Hoe verhoogt de afbraaksnelheid van chloraat (gekatalyseerd door het titaniumoppervlak) in een titaniumbuisbundelverwarmer die een 4% natriumchloraatoplossing voor het bleken van papier op 60 graden voorverwarmt, de lokale temperatuur en versnelt de corrosie?
Laat een bericht achter
Titanium katalyseert de afbraak van chloraat in 4% natriumchloraat (NaClO3) bij 80 graden: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Deze afbraak is exotherm en er komt 80-100 kJ/mol chloraat vrij. Bij lage stroomsnelheden wordt een plaatselijke verwarming van 5 tot 15 graden waargenomen aan het titaniumoppervlak. De verhoogde lokale temperatuur versnelt de afbraak van chloraat en de corrosie van titanium, waardoor een positieve feedbacklus ontstaat. De corrosiesnelheid groeit van 0,05 mm per jaar bij 80 graden tot 0,15–0,30 mm per jaar bij 95 graden.
Mechanisme van de ontleding van chloraat en thermische afvoer-weg
Het titaniumoppervlak katalyseert de ontleding van chloraat tot perchloraat en chloride. De reactiesnelheid is Arrhenius. Voor elke 10 graden Celsius verdubbelt het tarief. De gegenereerde warmte verhoogt de plaatselijke temperatuur en versnelt zo de reactie. Bij stagnerende of lage-stromingsomstandigheden wordt de warmte niet afgevoerd, waardoor een plaatselijke temperatuurstijging ontstaat. De hogere temperatuur verhoogt ook de corrosiesnelheid van titanium door chloraat en gevormd chloride.
Kwantitatieve chloraatontleding en temperatuurstijging versus stroomsnelheid
Gecontroleerd testen in 4% NaClO3 bij 80 graden (bulktemperatuur) gedurende 500 uur levert het volgende op voor titanium van klasse 2. De lokale temperatuurstijging bedraagt 10–20 graden, de snelheid van de afbraak van chloraat bedraagt 2–5 g/m2u, en de corrosiesnelheid bedraagt 0,30–0,60 mm/jaar bij een stroomsnelheid van 0 m/sec (stilstaand). De stijging bedraagt 5-12 graden, de afbraaksnelheid 1-3 g/m²·h en de corrosiesnelheid 0,20-0,40 mm per jaar bij 0,1 m/s. Bij 0,5 m/s is de stijging 2–5 graden, de ontbindingssnelheid 0,5–1,5 g/m2·uur en de corrosiesnelheid 0,12–0,25 mm per jaar. Bij 1,0 m/s is de stijging 1-2 graad, de afbraaksnelheid 0,2-0,5 g/m 2 h en de corrosiesnelheid 0,08-0,15 mm per jaar. Bij 2,0 m/s is de toename 0–1 graad, de afbraaksnelheid 0,1–0,3 g/m²·h en de corrosiesnelheid 0,05–0,10 mm/jaar.
Tijd-afhankelijke thermische op hol geslagen dynamiek
Ongecontroleerd kan de feedbacklus een thermische runaway veroorzaken. Op tijdstip 0 uur, bulktemperatuur 80 graden en stroomsnelheid 0,1 m/s, is de oppervlaktetemperatuur 85 graden, is de corrosiesnelheid 0,10 mm/jaar en de ontledingssnelheid 0,5 g/m2·uur. Na 100 uur stijgt de oppervlaktetemperatuur tot 90 graden, de corrosiesnelheid stijgt tot 0,15 mm/jaar en de ontbindingssnelheid stijgt tot 0,8 g/m2·uur. De oppervlaktetemperatuur bereikt 95 graden na 200 uur. De corrosiesnelheid bedraagt 0,22 mm/jaar en de ontledingssnelheid bedraagt 1,2 g/m 2 ·uur. Na 500 uur is de oppervlaktetemperatuur 105 graden, de corrosiesnelheid 0,35 mm/jaar en de afbraaksnelheid 2,0 g/m2u. Na 1000 uur is de oppervlaktetemperatuur 120 graden, de corrosiesnelheid 0,60 mm/jaar en de ontledingssnelheid 3,5 g/m2.uur.
Chloraatverwarmers Gids voor stroomsnelheid en temperatuurregeling
De volgende tabel geeft de aanbevolen minimale stroomsnelheid en maximaal toegestane temperatuurstijging weer voor klasse 2 titaniumverwarmers in 4% natriumchloraat bij 80 graden C.
Gewenste corrosiesnelheid (mm/jaar) Minimale stroomsnelheid (m/s) Verwachte lokale temperatuurstijging (graad) Maximale oppervlaktetemperatuur (graad) Aanbevolen actie<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 Her-ontwerpsysteem
Techniek die verder gaat dan debietregeling
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 graden, verlaag de chloraatconcentratie of verhoog de stroomsnelheid. Een remmer zoals natriumdichromaat (100 ppm) verlaagt de afbraaksnelheid met 50-70%.
Een weloverwogen specificatie opstellen:
Voor een titaniumbuisbundelverwarmer die 4% natriumchloraat voorverwarmt op 80 graden, moet de stroomsnelheid boven 1,5 m/sec worden gehouden om overmatige lokale temperatuurstijging en corrosiesnelheid van respectievelijk 2 graden en 0,10 mm per jaar te voorkomen. Monteer een oppervlaktethermokoppel op de verwarming om de temperatuur te meten. Als de temperatuur boven de 85C komt, zet u de circulatiepomp hoger. Voeg voor bestaande thermische runaway-verwarmers natriumdichromaat (100 ppm) toe als afbraakremmer. Stroomsnelheidsregeling en temperatuurbewaking voorkomen thermische overstroming en corrosieversnelling als gevolg van afbraak van chloraat.
