เมื่อใช้ท่อทำความร้อนไฟฟ้าไทเทเนียมเพื่อต้มกรดไฮโดรคลอริก 20% ระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำของกรดจะเปลี่ยนอุณหภูมิในรูวิกฤตได้อย่างไร

โลหะส่วนใหญ่ค่อนข้างรุนแรงในการต้ม HCl 20% ที่อุณหภูมิประมาณ 105 องศา โดยปกติแล้วไทเทเนียมไม่แนะนำให้ใช้กับ HCl เนื่องจากมีการกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม การใช้งานอื่นๆ จำเป็นต้องมีการสัมผัสระยะสั้นหรือได้รับการควบคุม เช่น กระบวนการดองชิ้นส่วนไทเทเนียม หรือขั้นตอนทางเคมีเฉพาะ ภายใต้เงื่อนไขที่จำกัดเหล่านี้ ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในกรดจะกลายเป็นเกณฑ์หลักในการพิจารณาว่าไทเทเนียมสามารถทนต่อการใช้งานในระยะสั้นได้หรือไม่ ออกซิเจนทำหน้าที่เป็นตัวเปลี่ยนขั้วแคโทดและเปลี่ยนศักยภาพของพื้นผิวไทเทเนียมไปยังพื้นที่แฝง อุณหภูมิของการเกิดหลุมวิกฤต (CPT)-ซึ่งอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดเริ่มต้นของการเกิดหลุมที่เสถียร-จะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ไทเทเนียมถูกโจมตีที่อุณหภูมิห้องโดยมี HCl 20% ที่ไม่มีอากาศถ่ายเท ใน 20% HCl ที่ 1 atm ความดันบางส่วนของออกซิเจน CPT จะไต่ขึ้นไปที่ประมาณ 80 องศา ซึ่งยังต่ำกว่าจุดเดือด แต่ก็สูงเพียงพอสำหรับบริการที่มีอุณหภูมิต่ำอย่างจำกัด

ออกซิเจน-กลไกการสร้างฟิล์มขึ้นอยู่กับออกซิเจนในกรดไฮโดรคลอริก

ไทเทเนียมต้องการบรรยากาศออกซิไดซ์เพื่อรักษาฟิล์ม TiO2 แบบพาสซีฟไว้ กรดไฮโดรคลอริกเป็นตัวรีดิวซ์ และไอออนคลอไรด์จะโจมตีข้อบกพร่องของออกไซด์อย่างรุนแรง ออกซิเจนในสารละลายในกรดจะจ่ายศักยภาพในการออกซิไดซ์ที่จำเป็นสำหรับการฟื้นฟูฟิล์ม การลดออกซิเจนเกิดขึ้นบนพื้นผิวไทเทเนียม: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O ปฏิกิริยาแคโทดนี้จะเพิ่มศักยภาพของพื้นผิวและด้วยเหตุนี้จึงยับยั้งการละลายของไทเทเนียม หากความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลายน้ำลดลงจนถึงค่าวิกฤต กระแสแคโทดเนื่องจากการลดออกซิเจนจะไม่สามารถชดเชยกระแสขั้วบวกเนื่องจากการละลายของไทเทเนียม ศักย์ไฟฟ้าของพื้นผิวตกลงสู่บริเวณที่ทำงานและเริ่มการกัดกร่อนหรือรูพรุนสม่ำเสมอ อุณหภูมิของรูวิกฤตคืออุณหภูมิที่อัตราการแตกตัวของฟิล์มเฉื่อยมากกว่าอัตราการเปลี่ยนฟิล์มกลับเป็นปัจจัยช่วยด้วยออกซิเจนที่ความเข้มข้นของออกซิเจนที่กำหนด

การเปลี่ยนแปลงเชิงปริมาณของอุณหภูมิบ่อวิกฤติด้วยออกซิเจนที่ละลายน้ำ

ค่า CPT สำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ใน HCl 20% ที่ความดันบรรยากาศได้รับจากการทดสอบแบบควบคุมด้านล่าง:

ออกซิเจนที่ละลายน้ำ < 0.5 ppm (กำจัดอากาศ, N2- กำจัด) CPT < 25 องศา ไทเทเนียมที่อุณหภูมิห้อง - การกัดกร่อนที่รุนแรง อัตราการกัดกร่อน 2-5 มม./ปี ไม่แนะนำสำหรับบริการที่ร้อนแรงใด ๆ

ออกซิเจนละลายที่ 2–5 ppm (อากาศ-อิ่มตัวที่ 1 atm โดยทั่วไปเป็นภาชนะเปิด): CPT 45–50 องศา พฤติกรรมแฝงต่ำกว่า 45 องศา อัตราการกัดกร่อน<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT ของ 60-65 องศา ) ออกซิเจนละลายที่ 10-15 ppm (กระจายออกซิเจนที่ 1 atm) ยอมรับได้ที่ 60 องศา แต่ไม่ใช่ที่อุณหภูมิเดือด ความลึกของรูเจาะ 0.5 มม. หลังจาก 100 ชม. ที่ 65 องศา

ออกซิเจนละลายน้ำ 30-40 ppm (ออกซิเจน 3 atm ความดันบางส่วน, ระบบแรงดัน) ซีพีที 75-80 องศา . ที่ 75 องศา พื้นผิวจะอยู่เฉยๆ. 20% HCl ที่ 105oC (1 atm) ยังต่ำกว่าจุดเดือด

Dissolved oxygen >50 ppm (ออกซิเจนบริสุทธิ์ต่ำกว่า 5 atm อุปกรณ์เฉพาะ): CPT 85-90 องศา ไม่ถึงจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ แต่เข้าใกล้ ต้องมีระบบแรงดันเพื่อรักษา DO

ผลกระทบในทางปฏิบัติสำหรับการให้บริการในการต้มกรดไฮโดรคลอริก 20%

อุณหภูมิรวมของ HCl 20% เดือดที่ความดันบรรยากาศคือ 105 องศา ปริมาณออกซิเจนละลายใดๆ ที่ความดันย่อย 1 atm ไม่สามารถยกระดับ CPT ให้เป็น 105 องศา . 65 องศาได้ ซึ่งถือเป็น CPT สูงสุดที่เป็นไปได้เมื่อมีกรดอิ่มตัวของออกซิเจน-ที่ 1 atm ดังนั้น โดยไม่คำนึงถึงการกระจายออกซิเจน การใช้ไทเทเนียมเกรด 2 สำหรับการต้ม HCl 20% จึงไม่เหมาะสมโดยพื้นฐาน ความดันของความดันย่อยของออกซิเจนที่มากกว่า 1 atm จะต้องใช้ภาชนะที่มีแรงดันซึ่งขัดแย้งกับสถานะการเดือด. 1. HCl 20% ที่กำลังเดือด: แทนทาลัม เซอร์โคเนียม หรือเหล็กหล่อที่มีซิลิคอนสูงบางชนิด

การควบคุมออกซิเจนละลายน้ำสำหรับบริการ HCl ที่อุณหภูมิต่ำ

ไทเทเนียมเกรด 2 ที่มีการควบคุมออกซิเจนแสดงไว้ในตารางต่อไปนี้สำหรับบริการ HCl ที่ต่ำกว่า CPT

ความเข้มข้นของ HCl และอุณหภูมิในการทำงาน ออกซิเจนละลายที่ต้องการขั้นต่ำความเข้มข้นสูงสุดของคลอไรด์ที่อนุญาต กลยุทธ์การดำเนินงานที่แนะนำ
3 ppm (ความอิ่มตัวของอากาศ) 40 องศา 10% HCl20% ถังเปิดมาตรฐาน ไม่จำเป็นต้องมีการพ่นออกซิเจนโดยเฉพาะ
8 ppm (กระจายอากาศอย่างต่อเนื่อง) 20% 15% HCl 50 องศา วางกระจายอากาศใกล้เครื่องทำความร้อน การตรวจสอบ DO รายสัปดาห์
HCl 20% ที่ 60 องศา 15 ppm (ต้องกระจายออกซิเจน) 20% ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ ดันภาชนะไปที่ 2 atm สำหรับการบำรุงรักษา DO แนะนำ: ไทเทเนียมเกรด 7
20% HCl, 70 องศา C ไม่สามารถทำได้ที่ 1 atm 20 % เกรด 2 ไม่เหมาะสม ใช้ออกซิเจน 3 atm ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >ไทเทเนียม 25% ไม่แนะนำโดยไม่คำนึงถึงออกซิเจน
ทางเลือกอื่นแทนการต้มทางวิศวกรรมบริการ HCl

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 องศาใน 20% HCl เซอร์โคเนียมทนทานต่อการเดือดของ HCl ในทุกความเข้มข้นได้ดีมาก หากจำเป็นต้องใช้ไททาเนียมด้วยเหตุผลทางการเงิน ให้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่า 50 องศาโดยมีการโปรยออกซิเจนอย่างต่อเนื่อง และยอมรับอายุการใช้งานเครื่องทำความร้อนแบบจำกัดที่ 6-12 เดือน ไทเทเนียมเกรด 7 (แพลเลเดียมเสถียร) ให้ CPT เพิ่มขึ้น 10-15 องศาเมื่อเทียบกับเกรด 2 ภายใต้สถานการณ์ออกซิเจนเดียวกัน และขยายช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้เป็นประมาณ 75 องศาโดยมีการกระจายออกซิเจน

จัดทำข้อกำหนดเฉพาะ<

หากคุณกำลังพิจารณาใช้ท่อให้ความร้อนไฟฟ้าไทเทเนียมสำหรับบริการกรดไฮโดรคลอริก สิ่งแรกที่ต้องทำคือกำหนดหรือกำหนดระดับออกซิเจนที่ละลายในกรด โปรดทราบว่าไทเทเนียมไม่น่าจะมีอายุการใช้งานที่น่าพอใจสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา เว้นแต่ระบบจะถูกกดดันให้เพิ่มความสามารถในการละลายของออกซิเจน. 20% HCl ความดันโดยรอบ การเดือด อย่าระบุไทเทเนียม ให้ขอใบเสนอราคาสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มแทนทาลัมหรือเซอร์โคเนียมแทน หากกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเดือดเป็นช่วงๆ เท่านั้น (เช่น รอบการทำความสะอาด) ให้พิจารณาเครื่องทำความร้อนแบบถอดได้ที่สามารถดึงออกจากกรดในระหว่างช่วงที่เดือดได้ วิศวกรที่มีความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างออกซิเจนละลายกับอุณหภูมิในหลุมวิกฤต หลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปในการคิดว่าความต้านทานการกัดกร่อนโดยทั่วไปของไทเทเนียมจะมีผลกับกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นที่ร้อน