Jak při použití titanové elektrické topné trubice k varu 20% kyseliny chlorovodíkové změní hladina rozpuštěného kyslíku v kyselině kritickou teplotu důlků?
Zanechat vzkaz
Většina kovů je při varu 20% HCl při teplotě asi 105 stupňů poměrně agresivní. Titan se běžně nedoporučuje pro použití HCl kvůli rychlé aktivní korozi. Jiné aplikace však vyžadují krátkou nebo regulovanou expozici, jako jsou linky na moření titanových dílů nebo specifické chemické postupy. Za těchto omezených podmínek se koncentrace rozpuštěného kyslíku v kyselině stává hlavním kritériem při stanovení, zda titan vydrží i krátkodobou službu. Kyslík funguje jako katodický depolarizátor a posouvá potenciál titanového povrchu do pasivní oblasti. Kritická bodová teplota (CPT)-teplota, při jejímž překročení začíná stabilní důlková koroze-se značně zvyšuje s koncentrací rozpuštěného kyslíku. Titan je atakován při pokojové teplotě v odvzdušněné 20% HCl. Ve 20% HCl při parciálním tlaku kyslíku 1 atm stoupá CPT na asi 80 stupňů, stále pod bod varu, ale dostatečně vysoko pro některé omezené nízkoteplotní provozy.
Mechanismus pasivace-závislé na kyslíku v kyselině chlorovodíkové
Titan vyžaduje oxidační atmosféru, aby si zachoval svůj pasivní film TiO2. Kyselina chlorovodíková je redukční činidlo a chloridové ionty energicky napadají jakékoli vady oxidu. Kyslík v roztoku v kyselině dodává oxidační potenciál nezbytný pro obnovu filmu. Na povrchu titanu dochází k redukci kyslíku: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Tato katodická reakce zvyšuje povrchový potenciál, a tím inhibuje rozpouštění titanu. Pokud je koncentrace rozpuštěného kyslíku snížena na kritickou hodnotu, pak katodový proud v důsledku redukce kyslíku nemůže kompenzovat anodický proud v důsledku rozpouštění titanu. Povrchový potenciál klesá do aktivní oblasti a dochází k rovnoměrné korozi nebo důlkové korozi. Kritická bodová teplota je teplota, při které je rychlost rozpadu pasivního filmu větší než rychlost repasivace za pomoci kyslíku při dané koncentraci kyslíku.
Kvantitativní změna kritické důlkové teploty s rozpuštěným kyslíkem
Hodnoty CPT pro titan stupně 2 ve 20% HCl při atmosférickém tlaku jsou uvedeny níže z kontrolovaného testování:
Rozpuštěný kyslík < 0,5 ppm (odvzdušněný, propláchnutý N2-) CPT < 25 stupňů . Titan při pokojové teplotě - agresivní koroze. Rychlost koroze 2-5 mm/rok. Nedoporučuje se pro žádný horký servis.
Rozpuštěný kyslík při 2–5 ppm (vzduch-nasycený při 1 atm, typická otevřená nádoba): CPT 45–50 stupňů . Pasivní chování pod 45 stupňů, rychlost koroze<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).
CPT 60-65 stupňů). Rozpuštěný kyslík při 10-15 ppm (probublávání kyslíkem při 1 atm). PŘIJATELNÉ PŘI 60 stupních, ALE NE PŘI TEPLOTĚ VARU. Hloubka důlků 0,5 mm po 100 hodinách při 65 stupních.
Rozpuštěný kyslík 30-40 ppm (parciální tlak kyslíku 3 atm, tlakový systém). CPT 75-80 stupňů. Při 75 stupních zůstává povrch pasivní . 20% HCl při 105oC (1 atm) Stále pod bodem varu
Dissolved oxygen >50 ppm (čistý kyslík pod 5 atm, specifické vybavení): CPT 85-90 stupňů . Nedosahuje teploty varu při atmosférickém tlaku, ale blíží se jí. Vyžaduje tlakový systém pro udržení DO.
Praktické implikace pro provoz ve vroucí 20% kyselině chlorovodíkové
Objemová teplota 20% HCl vroucí při atmosférickém tlaku je 105 stupňů. Jakékoli množství rozpuštěného kyslíku při parciálním tlaku 1 atm nemůže zvýšit CPT na 105 stupňů . 65 stupňů je nejvyšší možný CPT s kyslíkem-nasycenou kyselinou při 1 atm. Proto, bez ohledu na probublávání kyslíkem, je použití titanu 2. stupně pro vaření 20% HCl v zásadě nevhodné. Tlaky s parciálním tlakem kyslíku vyšší než 1 atm by vyžadovaly tlakovou nádobu, která je v rozporu se stavem varu. 1. Vroucí 20% HCl: Tantal, zirkonium nebo některé litiny s vysokým obsahem křemíku.
Řízení rozpuštěného kyslíku pro nízkoteplotní provoz HCl
Titan 2. stupně s kontrolou kyslíku je uveden v následující tabulce pro použití HCl pod CPT.
Koncentrace HCl a provozní teplota Minimální požadovaný rozpuštěný kyslík Maximální povolená koncentrace chloridu Doporučená provozní strategie
3 ppm (nasycení vzduchem) 40 stupňů 10 % HCl 20 % Standardní otevřená nádoba. Není potřeba žádné specifické probublávání kyslíkem.
8 ppm (nepřetržité proudění vzduchu) 20 % 15 % HCl 50 stupňů Umístěte rozstřikovač vzduchu blízko ohřívače. Týdenní kontroly DO
20 % HCl @ 60 stupňů 15 ppm (vyžaduje probublávání kyslíkem) 20 % Použijte probublávání čistým kyslíkem. Natlakujte nádobu na 2 atm pro údržbu DO Doporučeno: titan Grade 7.
20 % HCl, 70 stupňů C. Neproveditelné při 1 atm. 20 % Nevhodný stupeň 2. Použijte 3 atm probublávání kyslíkem na stupeň 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25 % titan Nedoporučuje se bez ohledu na kyslík.
Alternativy k HCl Service Engineering Boiling
If you need to boil 20% HCl, use tantalum or zirconium heaters instead of titanium. Tantalum is passive even in deaerated acid and has a CPT >150 stupňů ve 20% HCl. Zirkonium je velmi odolné vůči vroucí HCl ve všech koncentracích. Pokud je z finančních důvodů vyžadován titan, spusťte provoz pod 50 stupňů s nepřetržitým probubláváním kyslíkem a akceptujte omezenou životnost ohřívače na 6-12 měsíců. Titan stupně 7 (stabilizovaný palladiem) poskytuje za stejných podmínek kyslíku zvýšení CPT o 10 až 15 stupňů ve srovnání se stupněm 2 a rozšiřuje rozsah použitelných teplot na přibližně 75 stupňů s probubláváním kyslíkem.
Vytvoření informované specifikace<
Pokud uvažujete o titanové elektrické topné trubici pro jakoukoli službu s kyselinou chlorovodíkovou, první věc, kterou musíte udělat, je určit nebo definovat hladinu rozpuštěného kyslíku v kyselině. Uvědomte si, že titan pravděpodobně nebude poskytovat uspokojivou životnost pro aplikace nad 60 stupňů, pokud není systém natlakován za účelem zvýšení rozpustnosti kyslíku . 20 % HCl, okolní tlak, bod varu Nespecifikujte titan. Místo toho si vyžádejte cenové nabídky na tantalový nebo zirkoniový ohřívač. Pokud proces zahrnuje pouze přerušované vaření (např. čisticí cykly), zvažte odnímatelný ohřívač, který lze během období varu vyjmout z kyseliny. Inženýr tím, že má základní vztah mezi rozpuštěným kyslíkem a kritickou teplotou důlkové koroze, se vyhýbá obvyklému úskalí představy, že obecná odolnost titanu proti korozi platí pro horkou, koncentrovanou kyselinu chlorovodíkovou.
