Kā hlorāta sadalīšanās ātrums (ko katalizē titāna virsma) paaugstina vietējo temperatūru un paātrina koroziju titāna cauruļu komplekta sildītājā, kas iepriekš uzsilda 4% nātrija hlorāta šķīdumu papīra balināšanai 60 grādu temperatūrā?

Titāns katalizē hlorāta sadalīšanos 4% nātrija hlorātā (NaClO3) 80 grādu temperatūrā: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Šis sadalījums ir eksotermisks un izdala 80-100 kJ uz molu hlorāta. Pie maziem plūsmas ātrumiem uz titāna virsmas tiek novērota lokāla karsēšana no 5 līdz 15 grādiem. Paaugstināta vietējā temperatūra paātrina hlorāta sadalīšanos, kā arī titāna koroziju, tādējādi izveidojot pozitīvas atgriezeniskās saites cilpu. Korozijas ātrums pieaug no 0,05 mm gadā 80 grādu temperatūrā līdz 0,15–0,30 mm gadā pie 95 grādiem.

Hlorāta sadalīšanās mehānisms un termiskā izplūde{0}}

Titāna virsma katalizē hlorāta sadalīšanos par perhlorātu un hlorīdu. Reakcijas ātrums ir Arrhenius . Par katriem 10C likme dubultojas. Radītais siltums paaugstina vietējo temperatūru un tādējādi paātrina reakciju. Stagnējošas vai zemas -plūsmas apstākļos siltums netiek izkliedēts, izraisot lokālu temperatūras paaugstināšanos. Augstāka temperatūra arī palielina titāna korozijas ātrumu ar hlorātu un izveidoto hlorīdu.

Kvantitatīvā hlorāta sadalīšanās un temperatūras paaugstināšanās salīdzinājumā ar plūsmas ātrumu

Kontrolētā testēšana 4% NaClO3 80 grādu temperatūrā (bezapjoma temperatūra) 500 stundas nosaka 2. pakāpes titānam sekojošo. Vietējā temperatūras paaugstināšanās ir 10–20 grādi, hlorāta sadalīšanās ātrums ir 2–5 g/m2h, korozijas ātrums ir 0,30–0,60 mm/gadā pie plūsmas ātruma 0 m/sek (stagnants). Paaugstināšanās ir 5-12 grādi, sadalīšanās ātrums 1-3 g/m²·h un korozijas ātrums 0,20-0,40 mm gadā pie 0,1 m/s. Pie 0,5 m/s kāpums ir 2–5 grādi, sadalīšanās ātrums ir 0,5–1,5 g/m2·h un korozijas ātrums ir 0,12–0,25 mm gadā. Pie 1,0 m/s kāpums ir 1-2 grādi, sabrukšanas ātrums ir 0,2-0,5 g/m 2 h un korozijas ātrums ir 0,08-0,15 mm gadā. Pie 2,0 m/s pieaugums ir 0–1 grāds, sadalīšanās ātrums 0,1–0,3 g/m²·h un korozijas ātrums 0,05–0,10 mm/gadā.

Laika-atkarīgā termiskā izplūdes dinamika

Nekontrolēti atgriezeniskās saites cilpa var izraisīt termisku aizbēgšanu. Laikā 0 stundas, tilpuma temperatūra 80 grādi un plūsmas ātrums 0,1 m/s, virsmas temperatūra ir 85 grādi, korozijas ātrums ir 0,10 mm/gadā un sadalīšanās ātrums ir 0,5 g/m2·h. Pēc 100 stundām virsmas temperatūra paaugstinās līdz 90 grādiem, korozijas ātrums palielinās līdz 0,15 mm/gadā, un sadalīšanās ātrums palielinās līdz 0,8 g/m2·h. Virsmas temperatūra sasniedz 95 grādus 200 stundās. Korozijas ātrums ir 0,22 mm/gadā un sadalīšanās ātrums ir 1,2 g/m 2 ·h. Pie 500 stundām virsmas temperatūra ir 105 grādi, korozijas ātrums ir 0,35 mm/gadā un sadalīšanās ātrums ir 2,0 g/m2h. Pēc 1000 stundām virsmas temperatūra ir 120 grādi, korozijas ātrums ir 0,60 mm/gadā un sadalīšanās ātrums ir 3,5 g/m2.h.

Hlorāta sildītāju plūsmas ātruma un temperatūras kontroles rokasgrāmata

Nākamajā tabulā ir norādīts ieteicamais minimālais plūsmas ātrums un maksimālā pieļaujamā temperatūras paaugstināšanās 2. pakāpes titāna sildītājiem 4% nātrija hlorātā 80 °C temperatūrā.

Vēlamais korozijas ātrums (mm/gadā) Minimālais plūsmas ātrums (m/s) Paredzamais vietējās temperatūras pieaugums ( grāds ) Maksimālā virsmas temperatūra ( grāds ) Ieteicamā darbība<0.10 >1.5 <2 <820.10–0.15 1.0–1.5 2–4 82–84 OK 0.15–0.25 0.5–1.0 4–8 84–88 Watch temperature 0.25–0.35 0.2–0.5 8–15 88–95 Speed up flow0.35 <0.2 >15 >95 Pārprojektēt sistēmu
Inženierzinātnes ārpus plūsmas ātruma kontroles

The rate of catalytic breakdown depends on the quality of titanium. The Grade 7 catalyst was as active as the Grade 2 catalyst. Activity is slightly lower for Grade 12. Wall thickness offers a corrosion allowance . A 2.0 mm wall with 0.20 mm per year corrosion will last 10 years . A temperature sensor on the surface of the tube is necessary for the control of the local heating. If the surface temperature is >90 grādiem, samaziniet hlorāta koncentrāciju vai palieliniet plūsmas ātrumu. Inhibitors, piemēram, nātrija dihromāts (100 ppm), samazina sadalīšanās ātrumu par 50–70%.

Informētas specifikācijas sagatavošana:

Titāna cauruļu saišķa sildītājam, kas iepriekš uzsilda 4% nātrija hlorātu pie 80 grādiem, plūsmas ātrumam jābūt virs 1,5 m/s, lai novērstu pārmērīgu lokālās temperatūras paaugstināšanos un korozijas ātrumu attiecīgi par 2 grādiem un 0,10 mm gadā. Uzstādiet sildītājam virsmas termopāri, lai izmērītu tā temperatūru. Ja temperatūra pārsniedz 85C, pagrieziet cirkulācijas sūkni. Esošajiem termoizplūdes sildītājiem pievienojiet nātrija dihromātu (100 ppm) kā sadalīšanās inhibitoru. Plūsmas ātruma kontrole un temperatūras kontrole novērš termisku izplūdi un korozijas paātrinājumu hlorāta sadalīšanās dēļ.