Pada Gabungan Spesifik Kepekatan Kaustik dan Suhu Permukaan Sarung Apakah 1.6 Milimeter 316 Sarung Keluli Tahan Karat Beralih daripada Kakisan Pasif kepada Aktif dalam Perkhidmatan Natrium Hidroksida untuk Sistem CIP?

Jurutera proses membina pemanas rendaman elektrik untuk sistem bersih-di-untuk pemprosesan makanan, pembuatan farmaseutikal dan pengeluaran minuman menggunakan natrium hidroksida sebagai bahan kimia pembersihan utama. Penyelesaian CIP biasa terdiri daripada 1-3% NaOH pada 70-85 darjah. Dalam keadaan ini, filem pasif terbentuk, dan secara amnya, rintangan kakisan 316 keluli tahan karat adalah baik. Walau bagaimanapun, pada kepekatan yang lebih tinggi atau suhu permukaan yang lebih tinggi daripada ketumpatan watt pemanas filem pasif boleh pecah dan kakisan aktif boleh berlaku dengan kadar melebihi 1 milimeter setahun. Ketebalan dinding tipikal pemanas CIP ialah 1.6 mm, memberikan kompromi yang munasabah antara elaun kakisan dan tindak balas terma. Kertas ini menetapkan kepekatan kaustik dan suhu permukaan sarung di mana sarung 1.6 mm 316 berubah daripada kakisan pasif kepada aktif dalam perkhidmatan natrium hidroksida.

316 Peralihan dalam Natrium Hidroksida daripada Pasif kepada Aktif
Natrium hidroksida adalah unik dalam kalangan larutan beralkali kerana kelakuan kakisan keluli tahan karat 316 mempamerkan peralihan aktif-pasif yang jelas yang bergantung kepada kedua-dua kepekatan dan suhu. Dalam larutan cair di bawah 5% NaOH dan suhu di bawah 80oC, 316 kekal pasif dengan kadar kakisan kurang daripada 0.05 mm setahun. Apabila kepekatan meningkat atau suhu meningkat, filem pasif menjadi tidak stabil. Pada 10% NaOH suhu peralihan adalah kira-kira 90 darjah. Ia berkurangan kepada 75C 20% NaOH. Pada 30% NaOH nilainya turun kepada 60 darjah . Pada 50% NaOH, lebih 40 darjah julat pasif hilang sepenuhnya. Suhu permukaan sarung biasanya 15–30 darjah lebih tinggi daripada suhu larutan pukal untuk pemanas rendaman disebabkan oleh ketumpatan watt yang digunakan. Sistem CIP dengan 3% NaOH dan suhu pukal 80 darjah dengan pemanas 8 W/cm² menyediakan suhu permukaan sarung 95-105 darjah . Salutan pasif pada 316 boleh rosak pada suhu permukaan ini dan kakisan aktif berlaku pada kadar 0.5-2 mm setahun. Hakisan aktif akan menusuk sarung 1.6 mm dalam 1–3 tahun, namun operasi pasif akan memberikan 10+ tahun perkhidmatan.

Ambang Peralihan Kritikal untuk Sarung 1.6 mm
Ujian elektrokimia terhadap 316 sampel dalam larutan natrium hidroksida pada suhu berkaitan perkhidmatan CIP telah menunjukkan bahawa gabungan kepekatan kaustik pukal dan suhu permukaan sarung berikut akan menyebabkan peralihan pasif-ke-aktif untuk dinding 1.6 mm. Nilai adalah untuk pengilat permukaan swaged standard dan ketumpatan watt biasa 6–8 W/cm².

Kepekatan Natrium Hidroksida (Berat %) Suhu Peralihan Pasif kepada Aktif Suhu Permukaan Sarung Minimum untuk Kakisan Aktif Suhu Pukal Selamat untuk Sarung 1.6 mm pada 8 W/cm2 (kenaikan 25 darjah) Jangkaan Kadar Kakisan dalam Rejim Aktif
1 – 2% >100 darjah 100 darjah 75 darjah 0.3 – 0.7 mm/thn
2 – 3% 95 – 100 darjah 95 – 100 darjah Sehingga 70 – 75 darjah 0.5 – 1.0 mm/tahun
3 – 5% 85 – 95 darjah 85 – 95 darjah Sehingga 60 – 70 darjah 0.8 – 1.5 mm/tahun
5 – 7% 75 – 85 darjah 75 – 85 darjah Sehingga 50 – 60 darjah 1.0 – 2.0 mm/th
7 – 10% 65 – 75 darjah 65 – 75 darjah Sehingga 40 – 50 darjah 1.5 – 3.0 mm/tahun
10 – 15% 55 – 65 darjah 55 – 65 darjah Sehingga 30 – 40 darjah 2.0 – 4.0 mm/tahun
> 15% < 55 degrees CBelow 55°C Not safe at any useful temperature>3.0 mm/thn
Untuk sistem CIP dengan suhu pukal 80 darjah dan 2% NaOH menggunakan sarung 1.6 mm pada 8 W/cm2, suhu permukaan sarung adalah sekitar 105 darjah, lebih tinggi daripada ambang peralihan 100 darjah. Hakisan aktif akan berlaku dan sarungnya mungkin berlubang dalam 1-2 tahun. Menurunkan ketumpatan watt kepada 4 W/cm², mengurangkan kenaikan suhu permukaan kepada 12–15 darjah manakala suhu sarung kekal pada 92–95 darjah , iaitu di bawah ambang 100 darjah. Perubahan ini membolehkan 5-10 tahun hayat perkhidmatan.

Sampul Operasi Selamat Sarung 1.6 Milimeter Dalam Perkhidmatan CIP Kaustik
Jadual berikut memberikan kepekatan natrium hidroksida pukal maksimum yang dibenarkan untuk sarung 1.6 mm 316 pada pelbagai suhu pukal dan ketumpatan watt. Untuk nilai kepekatan tertentu, suhu permukaan sarung dikekalkan sekurang-kurangnya 5 darjah di bawah suhu peralihan pasif-ke-aktif.

Suhu Penyelesaian Pukal Ketumpatan Watt 4 W/cm2 (kenaikan 12 darjah) Ketumpatan Watt 6 W/cm2 (kenaikan 18 darjah) Ketumpatan Watt 8 W/cm2 (kenaikan 25 darjah) Ketumpatan Watt 10 W/cm2 (kenaikan 32 darjah) 60 darjah Selamat hingga 10% NaOH hingga NaOH 5% Selamat hingga 7% NaOH 5 darjah Selamat hingga 8% NaOH Peratus selamat hingga 5 NaOH Selamat hingga 3% NaOH Selamat hingga 2% NaOH 70 darjah Selamat hingga 6% NaOH Selamat sehingga 4 % NaOH Selamat sehingga 2% NaOH Tidak selamat melebihi 1% 75oC Tidak selamat melebihi 5% NaOH maks 3%, Tidak selamat NaOH hingga 1% NaOH sehingga 18%, Tidak selamat hingga 1% NaOH. 4% NaOH selamat sehingga 2% NaOH Tidak selamat melebihi 1.5% Tidak selamat 85 darjah Selamat sehingga 3% NaOH Sehingga 1.5% NaOH selamat Tidak selamat Tidak selamat
90 darjah Selamat sehingga 2% NaOHTidak selamat melebihi 1% Tidak selamat Tidak selamat
Untuk kitaran CIP biasa pada 80 darjah dengan 2% NaOH, sarung 1.6 mm 316 selamat hanya pada ketumpatan watt 4 W/cm2 atau kurang. Pada ketumpatan watt industri 8 W/cm² pemanas akan berada dalam rejim kakisan aktif dan hayat perkhidmatan terhad 1-3 tahun harus diramalkan dan bukannya 5-10 tahun yang sering diandaikan.

Perubahan Reka Bentuk Operasi Pasif
Tiga pengubahsuaian reka bentuk boleh dibuat untuk mengekalkan operasi pasif tanpa menukar bahan sarung di bawah keadaan proses CIP yang sebaliknya akan memaksa sarung 1.6 mm 316 ke dalam kakisan aktif (cth, kepekatan kaustik atau suhu): Kaedah pertama adalah untuk meningkatkan panjang dipanaskan unsur untuk mengurangkan ketumpatan watt. Menggandakan panjang (1 m hingga 2 m) mengurangkan kenaikan suhu permukaan sarung daripada 25 darjah kepada 12 darjah dan kembali kepada fungsi pasif apabila ketumpatan watt dikurangkan daripada 8 W/cm2 kepada 4 W/cm2 . Pelarasan kedua adalah untuk meningkatkan peredaran ke atas permukaan pemanas. Untuk ketumpatan watt yang sama, kenaikan suhu permukaan boleh dikurangkan kepada 8–10 darjah pada halaju 2–3 m/s menggunakan pam edaran CIP. Perubahan terakhir ialah penambahan perencat kakisan kepada larutan kaustik. Silikat atau fosfat pada 100 hingga 200 ppm boleh menstabilkan filem pasif pada 316 dan meningkatkan suhu peralihan sebanyak 10 hingga 20 darjah. Tetapi perubahan ini mungkin tidak mencukupi untuk sistem CIP yang memerlukan 5% NaOH pada 80oC. Dalam keadaan ini jurutera harus menentukan penggunaan aloi berasaskan nikel-seperti Aloi 600 atau Aloi 825, yang pasif dalam larutan kaustik sehingga 50% kepekatan pada suhu melebihi 100 darjah . Kos naik taraf daripada 316 kepada Alloy 825 biasanya 2-3 kali lebih tinggi, tetapi hayat perkhidmatan meningkat daripada 1-2 tahun kepada 10-15 tahun. Sentiasa beritahu pembekal apabila menyatakan pemanas untuk perkhidmatan CIP: kepekatan maksimum kaustik, suhu pukal dan jangkaan masa kitaran. Apabila pengilang mencadangkan 316 untuk 5% NaOH pada 85 darjah C tanpa sebarang pertimbangan peralihan aktif pasif atau penurunan ketumpatan watt, itu bukan nasihat teknikal yang sesuai. Perubahan daripada kakisan pasif kepada aktif dalam natrium hidroksida adalah secara mendadak dan merupakan fungsi suhu. Sarung 316 dengan ketebalan 1.6 mm yang beroperasi di bawah ambang boleh bertahan selama sepuluh tahun; satu yang beroperasi di luar itu mungkin gagal dalam 18 bulan. Analisis haba yang tepat bagi suhu permukaan sarung diperlukan untuk spesifikasi yang boleh dipercayai.