U električnom grijaču od titana koji se koristi za održavanje 110 stupnjeva u 60% otopini sorbitola, kako reducirajući sadržaj šećera (0,1% u odnosu na . 1%) katalizira stvaranje kompleksa titanovih iona i ubrzava opću koroziju?

Otopine sorbitola u koncentraciji od 60 % i temperaturi od 110 stupnjeva koriste se kao humektansi i zaslađivači u farmaceutskoj i prehrambenoj primjeni. Sorbitol, dobiven hidrolizom škroba, obično je kontaminiran redukcijskim šećerima kao što su glukoza i fruktoza. Brzina korozije titana u 0,1% reducirajućem šećeru je 0,01–0,03 mm/god. Stopa raste na 0,08–0,15 mm/godišnje pri smanjenju šećera za 1,0%. Kataliza kompleksiranja titanovih iona redukcijskim šećerima odvija se stvaranjem stabilnih kompleksa titan-šećera. Spojevi sprječavaju stvaranje zaštitne pasivne prevlake što rezultira ravnomjernom ubrzanom korozijom.

Dekstroza-mehanizam ubrzane korozije

Titanium ions (Ti⁴⁺) have a considerable affinity for hydroxyl and carbonyl moieties. Reducing sugars have several vicinal hydroxyl groups in cis configuration which act as bidentate ligands. The reaction is Ti4+ + 3C6H12O6 -->[Ti(C6H12O6)3]4+ Ovaj topljivi kompleks ekstrahira Ti4+ s površine metala odmah po njegovom formiranju, čime se sprječava stvaranje zaštitnog sloja TiO2. Korozija je homogena i difuzijski kontrolirana. Stopa kompleksiranja i stopa korozije u stabilnom-stanju rastu s povećanjem koncentracije reducirajućeg šećera.

Kvantitativna stopa korozije u odnosu na smanjenje sadržaja šećera

Sljedeće je postavljeno za kontrolirano ispitivanje titana stupnja 2 u 60% sorbitolu s različitim sadržajem reducirajućeg šećera na 110oC tijekom 1000 sati. Oslobađanje titana iz 0% reducirajućeg šećera (čisti sorbitol) je 0,5–1,0 ppm, a brzina korozije je 0,005–0,010 mm/godišnje sa sjajnom površinom. Pri 0,1% reducirajućeg šećera otpuštanje Ti je 2-5 ppm, stopa korozije 0,01-0,03 mm/god i opaženo je lagano nagrizanje. Pri 0,5% reducirajućeg šećera, otpuštanje Ti je 10-20 ppm, a brzina korozije je 0,05-0,10 mm/god. Primjećuje se jednolično jetkanje. Otpuštanje Ti pri 1,0% reducirajućeg šećera je 20-40 ppm, brzina korozije od 0,08-0,15 mm/godišnje i jednolika mat površina. Oslobađanje Ti je 40-80 ppm, stopa korozije je 0,15-0,25 mm godišnje, a ozbiljno jetkanje se događa pri 2,0% reducirajućeg šećera.

Učinak temperature i koncentracije sorbitola na brzinu kompleksiranja

Brzina kompleksiranja je Arrheniusova-s aktivacijskom energijom od 50 kJ mol−1. Na 80 stupnjeva i 1 % reducirajućeg šećera, stopa korozije je 0,03-0,06 mm godišnje. Brzina na 100 stupnjeva je 0,06–0,12 mm/god. Na 110 stupnjeva stopa je 0,08–0,15 mm godišnje. Stopa je 0,12–0,22 mm/godina na 120 stupnjeva. Stopa također ovisi o sadržaju sorbitola, a na 50% sorbitola s 1% reducirajućim šećerom i 110 stupnjeva stopa je 0,06-0,12 mm/godina. 60% sorbitola, stopa je 0,08-0,15 mm godišnje. Kod 70% sorbitola, stopa je 0,10-0,20 mm/god. Viši postotak sorbitola poboljšava viskoznost, dok viši sadržaj šećera kontrolira brzinu korozije.

Vodič za smanjenje šećera za grijače sorbitola

Sljedeća tablica daje najveći dopušteni sadržaj reducirajućeg šećera za titanske grijače 2. i 7. stupnja u 60% sorbitolu na 110 stupnjeva kao funkciju predviđenog vijeka trajanja i prihvatljive stope korozije.

Required Service Life (years) Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 2 Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 7 Predicted Corrosion Rate (mm/year)Recommended Action >10 <0.2 <0.5 <0.03 None 5-10 0.2-0.5 0.5-1.0 0.03-0.08Annual monitoring 3–5 0.5–1.0 1.0–2.0 0.08–0.16Use Grade 7 1-3 1.0-1.5 2.0-3.0 0.15-0.25 Lower temperature to 100°C <1 >1.5 >3.0 >0,25 Pročistiti sorbitol
Inženjering izvan kontrole šećera

Kvaliteta titana ima veliki utjecaj na otpornost na kompleksiranje sa šećerom. Stupanj 7 (stabiliziran paladijem) ima 2-3 puta niže stope korozije od stupnja 2 pri istoj koncentraciji reducirajućeg šećera. Debljina stijenke omogućuje dopuštenje za koroziju; 2,0 mm stijenke s 0,10 mm/godišnje korozije je 20 godina. Sorbitol treba biti izrađen od glukoze visoke čistoće kako bi se smanjila koncentracija reducirajućeg šećera. Nakon proizvodnje, otopina sorbitola se hidrogenira kako bi se smanjili preostali reducirajući šećeri. Kemijska redukcija reducirajućih šećera dodatkom 0,1% natrijevog borhidrida. Pokrivač dušika smanjuje ulazak kisika. Ulazak kisika usporava reakciju korozije.

Određivanje s povjerenjem

60% sorbitol, 110 stupnjeva, električni grijač od titana Maksimalna količina reducirajućih šećera: 0,2% za stupanj 2 ili 0,5% za stupanj 7. Zahtijevajte od dobavljača sorbitola da potvrdi sadržaj šećera koji smanjuje sorbitol. Za postojeće grijače odredite sadržaj reducirajućeg šećera jednom tjedno s Fehlingovom otopinom ili HPLC-om. Ako je reducirajući šećer iznad granice, smanjite reducirajući šećer s 0,1% natrijevim borohidridom ili smanjite temperaturu na 100 stupnjeva. Inženjer koristi kontrolu razine reducirajućeg šećera ispod kritične razine kako bi spriječio stvaranje kompleksa titanovih iona i održao nisku ujednačenu stopu korozije u vrućem sorbitolu.