Wanneer u een elektrische verwarmingsbuis van titanium gebruikt om 20% zoutzuur te koken, hoe verandert het opgeloste zuurstofniveau van het zuur dan de kritische puttemperatuur?

De meeste metalen zijn nogal agressief bij het koken van 20% HCl bij een temperatuur van ongeveer 105 graden. Titanium wordt normaal gesproken niet aanbevolen voor HCl-gebruik vanwege de snelle actieve corrosie. Andere toepassingen vereisen echter een korte of gereguleerde blootstelling, zoals beitslijnen voor titaniumonderdelen of specifieke chemische procedures. Onder deze beperkte omstandigheden wordt de concentratie opgeloste zuurstof in het zuur het belangrijkste criterium bij het vaststellen of titanium zelfs op korte termijn bestand is tegen gebruik. Zuurstof werkt als een kathodische depolarisator en verschuift het potentieel van het titaniumoppervlak naar het passieve gebied. De kritische puttemperatuur (CPT)-de temperatuur waarboven stabiele putcorrosie begint- neemt aanzienlijk toe met de concentratie opgeloste zuurstof. Titanium wordt bij kamertemperatuur aangetast in ontluchte 20% HCl. In 20% HCl bij een partiële zuurstofdruk van 1 atm stijgt de CPT tot ongeveer 80 graden, nog steeds onder het kookpunt, maar hoog genoeg voor een beperkte werking bij lage temperaturen.

Zuurstof-Afhankelijk passivatiemechanisme in zoutzuur

Titanium heeft een oxiderende atmosfeer nodig om zijn passieve TiO2-film te behouden. Zoutzuur is een reductiemiddel en chloride-ionen vallen krachtig alle oxidefouten aan. De zuurstof in oplossing in het zuur levert het oxiderende potentieel dat nodig is voor filmherstel. Zuurstofreductie vindt plaats op het titaniumoppervlak: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Deze kathodische reactie verhoogt de oppervlaktepotentiaal en remt daardoor het oplossen van titanium. Als de concentratie van de opgeloste zuurstof wordt verlaagd tot een kritische waarde, kan de kathodische stroom als gevolg van de zuurstofreductie de anodische stroom als gevolg van het oplossen van titanium niet compenseren. De oppervlaktepotentiaal daalt naar het actieve gebied en er ontstaat uniforme corrosie of putvorming. De kritische puttemperatuur is de temperatuur waarbij de snelheid van passieve filmdesintegratie groter is dan de snelheid van door zuurstof ondersteunde repassivering bij een gegeven zuurstofconcentratie.

Kwantitatieve verandering van de kritische puttemperatuur met opgeloste zuurstof

De CPT-waarden voor titanium van klasse 2 in 20% HCl bij atmosferische druk worden hieronder gegeven uit gecontroleerde tests:

Opgeloste zuurstof < 0,5 ppm (ontlucht, N2-gezuiverd) CPT < 25 graden . Titanium bij kamertemperatuur - agressieve corrosie. Corrosiesnelheid 2-5 mm/jaar. Niet aanbevolen voor warme service.

Opgeloste zuurstof bij 2–5 ppm (lucht-verzadigd bij 1 atm, typisch open vat): CPT 45–50 graden. Passief gedrag onder 45 graden, corrosiesnelheid<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT van 60-65 graden ). Opgeloste zuurstof bij 10-15 ppm (zuurstofdoorborreld bij 1 atm). AANVAARDBAAR BIJ 60 graden MAAR NIET BIJ KOOKTEMPERATUUR. Diepte van de putjes 0,5 mm na 100 uur bij 65 graden.

Opgeloste zuurstof 30-40 ppm (zuurstof 3 atm partiële druk, systeem onder druk). CPT 75-80 graden. Bij 75 graden blijft het oppervlak passief. 20% HCl bij 105oC (1 atm) Nog steeds onder het kookpunt

Dissolved oxygen >50 ppm (zuivere zuurstof onder 5 atm, specifieke apparatuur): CPT 85-90 graden. Bereikt de kooktemperatuur niet bij atmosferische druk, maar benadert deze. Vereist een systeem onder druk om DO te behouden.

Praktische implicaties voor service bij het koken van 20% zoutzuur

De bulktemperatuur van 20% HCl, kokend bij atmosferische druk, is 105 graden. Elke hoeveelheid opgeloste zuurstof bij een partiële druk van 1 atm kan de CPT niet naar 105 graden brengen. . 65 graad is de hoogst mogelijke CPT met zuurstof-verzadigd zuur bij 1 atm. Daarom is het gebruik van klasse 2 titanium voor het koken van 20% HCl in principe ongepast, ongeacht het doorspoelen met zuurstof. Voor een partiële zuurstofdruk van meer dan 1 atm is een drukvat nodig dat in tegenspraak is met de kooktoestand.. 1. Kokend 20% HCl: tantaal, zirkonium of sommige gietijzers met een hoog siliciumgehalte.

Opgeloste zuurstofcontrole voor HCl-service bij lage temperaturen

Titanium van klasse 2 met zuurstofcontrole wordt in de volgende tabel aangegeven voor HCl-service onder de CPT.

HCl-concentratie en bedrijfstemperatuur Minimaal vereiste opgeloste zuurstof Maximaal toegestane chlorideconcentratie Aanbevolen bedrijfsstrategie
3 ppm (luchtverzadiging) 40 graden 10% HCl20% Standaard open vat. Er is geen specifiek zuurstofspoelen vereist.
8 ppm (continu doorblazen met lucht) 20% 15% HCl 50 graden Plaats het doorblazen met lucht in de buurt van de verwarming. Wekelijkse DO-controles
20% HCl @ 60 graden 15 ppm (spoelen met zuurstof vereist) 20% Gebruik pure zuurstofspoelen. Breng het vat onder druk tot 2 atm voor DO-onderhoud. Aanbevolen: titanium klasse 7.
20% HCl, 70 graden C. Niet haalbaar bij 1 atm 20% Graad 2 ongepast. Gebruik 3 atm zuurstofspoeling op graad 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% Titanium Niet aanbevolen, ongeacht zuurstof.
Alternatieven voor HCl Servicetechniek Koken

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 graden in 20% HCl. Zirkonium is zeer goed bestand tegen kokende HCl in alle concentraties. Als titanium om financiële redenen vereist is, voer de operatie dan uit onder 50 graden met voortdurend doorspoelen van zuurstof en accepteer een beperkte levensduur van de verwarming van 6-12 maanden. Titanium van klasse 7 (gestabiliseerd met palladium) geeft een toename van 10-15 graden in de CPT ten opzichte van klasse 2 onder dezelfde zuurstofomstandigheden en breidt het bruikbare temperatuurbereik uit tot ongeveer 75 graden met doorblazen van zuurstof.

Een geïnformeerde specificatie maken<

Als u een elektrische verwarmingsbuis van titanium overweegt voor zoutzuurgebruik, moet u eerst het opgeloste zuurstofniveau van het zuur bepalen of definiëren. Houd er rekening mee dat het onwaarschijnlijk is dat titanium een ​​bevredigende levensduur biedt voor toepassingen boven de 60 graden, tenzij het systeem onder druk wordt gezet om de zuurstofoplosbaarheid te verhogen. . 20% HCl, omgevingsdruk, koken Specificeer titanium niet. Vraag in plaats daarvan offertes aan voor een met tantaal beklede of zirkoniumverwarmer. Als het proces alleen maar intermitterend koken omvat (bijvoorbeeld reinigingscycli), overweeg dan een verwijderbare verwarmer die tijdens de kookperioden uit het zuur kan worden gehaald. Door het fundamentele verband tussen opgeloste zuurstof en kritische puttemperatuur te kennen, vermijdt de ingenieur de gebruikelijke valkuil door te denken dat de algemene corrosieweerstand van titanium van toepassing is op heet, geconcentreerd zoutzuur.