Kada se koristi titanska električna grijaća cijev za kuhanje 20% klorovodične kiseline, kako razina otopljenog kisika u kiselini mijenja kritičnu temperaturu pitinga?

Većina metala je prilično agresivna u ključanju 20% HCl na temperaturi od oko 105 stupnjeva. Titan se obično ne preporučuje za upotrebu HCl zbog brze aktivne korozije. Međutim, druge primjene zahtijevaju kratko ili regulirano izlaganje, kao što su linije za dekapiranje dijelova od titana ili specifični kemijski postupci. Pod ovim ograničenim uvjetima, koncentracija otopljenog kisika u kiselini postaje glavni kriterij u određivanju može li titan izdržati čak i kratkotrajnu upotrebu. Kisik djeluje kao katodni depolarizator i pomiče potencijal površine titana u pasivno područje. Kritična temperatura pitinga (CPT)-temperatura iznad koje počinje stabilni piting-značajno raste s koncentracijom otopljenog kisika. Titan se napada na sobnoj temperaturi u deaeriranoj 20% HCl. U 20% HCl pri parcijalnom tlaku kisika od 1 atm CPT se penje na oko 80 stupnjeva, još uvijek ispod vrenja, ali dovoljno visoko za neke ograničene niske temperature.

Mehanizam-pasivacije ovisan o kisiku u klorovodičnoj kiselini

Titanu je potrebna oksidirajuća atmosfera kako bi održao svoj pasivni TiO2 film. Klorovodična kiselina je redukcijsko sredstvo, a kloridni ioni snažno napadaju sve nedostatke oksida. Kisik u otopini u kiselini osigurava oksidacijski potencijal neophodan za obnavljanje filma. Redukcija kisika se događa na površini titana: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Ova katodna reakcija povećava površinski potencijal i stoga inhibira otapanje titana. Ako se koncentracija otopljenog kisika spusti na kritičnu vrijednost, tada katodna struja zbog smanjenja kisika ne može kompenzirati anodnu struju zbog otapanja titana. Površinski potencijal pada u aktivno područje i započinje ravnomjerna korozija ili rupičasta korozija. Kritična temperatura pitinga je temperatura pri kojoj je brzina dezintegracije pasivnog filma veća od brzine repasivacije potpomognute kisikom pri danoj koncentraciji kisika.

Kvantitativna promjena kritične temperature pitinga s otopljenim kisikom

CPT vrijednosti za titan Grade 2 u 20% HCl pri atmosferskom tlaku dane su u nastavku iz kontroliranog testiranja:

Otopljeni kisik < 0,5 ppm (deaeriran, N2-pročišćen) CPT < 25 stupnjeva. Titan na sobnoj temperaturi - agresivna korozija. Brzina korozije 2-5 mm/god. Ne preporučuje se za vruće usluge.

Otopljeni kisik pri 2–5 ppm (zrak-zasićen pri 1 atm, tipična otvorena posuda): CPT 45–50 stupnjeva. Pasivno ponašanje ispod 45 stupnjeva, stopa korozije<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT od 60-65 stupnjeva ). Otopljeni kisik pri 10-15 ppm (kisik raspršen pri 1 atm). PRIHVATLJIVO NA 60 stupnjeva, ALI NE NA TEMPERATURI VRIJEĆA. Dubina udubljenja 0,5 mm nakon 100 sati na 65 stupnjeva.

Otopljeni kisik 30-40 ppm (parcijalni tlak kisika 3 atm, sustav pod tlakom). CPT 75-80 stupnjeva. Na 75 stupnjeva površina ostaje pasivna. 20% HCl na 105oC (1 atm) Još uvijek ispod vrenja

Dissolved oxygen >50 ppm (čisti kisik ispod 5 atm, posebna oprema): CPT 85-90 stupnjeva. Ne doseže temperaturu vrenja pri atmosferskom tlaku, ali joj se približava. Za održavanje DO zahtijeva sustav pod tlakom.

Praktične implikacije za rad u kipućoj 20%-tnoj solnoj kiselini

Temperatura mase 20% HCl koja vrije pri atmosferskom tlaku je 105 stupnjeva. Bilo koja količina otopljenog kisika pri parcijalnom tlaku od 1 atm ne može podići CPT na 105 stupnjeva . 65 stupanj je najviši mogući CPT s kisikom-zasićenom kiselinom pri 1 atm. Stoga je, bez obzira na raspršivanje kisika, uporaba titana stupnja 2 za kuhanje 20% HCl u osnovi neprikladna. Tlakovi parcijalnog tlaka kisika veći od 1 atm zahtijevaju posudu pod tlakom koja je u suprotnosti s vrelištem. 1. Kipući 20% HCl: tantal, cirkonij ili neka lijevana željeza s visokim sadržajem silicija.

Kontrola otopljenog kisika za niske temperature HCl usluge

Titan stupnja 2 s kontrolom kisika naveden je u sljedećoj tablici za HCl uslugu ispod CPT.

Koncentracija HCl i radna temperatura Minimalno potreban otopljeni kisik Maksimalno dopuštena koncentracija klorida Preporučena operativna strategija
3 ppm (zasićenost zrakom) 40 stupnjeva 10% HCl20% Standardna otvorena posuda. Nije potrebno posebno prskanje kisikom.
8 ppm (kontinuirano prskanje zrakom) 20% 15% HCl 50 stupnjeva Postavite raspršivač zraka blizu grijača. Tjedne DO provjere
20% HCl @ 60 stupnjeva 15 ppm (zahtijeva prskanje kisikom) 20% Koristite prskanje čistim kisikom. Tlačite posudu na 2 atm za održavanje DO Preporučeno: titan Grade 7.
20% HCl, 70 stupnjeva C. Nije izvedivo pri 1 atm. 20% Stupanj 2 neprikladno. Koristite 3 atm raspršivanja kisika na Grade 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% titana Ne preporučuje se bez obzira na kisik.
Alternative za ključanje HCl servisnog inženjeringa

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 stupnjeva u 20% HCl. Cirkonij je vrlo otporan na kipuću HCl u svim koncentracijama. Ako je titan potreban iz financijskih razloga, pokrenite rad ispod 50 stupnjeva uz kontinuirano prskanje kisika i prihvatite ograničeni vijek trajanja grijača od 6-12 mjeseci. Titan stupnja 7 (stabiliziran paladijem) daje povećanje CPT-a od 10-15 stupnjeva u odnosu na stupanj 2 pod istim uvjetima kisika i proširuje raspon upotrebljive temperature na oko 75 stupnjeva s prskanjem kisika.

Izrada informirane specifikacije<

Ako razmišljate o električnoj grijaćoj cijevi od titana za bilo koju uslugu klorovodične kiseline, prvo što trebate učiniti je odrediti ili definirati razinu otopljenog kisika u kiselini. Imajte na umu da titan vjerojatno neće pružiti zadovoljavajući radni vijek za primjene iznad 60 stupnjeva, osim ako je sustav pod pritiskom da poveća topivost kisika. 20% HCl, tlak okoline, ključanje Nemojte navoditi titan. Umjesto toga, zatražite ponude za grijač obložen tantalom ili cirkonijem. Ako proces uključuje samo isprekidano kipuće (npr. ciklusi čišćenja), razmislite o uklonjivom grijaču koji se može izvaditi iz kiseline tijekom perioda vrenja. Inženjer, imajući osnovni odnos između otopljenog kisika i kritične temperature pitinga, izbjegava uobičajenu zamku razmišljanja da se opća otpornost titana na koroziju odnosi na vruću, koncentriranu solnu kiselinu.