Када користите титанијумску електричну цев за грејање да прокувате 20% хлороводоничне киселине, како ниво раствореног кисеоника у киселини мења критичну температуру удубљења?

Већина метала је прилично агресивна у кључању 20% ХЦл на температури од око 105 степени. Титанијум се обично не препоручује за употребу ХЦл због брзе активне корозије. Међутим, друге примене захтевају кратко или регулисано излагање, као што су линије за кисељење делова од титанијума или специфични хемијски поступци. Под овим ограниченим условима, концентрација раствореног кисеоника у киселини постаје главни критеријум у утврђивању да ли титан може да издржи чак и краткотрајну употребу. Кисеоник ради као катодни деполаризатор и помера потенцијал површине титанијума у ​​пасивну област. Критична температура питтинга (ЦПТ)-температура изнад које започиње стабилно питтинг-значајно расте са концентрацијом раствореног кисеоника. Титанијум се напада на собној температури у деаерисаном 20% ХЦл. У 20% ХЦл на парцијалном притиску кисеоника од 1 атм, ЦПТ се пење на око 80 степени, још увек испод кључања, али довољно високо за неке ограничене ниске температуре.

Механизам пасивације у зависности од кисеоника{0} у хлороводоничној киселини

Титанијуму је потребна оксидациона атмосфера да би одржао свој пасивни ТиО2 филм. Хлороводонична киселина је редукциони агенс, а хлоридни јони снажно нападају све оксидне недостатке. Кисеоник у раствору у киселини обезбеђује оксидациони потенцијал неопходан за обнављање филма. На површини титанијума долази до редукције кисеоника: О 2 + 4Х + + 4е - → 2Х 2 О. Ова катодна реакција повећава површински потенцијал и стога инхибира растварање титанијума. Ако се концентрација раствореног кисеоника спусти на критичну вредност, онда катодна струја услед редукције кисеоника не може да компензује анодну струју услед растварања титанијума. Површински потенцијал пада у активну област и почиње равномерна корозија или питтинг. Критична температура питтинга је температура на којој је брзина распадања пасивног филма већа од брзине репасивације уз помоћ кисеоника при датој концентрацији кисеоника.

Квантитативна промена критичне температуре питинга са раствореним кисеоником

ЦПТ вредности за титанијум степена 2 у 20% ХЦл на атмосферском притиску су дате у наставку из контролисаног испитивања:

Растворени кисеоник < 0,5 ппм (деаерисан, Н2{4}}пречишћен) ЦПТ < 25 степени. Титан на собној температури - агресивна корозија. Брзина корозије 2-5 мм/год. Не препоручује се за било коју врућу услугу.

Растворен кисеоник на 2–5 ппм (ваздух-засићен на 1 атм, типична отворена посуда): ЦПТ 45–50 степени. Пасивно понашање испод 45 степени, стопа корозије<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

ЦПТ од 60-65 степени). Растворен кисеоник на 10-15 ппм (испражњен кисеоником на 1 атм). ПРИХВАТЉИВО НА 60 степени, АЛИ НЕ НА ТЕМПЕРАТУРИ КВАЊА. Дубина удубљења 0,5 мм након 100 сати на 65 степени.

Растворен кисеоник 30-40 ппм (парцијални притисак кисеоника 3 атм, систем под притиском). ЦПТ 75-80 степени. На 75 степени површина остаје пасивна. 20% ХЦл на 105оЦ (1 атм) Још увек испод кључања

Dissolved oxygen >50 ппм (чисти кисеоник испод 5 атм, специфична опрема): ЦПТ 85-90 степени. Не достиже температуру кључања на атмосферском притиску већ јој се приближава. Захтева систем под притиском за одржавање ДО.

Практичне импликације за употребу у кључању 20% хлороводоничне киселине

Температура запремине 20% ХЦл која кључа на атмосферском притиску је 105 степени. Било која количина раствореног кисеоника при парцијалном притиску од 1 атм не може да подигне ЦПТ на 105 степени . 65 степен је највиши могући ЦПТ са киселином засићеном кисеоником- на 1 атм. Стога, без обзира на прскање кисеоника, употреба титанијума 2. степена за кључање 20% ХЦл је у основи неприкладна. Притисци парцијалног притиска кисеоника већи од 1 атм захтевали би посуду под притиском која је у супротности са стањем кључања. 1. Врело 20% ХЦл: тантал, цирконијум или неко ливено гвожђе са високим садржајем силицијума.

Контрола раствореног кисеоника за ХЦл при ниској температури

Титанијум 2 степена са контролом кисеоника је назначен у следећој табели за ХЦл сервис испод ЦПТ.

Концентрација ХЦл и радна температура Минимално потребни растворени кисеоник Максимална дозвољена концентрација хлорида Препоручена оперативна стратегија
3 ппм (засићеност ваздухом) 40 степени 10% ХЦл20% Стандардна отворена посуда. Није потребно посебно прскање кисеоником.
8 ппм (континуирано прскање ваздуха) 20% 15% ХЦл 50 степени Поставите распршивач ваздуха близу грејача. Недељне ДО провере
20% ХЦл @ 60 степени 15 ппм (захтева прскање кисеоником) 20% Користити чисти кисеоник. Посуду под притиском на 2 атм за одржавање ДО Препоручено: титанијум 7. разреда.
20% ХЦл, 70 степени Ц. Није изводљиво на 1 атм 20% 2. степен неприкладан. Користите 3 атм прскања кисеоника за разред 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% титанијум Не препоручује се без обзира на кисеоник.
Алтернативе ХЦл сервисном инжењерству кључања

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 степени у 20% ХЦл. Цирконијум је веома отпоран на кључање ХЦл у свим концентрацијама. Ако је титанијум потребан из финансијских разлога, покрените операцију испод 50 степени уз непрекидно прскање кисеоника и прихватите ограничен век трајања грејача од 6-12 месеци. Титанијум степена 7 (стабилизован са паладијумом) даје повећање ЦПТ-а за 10-15 степени у односу на степен 2 под истим околностима кисеоника и проширује употребљив температурни опсег на око 75 степени са прскањем кисеоника.

Израда информативне спецификације<

Ако размишљате о титанијумској електричној цеви за грејање за било коју услугу хлороводоничне киселине, прва ствар коју треба да урадите је да одредите или дефинишете ниво раствореног кисеоника у киселини. Имајте на уму да је мало вероватно да ће титанијум обезбедити задовољавајући радни век за апликације изнад 60 степени осим ако систем није под притиском да повећа растворљивост кисеоника. 20% ХЦл, амбијентални притисак, кључање. Немојте наводити титанијум. Уместо тога, затражите понуде за грејаче обложене танталом или цирконијумом. Ако процес укључује само повремено кључање (нпр. циклуси чишћења), размислите о уклоњивом грејачу који се може извадити из киселине током периода кључања. Инжењер, имајући основни однос између раствореног кисеоника и критичне температуре удубљења, избегава уобичајену замку размишљања да се општа отпорност титанијума на корозију примењује на врућу, концентровану хлороводоничну киселину.