زنی مجدد را مشخص خواهند نمود. همچنین وجود آلودگی های محلول در وان را می توان با بررسی نمونه های تست هول سل ارزیابی نمود. حفره دار شدن، چسبندگی ضعیف و نیز لکه دار شدن پوشش در این آزمون می تواند شاخصی برای نیاز به کربن زنی محلول باشد.

نرخ جریان مورد نیاز:

نرخ جریان بالا شاخصی ضروری جهت حذف هرچه سریعتر ناخالصی ها از محلول و نیز ممانعت از رسوب آنها بر روی قطعات می باشد. آبکاری در درون محلول عاری از ناخالصی ایده آل ترین حالت می باشد و این شرایط صرفاً در محیط های آزمایشگاهی قابل دستیابی خواهد بود. در محیط های صنعتی که با محلول هایی با حجم بالا مواجه می شویم حضور برخی ناخالصی ها اجتناب ناپذیر بوده و باید این موضوع را پذیرفت اما در این میان فیلتراسیون پیوسته می تواند بالاترین کیفیت در تولید را به واسطه ی پایین نگه داشتن میزان ذرات جامد معلق در محلول، ایجاد نماید. همانگونه که نمودار ارائه شده در شکل 18 نشان می دهد، 4 تا 5 بار گردش کامل محلول وان منجر به حذف بیش از 90 درصد از ذرات جامد معلق موجود در محلول، خواهد گردید. البته با این پیش فرض که هیچ گونه ذرات جامد دیگری از طریق عوامل خارجی به وان وارد نگردد.

 

شکل 18. نمودار درصد ذرات ناخالصی حذف شده بر حسب تعداد بار گردش محلول در هر ساعت.

 

از آنجایی که در اغلب مواردی که فیلترها نصب می گردند، نرخ ورود آلودگی ها به مراتب بیشتر از مقداری است که توسط فیلتر حذف می گردند، مقدار ناخالصی ها و ذرات جامد در محلول به آرامی و با گذشت زمان افزایش می یابد. جهت غلبه بر این پدیده باید فیلتراسیون به صورت پیوسته و حتی در زمان هایی که آبکاری انجام نمی شود نیز اعمال گردد.

نمودار شکل 19 نشان می دهد که به واسطه ی جمع شدن ناخالصی های حذف شده در درون فیلتر، دبی آن کاهش می یابد. همچنین شکل 19 نشان دهنده ی کاهش نرخ جریان عبوری از فیلتر در نتیجه ی جمع شدن ذرات ناخالصی حذف شده بر مبنای کارکرد روز به روز در طول یک هفته می باشد. به طور نمونه در نقطه ی A که فیلتر آغاز به کار نموده است، بیشترین میزان جریان عبوری محلول از درون فیلتر را در کنار کمترین میزان فشار خواهیم داشت و این در حالی است که با گذشت چهار روز (نقطه ی B) و به دلیل گرفته شدن منافذ فیلتر، شاهد کاهش میزان جریان عبوری از درون فیلتر و افزایش فشار درونی فیلتر هستیم.

 

شکل 19. نمودار تغییرات فشار بر حسب میزان دبی محلول عبوری از درون فیلتر.

 

این کاهش نرخ جریان فیلتر، خود می تواند شاخصی برای زمان های توقف طولانی به هنگام تمیز نمودن فیلتر باشد. همچنین از این نمودار می توان به وضوح متوجه شد که چرا آبکاران ممکن است در زمانهای توقف کارکرد فیلتر، زبری را تجربه نمایند. باید این نکته را مدنظر داشت که هنگامی که فیلتر تمیز می شود، به هنگام شروع به کار محلول نرخ جریان بالایی را خواهد داشت که به همین دلیل ذرات ته نشین شده در کف وان به واسطه ی تلاطم شدید ایجاد شده، در درون محلول معلق خواهند شد و از همین رو توصیه می شود پس از تمیز نمودن فیلتر، تا زمانیکه سطح آلودگی ها بوسیله ی فیلتراسیون کاهش داده شود و به حد مجاز برسد، از آبکاری قطعات پرهیز نمود.

 

تناوب فیلتراسیون:

همواره حالت مطلوب این است که آبکاری در محلول های عاری از هرگونه ناخالصی صورت پذیرد. سریعترین روش جهت دستیابی به شفافیت بالای محلول انتقال دادن آن به وسیله یک فیلتر پمپ از وان اصلی به وان کمکی می باشد. یادآور می شود که جهت حفظ همزمان شفافیت محلول و یکنواختی کیفیت پوشش، فیلتراسیون پیوسته توصیه می شود. در جدول 2 مشخصات مورد نیاز برای فیلتراسیون محلول های رایج در فرآیندهای تمام کاری سطح ارائه شده است. همانگونه که در جدول 2 مشاهده می شود برای اغلب محلولهای آبکاری میزان دبی محلول عبوری از درون فیلتر باید به گونه ای باشد که تعداد بار گردش کل محلول داخل وان از درون فیلتر (turnover/hr) به مقدار دو الی سه بار در هر ساعت برسد. این بدان معناست که به طور مثال وانی با حجم تقریبی 3800 لیتر نیاز به فیلتراسیون با نرخ جریان 7000 الی 12000 لیتر در هر ساعت را دارد. هرچند آبکاران باید این نکته را در نظر داشته باشند که جهت حذف صد درصدی ذرات جامد، باتوجه به نمودار ارائه شده در شکل 18، نیاز به حداقل 10 بار گردش کامل محلول خواهیم داشت.

جدول 2. مشخصات فیلتراسیون محلول ها در فرآیندهای رایج در تمام کاری سطح.

 

 

به منظور تبیین هرچه بهتر این موضوع مثالی ارائه می شود. اگر وانی با حجم 380 لیتر داشته باشیم و بخواهیم در هر ساعت یک بار کل محلول را فیلتر نماییم، (1 turnover/hr) خواهیم داشت:

380 lit/60 min = 6.3 lpm

یعنی در هر دقیقه 3/6 لیتر فیلتر می شود. با این حساب پس از گذشت 5 دقیقه تقریباً مقدار 32 لیتر از حجم محلول از درون فیلتر عبور می نماید (در حدود 8%) و این در حالی است که اگر دبی فیلتر 10 برابر این مقدار باشد خواهیم داشت:

10×380 lit/ 60 min = 63.3 lpm

با این میزان دبی خروجی پس از گذشت 5 دقیقه تقریباً 320 لیتر از حجم کلی محلول فیلتر خواهد شد (در حدود 80%). در شکل 20 مقایسه مذکور به صورت شماتیک نشان داده شده است.

 

شکل 20. مقایسه ی شماتیکی تاثیر افزایش میزان دبی فیلتر بر روی راندمان فیلتراسیون.

 

نکاتی پیرامون نحوه ی نصب فیلتر:

طریقه ی نصب فیلتر تاثیر به سزایی را بر روی طول عمر کاری آن می گذارد. به همین خاطر در این قسمت به برخی نکات کاربردی در نصب فیلترها اشاره می شود.

1. توصیه می شود که جهت جلوگیری از وارد آمدن فشار به پمپ فیلتر و داغ شدن آن از قرار دادن فیلتر در موقعیت های بالاتر نسبت به سطح محلول خودداری شود. در شکل 21 این موضوع به صورت شماتیک نشان داده شده است.

 

شکل 21. شماتیکی از موقعیت مناسب فیلتر نسبت به وان.

 

2. طول لوله ی مکش کوتاهترین مقدار ممکن انتخاب شده و حتی المقدور از شلنگ مناسب (فنر دار) استفاده گردد.

3. در صورت استفاده از سیستم لوله‌کشی از بکارگیری زانو، خم و فیتینگی در قسمت مکش تا حد ممکن خودداری شود.

4. لوله ی مکش و ورودی محلول حتماً در دو نقطه مقابل و حتی المقدور دور از هم در وان باید قرار داده شود.

5. هر از چند گاهی باید صافی فیلترها خارج گردیده و شستشو داده شوند ( با اسید رقیق مثل اسید سولفوریک 20%) و سپس آبکشی فراوان شود تا باقیمانده ی اسید از روی آنها پاک شود. علت این موضوع جلوگیری از گرفته شدن روزنه ی صافی‌ها می باشد که منجر به وارد آمدن فشار به پمپ می‌گردد.

6. هرگز نباید فیلتر خشک کار کند و هنگام هواگیری باید کاملاً مراقب این مسئله بود. محلول خروجی باید عاری از حباب هوا باشد.

7. جهت چرخش پروانه ی موتور فیلتر باید هر از چند گاهی کنترل شود تا مطابق با فلش روی بدنه ی موتور آن باشد. ضمناً باید دقت نمود که برق ورودی فیلتر هرگز دو فاز یا تکفاز نگردد.

8. هنگام شستشوی بدنه ی فیلتر باید مراقب بود که آب بر روی الکترو موتور ریخته نشود.

9. در مواقعی که محلول مورد نظر برای فیلتراسیون حاوی ترکیباتی است که در صورت سرد بودن محلول رسوب تشکیل می‌دهند، جهت استفاده هر چه بهتر از فیلتر توصیه می‌شود ابتدا فیلتر را خاموش کرده و پس از گرم نمودن وان، محلول گرم شده به داخل فیلتر تزریق شود. پس از حصول اطمینان از حل شدن رسوبات اقدام به روشن کردن فیلتر نمود.

10. استفاده از کنترل فاز، بی متال و سایر تجهیزات حفاظتی برق ورودی توصیه می‌شود.

11. اپراتور باید مرتباً نمایشگر گیج فشار روی مخزن را کنترل نموده و چنانچه به حد 2-5/1 بار رسید سریعاً نسبت به تعویض و یا شستشوی صافی‌های مخزن و دیسک‌ها اقدام نماید.

 

جمع بندی:

امروزه آبکاران هزینه های بسیاری را جهت تامین مواد اولیه مورد نیاز خود نظیر نمک و آند، با بالاترین میزان خلوص، متحمل می شوند و حتی محلول ها را با آب مقطر و یا آب های سختی گیری و فیلتر شده می سازند. تردیدی نیست که تمامی این تلاش ها برای دستیابی به محلول هایی با خلوص بالا و کارآمد است و از همین رو این محلول ارزشمند را باید هر روز و هر لحظه محافظت و کنترل نمود.

بازدید: 3758