Izmantojot titāna elektrisko sildīšanas cauruli, lai uzvārītu 20% sālsskābes, kā skābes izšķīdinātā skābekļa līmenis maina kritisko punktveida temperatūru?
Atstāj ziņu
Lielākā daļa metālu ir diezgan agresīvi, vārot 20% HCl aptuveni 105 grādu temperatūrā. Titānu parasti neiesaka lietot HCl ātras aktīvās korozijas dēļ. Tomēr citiem lietojumiem ir nepieciešama īslaicīga vai regulēta iedarbība, piemēram, titāna detaļu kodināšanas līnijas vai īpašas ķīmiskas procedūras. Šajos ierobežotajos apstākļos izšķīdušā skābekļa koncentrācija skābē kļūst par galveno kritēriju, lai noteiktu, vai titāns var izturēt pat īslaicīgu darbību. Skābeklis darbojas kā katodiskais depolarizators un novirza titāna virsmas potenciālu uz pasīvo zonu. Kritiskā punktu veidošanās temperatūra (CPT)-temperatūra, virs kuras sākas stabila punktu veidošanās-, ievērojami palielinās līdz ar izšķīdušā skābekļa koncentrāciju. Titānu uzbrūk istabas temperatūrā atgaisotā 20% HCl. 20% HCl pie 1 atm skābekļa parciālā spiediena CPT paaugstinās līdz aptuveni 80 grādiem, joprojām zem vārīšanās temperatūras, bet pietiekami augsta, lai nodrošinātu ierobežotu zemas temperatūras darbību.
No skābekļa{0}}atkarīgais pasivācijas mehānisms sālsskābē
Titānam ir nepieciešama oksidējoša atmosfēra, lai saglabātu savu pasīvo TiO2 plēvi. Sālsskābe ir reducētājs, un hlorīda joni enerģiski uzbrūk visiem oksīda defektiem. Skābeklis šķīdumā skābē nodrošina oksidēšanas potenciālu, kas nepieciešams plēves atjaunošanai. Skābekļa reducēšana notiek uz titāna virsmas: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Šī katoda reakcija palielina virsmas potenciālu un tādējādi kavē titāna šķīšanu. Ja izšķīdušā skābekļa koncentrācija tiek pazemināta līdz kritiskajai vērtībai, tad katoda strāva skābekļa reducēšanās dēļ nevar kompensēt anodisko strāvu titāna šķīšanas dēļ. Virsmas potenciāls samazinās aktīvajā zonā un tiek uzsākta vienmērīga korozija vai punktveida veidošanās. Kritiskā kauliņu veidošanās temperatūra ir temperatūra, kurā pasīvās plēves sadalīšanās ātrums ir lielāks par skābekļa padeves repasivācijas ātrumu noteiktā skābekļa koncentrācijā.
Kvantitatīvās kritiskās urbšanas temperatūras izmaiņas ar izšķīdušo skābekli
CPT vērtības 2. pakāpes titānam 20% HCl atmosfēras spiedienā ir norādītas tālāk no kontrolētas pārbaudes:
Izšķīdušais skābeklis < 0,5 ppm (atgaisots, N2-attīrīts) CPT < 25 grādi. Titāns istabas temperatūrā - agresīva korozija. Korozijas ātrums 2-5 mm/gadā. Nav ieteicams nevienam karstam pakalpojumam.
Izšķīdinātais skābeklis pie 2–5 ppm (gaiss -piesātināts pie 1 atm, tipisks atvērts trauks): CPT 45–50 grādi. Pasīvā uzvedība zem 45 grādiem, korozijas ātrums<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).
CPT 60-65 grādi). Izšķīdināts skābeklis pie 10-15 ppm (ar skābekli izsmidzināts pie 1 atm). PIEŅEMTS PIE 60 grādu, BET NE VIRĪŠANĀS TEMPERATŪRĀ. Dobuma dziļums 0,5 mm pēc 100 stundām 65 grādu temperatūrā.
Izšķīdušais skābeklis 30-40 ppm (skābeklis 3 atm daļējais spiediens, spiediena sistēma). CPT 75-80 grādi. Pie 75 grādiem virsma paliek pasīva. 20% HCl pie 105oC (1 atm) Joprojām zem vārīšanās temperatūras
Dissolved oxygen >50 ppm (tīrs skābeklis zem 5 atm, īpašs aprīkojums): CPT 85-90 grādi. Atmosfēras spiedienā nesasniedz viršanas temperatūru, bet tuvojas tai. Lai uzturētu DO, nepieciešama spiediena sistēma.
Praktiskā ietekme uz apkalpošanu verdošā 20% sālsskābē
20% HCl viršanas temperatūra atmosfēras spiedienā ir 105 grādi. Jebkurš izšķīdušā skābekļa daudzums pie parciālā spiediena 1 atm nevar paaugstināt CPT līdz 105 grādiem . 65 grādi ir augstākais iespējamais CPT ar skābekli-piesātināto skābi pie 1 atm. Tāpēc, neatkarīgi no skābekļa izsmidzināšanas, 2. pakāpes titāna izmantošana 20% HCl vārīšanai būtībā nav piemērota. Ja skābekļa daļējā spiediena spiediens ir lielāks par 1 atm, ir nepieciešams trauks ar spiedienu, kas ir pretrunā ar viršanas stāvokli. 1. Vārīšanās 20% HCl: tantals, cirkonijs vai daži čuguni ar augstu silīcija saturu.
Izšķīdinātā skābekļa kontrole zemas temperatūras HCl pakalpojumam
2. pakāpes titāns ar skābekļa kontroli ir norādīts nākamajā tabulā par HCl lietošanu zem CPT.
HCl koncentrācija un darba temperatūra Minimālā nepieciešamā izšķīdinātā skābekļa maksimālā pieļaujamā hlorīda koncentrācijaIeteicamā darbības stratēģija
3 ppm (gaisa piesātinājums) 40 grādi 10% HCl20% Standarta atvērts trauks. Nav nepieciešama īpaša skābekļa izsmidzināšana.
8 ppm (nepārtraukta gaisa izsmidzināšana) 20% 15% HCl 50 grādi Novietojiet gaisa smidzinātāju pie sildītāja. Iknedēļas DO pārbaudes
20% HCl pie 60 grādiem 15 ppm (nepieciešama skābekļa izsmidzināšana) 20% Izmantojiet tīru skābekļa izsmidzināšanu. Palieliniet tvertni līdz 2 atm, lai veiktu DO apkopi. Ieteicams: 7. klase titāna.
20 % HCl, 70 grādi C. Nav iespējams pie 1 atm. 20 % 2. pakāpe nav piemērota. Izmantojiet 3 atm skābekļa izsmidzināšanu 7. klasē.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% titāns Nav ieteicams neatkarīgi no skābekļa.
Alternatīvas HCl servisa inženierijas vārīšanai
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 grādi 20% HCl. Cirkonijs ir ļoti izturīgs pret verdošu HCl visās koncentrācijās. Ja titāns ir nepieciešams finansiālu iemeslu dēļ, veiciet darbību zem 50 grādiem ar nepārtrauktu skābekļa izsmidzināšanu un pieņemiet ierobežotu sildītāja kalpošanas laiku 6–12 mēnešus. 7. pakāpes titāns (stabilizēts ar palādiju) nodrošina CPT pieaugumu par 10–15 grādiem, salīdzinot ar 2. pakāpi, tādos pašos skābekļa apstākļos un paplašina izmantojamās temperatūras diapazonu līdz aptuveni 75 grādiem ar skābekļa izsmidzināšanu.
Apzinātas specifikācijas izveide<
Ja apsverat titāna elektriskās sildīšanas cauruli jebkuram sālsskābes pakalpojumam, vispirms ir jānosaka vai jādefinē skābes izšķīdinātā skābekļa līmenis. Ņemiet vērā, ka titāns, visticamāk, nenodrošinās apmierinošu kalpošanas laiku lietojumiem virs 60 grādiem, ja vien sistēma netiek pakļauta spiedienam, lai palielinātu šķīdību skābeklī . 20% HCl, apkārtējais spiediens, vārīšanās Nenorādiet titānu. Tā vietā pieprasiet piedāvājumus par tantala vai cirkonija sildītāju. Ja process ietver tikai periodisku vārīšanu (piemēram, tīrīšanas ciklus), apsveriet noņemamu sildītāju, ko vārīšanās laikā var izņemt no skābes. Inženieris, ņemot vērā pamata saikni starp izšķīdušo skābekli un kritisko punktveida temperatūru, izvairās no ierastās domāšanas, ka titāna vispārējā izturība pret koroziju attiecas uz karstu, koncentrētu sālsskābi.
