Apabila Menggunakan Tiub Pemanas Elektrik Titanium untuk Mendidih 20% Asid Hidroklorik, Bagaimanakah Tahap Oksigen Terlarut Asid Mengubah Suhu Pitting Kritikal?

Kebanyakan logam agak agresif dalam mendidih 20% HCl pada suhu kira-kira 105 darjah. Titanium biasanya tidak disyorkan untuk penggunaan HCl kerana kakisan aktif yang cepat. Walau bagaimanapun, aplikasi lain memerlukan pendedahan pendek atau terkawal seperti garisan penjerukan bahagian titanium atau prosedur kimia tertentu. Di bawah keadaan terhad ini, kepekatan oksigen terlarut dalam asid menjadi kriteria utama dalam menentukan sama ada titanium boleh bertahan walaupun perkhidmatan jangka pendek. Oksigen berfungsi sebagai depolarizer katodik dan mengalihkan potensi permukaan titanium ke kawasan pasif. Suhu pitting kritikal (CPT)-suhu di atas pitting stabil dimulakan-meningkat dengan ketara dengan kepekatan oksigen terlarut. Titanium diserang pada suhu bilik dalam HCl 20% ternyahair. Dalam HCl 20% pada tekanan separa oksigen 1 atm, CPT naik kepada kira-kira 80 darjah, masih di bawah mendidih, tetapi cukup tinggi untuk beberapa perkhidmatan suhu rendah yang terhad.

Oksigen-Mekanisme Pempasifan Bergantung dalam Asid Hidroklorik

Titanium memerlukan suasana pengoksidaan untuk mengekalkan filem TiO2 pasifnya. Asid hidroklorik adalah agen penurunan, dan ion klorida menyerang dengan kuat sebarang kecacatan oksida. Oksigen dalam larutan dalam asid membekalkan potensi pengoksidaan yang diperlukan untuk pemulihan filem. Pengurangan oksigen berlaku pada permukaan titanium: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Tindak balas katodik ini meningkatkan potensi permukaan dan dengan itu menghalang pelarutan titanium. Jika kepekatan oksigen terlarut diturunkan kepada nilai kritikal, maka arus katodik akibat pengurangan oksigen tidak dapat mengimbangi arus anodik akibat pembubaran titanium. Potensi permukaan jatuh ke kawasan aktif dan kakisan seragam atau pitting dimulakan. Suhu pitting kritikal ialah suhu di mana kadar pereraian filem pasif adalah lebih besar daripada kadar pasif semula berbantu oksigen pada kepekatan oksigen tertentu.

Perubahan Kuantitatif Suhu Pitting Kritikal dengan Oksigen Terlarut

Nilai CPT untuk titanium Gred 2 dalam HCl 20% pada tekanan atmosfera diberikan di bawah daripada ujian terkawal:

Oksigen terlarut < 0.5 ppm (deaerated, N2-purged) CPT < 25 darjah . Titanium pada suhu bilik - kakisan agresif. Kadar kakisan 2-5 mm/tahun. Tidak disyorkan untuk sebarang perkhidmatan panas.

Oksigen terlarut pada 2–5 ppm (udara-tepu pada 1 atm, bekas terbuka biasa): CPT 45–50 darjah . Tingkah laku pasif di bawah 45 darjah, kadar kakisan<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT sebanyak 60-65 darjah ). Oksigen terlarut pada 10-15 ppm (oksigen-sparged pada 1 atm). BOLEH DITERIMA PADA 60 darjah TETAPI TIDAK PADA SUHU MENDIDIH. Kedalaman pitting 0.5 mm selepas 100 jam pada 65 darjah .

Oksigen terlarut 30-40 ppm (oksigen 3 atm tekanan separa, sistem bertekanan). CPT 75-80 darjah . Pada 75 darjah permukaan kekal pasif. 20% HCl pada 105oC (1 atm) Masih di bawah mendidih

Dissolved oxygen >50 ppm (oksigen tulen di bawah 5 atm, peralatan khusus): CPT 85-90 darjah . Tidak mencapai suhu mendidih pada tekanan atmosfera tetapi menghampirinya. Memerlukan sistem bertekanan untuk mengekalkan DO.

Implikasi praktikal untuk perkhidmatan dalam mendidih asid hidroklorik 20%.

Suhu pukal 20% HCl mendidih pada tekanan atmosfera ialah 105 darjah . Sebarang jumlah oksigen terlarut pada tekanan separa 1 atm tidak boleh menaikkan CPT kepada 105 darjah . 65 darjah ialah CPT tertinggi yang mungkin dengan oksigen-asid tepu pada 1 atm. Oleh itu, tanpa mengira oksigen sparging, penggunaan titanium Gred 2 untuk mendidih HCl 20% pada dasarnya tidak sesuai. Tekanan tekanan separa oksigen yang lebih daripada 1 atm akan memerlukan bekas bertekanan yang bercanggah dengan keadaan didih{13}} Mendidih 20% HCl: Tantalum, zirkonium atau beberapa besi tuang silikon tinggi.

Kawalan Oksigen Terlarut untuk Perkhidmatan HCl Suhu Rendah

Titanium gred 2 dengan kawalan oksigen ditunjukkan dalam jadual berikut untuk perkhidmatan HCl di bawah CPT.

Kepekatan HCl & Suhu Operasi Minimum Diperlukan Oksigen TerlarutMaksimum Kepekatan Klorida Dibenarkan Strategi operasi yang disyorkan
3 ppm (tepu udara) 40 darjah 10% HCl20% Bejana terbuka standard. Tiada sparging oksigen khusus diperlukan.
8 ppm (sparger udara berterusan) 20% 15% HCl 50 darjah Letakkan air sparger berhampiran pemanas. Pemeriksaan DO mingguan
20% HCl @ 60 darjah 15 ppm (memerlukan sparging dengan oksigen) 20% Gunakan sparging oksigen tulen. Tekan kapal kepada 2 atm untuk penyelenggaraan DO Disyorkan: titanium Gred 7.
20% HCl, 70 darjah C. Tidak boleh dilaksanakan pada 1 atm 20 % Gred 2 tidak sesuai. Gunakan 3 atm oksigen sparging pada Gred 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% Titanium Tidak disyorkan tanpa mengira oksigen.
Alternatif kepada 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 darjah dalam 20% HCl. Zirkonium sangat tahan terhadap mendidih HCl dalam semua kepekatan. Jika titanium diperlukan atas sebab kewangan, jalankan operasi di bawah 50 darjah dengan penjimatan oksigen berterusan dan terima hayat pemanas terhad selama 6-12 bulan. Gred 7 titanium (palladium distabilkan) memberikan peningkatan 10-15 darjah dalam CPT berbanding Gred 2 di bawah keadaan oksigen yang sama dan memanjangkan julat suhu yang boleh digunakan kepada kira-kira 75 darjah dengan sparging oksigen.

Membuat Spesifikasi Termaklum<

Jika anda sedang mempertimbangkan tiub pemanasan elektrik titanium untuk sebarang perkhidmatan asid hidroklorik, perkara pertama yang perlu dilakukan ialah menentukan atau menentukan tahap oksigen terlarut asid. Ambil perhatian bahawa titanium tidak mungkin memberikan hayat perkhidmatan yang memuaskan untuk aplikasi melebihi 60 darjah melainkan sistem ditekan untuk meningkatkan keterlarutan oksigen. 20% HCl, tekanan ambien, pendidihan Jangan nyatakan titanium. Sebaliknya, minta sebut harga pada tantalum clad atau pemanas zirkonium. Jika proses itu hanya melibatkan pendidihan sekejap-sekejap (cth. kitaran pembersihan), pertimbangkan pemanas boleh tanggal yang boleh dikeluarkan daripada asid semasa tempoh mendidih. Jurutera itu, dengan mempunyai hubungan asas antara oksigen terlarut dan suhu pitting kritikal, mengelakkan perangkap biasa berfikir bahawa rintangan kakisan am titanium digunakan untuk asid hidroklorik panas dan pekat.