Pada Kombinasi Spesifik Konsentrasi Asam Organik dan Suhu Permukaan Selubung Apa Transisi Selubung Baja Tahan Karat 1,6 Milimeter 316 dari Korosi Pasif ke Aktif dalam Layanan Asam Asetat untuk Reaktor Farmasi?

Insinyur proses yang mengembangkan pemanas perendaman listrik untuk reaktor farmasi dan wadah pemrosesan makanan sering kali menggunakan asam asetat sebagai pelarut dan media reaksi. Asam organik (misalnya asetat) menunjukkan perilaku korosi yang rumit pada baja tahan karat 316, berbeda dengan asam mineral, dengan daerah pasif pada konsentrasi rendah dan korosi aktif pada konsentrasi menengah. Transisi pasif-aktif dapat diubah secara signifikan dengan adanya jejak klorida atau oksigen. Layanan farmasi yang umum adalah ketebalan dinding 1,6 mm untuk memungkinkan ketahanan terhadap korosi dan kemampuan bersih. Makalah ini melaporkan kombinasi konsentrasi asam asetat dan suhu permukaan selubung di mana perubahan selubung 1,6 mm 316 dari korosi pasif menjadi aktif dalam layanan reaktor farmasi.

Korosi 316 pada Asam Asetat
Korosi baja tahan karat 316 oleh asam asetat memiliki pola tertentu. Dalam cairan encer pada konsentrasi <10% dan suhu <80 derajat, 316 tetap pasif dengan laju korosi <0,05 mm per tahun. Dalam kisaran konsentrasi 10% –50% film pasif tidak stabil dan laju korosi dapat mencapai 0,5–2,0 mm/tahun, tergantung pada suhu dan kandungan oksigen. Konsentrasi di atas 50% asam asetat tereduksi dan 316 menjadi pasif lagi dengan laju di bawah 0,1 mm/tahun. Kehadiran oksigen atau udara dalam sistem menggerakkan transisi ke konsentrasi yang lebih besar dengan mempertahankan kondisi oksidasi. Konsentrasi asam asetat dalam reaktor farmasi berkisar dari larutan pencuci encer hingga media reaksi pekat. Suhu permukaan selubung menentukan apakah pemanas berada dalam mode pasif atau aktif. Karena kepadatan watt, suhu ini biasanya 10-25 derajat lebih tinggi dari suhu asam curah.

Batas Transisi Kritis Selubung 1,6 Milimeter untuk
Kombinasi konsentrasi dan suhu permukaan selubung berikut menyebabkan transisi pasif ke aktif dari pengujian perendaman 316 sampel dalam asam asetat dengan kandungan oksigen yang diatur (tipikal reaktor farmasi dengan ruang kepala udara).

Konsentrasi asam asetat (wt %) Suhu transisi dari pasif ke aktif (di udara) Deaerasi Pasif-ke-Suhu Transisi AktifSuhu permukaan selubung maksimum yang diizinkan untuk operasi pasif Laju korosi yang diharapkan dalam rezim aktif
< 5% > 100°C > 90°C 95°C .3 -.6 mm/year 5 - 10% 90 - 100°C 80 - 90°C 85°C .5 - 1.0 mm/year
10 – 15% 80 – 90 derajat 65 – 75 derajat 75 derajat 0,8 – 1,5 mm/tahun 15 – 20% 70 – 80 derajat 55 – 65 derajat 65 derajat 1,0 – 2,0 mm/tahun 20 – 30% 60 – 70 derajat 45 – 55 derajat 55 derajat 1,5 – 2,5 mm/tahun
30-40% 50-60 derajat 35-45 derajat 45 derajat 1,5-2,5 mm/tahun 40-50% 45-55 derajat 30-40 derajat 40 derajat 1,0-2,0 mm/tahun
50 – 60% 55 – 65 derajat 40 – 50 derajat 50 derajat 0,5 – 1,0 mm/tahun
Di atas 60% Di atas 80 derajat Di atas 65 derajat 75 derajat 0,2 – 0,5 mm/tahun
Untuk reaktor farmasi dengan asam asetat 15% pada suhu curah 60 derajat dengan selubung 1,6 mm pada 8 W/cm 2 (peningkatan 20 derajat) suhu permukaan selubung adalah 80 derajat. Nilai ini melebihi batas yang diizinkan sebesar 75 derajat untuk asam 15% dan pemanas akan berada dalam kondisi korosi aktif dengan perkiraan laju korosi sebesar 1 - 2 mm per tahun. "1-2 tahun untuk melubangi selubung 1,6 mm." Menurunkan kepadatan watt menjadi 4 W/cm 2 (kenaikan 10 derajat) akan mempertahankan permukaan selubung pada 70 derajat , di bawah ambang batas 75 derajat, dan kembali ke pengoperasian pasif, sehingga memberikan masa pakai 10+ tahun.

Amplop Pengoperasian Aman untuk Selubung 1,6 mm dalam Layanan Asam Asetat
Tabel di bawah menunjukkan suhu asam asetat curah aman maksimum untuk selubung 1,6 mm 316 pada kisaran kepadatan watt untuk kondisi aerasi yang khas pada reaktor farmasi dengan ruang atas udara.

Konsentrasi Asam Asetat Kerapatan Watt 4W/cm² (kenaikan 10 derajat) Kerapatan Watt 6W/cm² (kenaikan 15 derajat) Kerapatan Watt 8W/cm² (kenaikan 20 derajat) Kerapatan Watt 10W/cm² (kenaikan 25 derajat)
<5% Safe to 85°C Safe to 80°C Safe to 75°C Safe to 70°C
5 – 10% Aman hingga 80 derajat Aman hingga 75 derajat Aman hingga 70 derajat Aman hingga 65 derajat
10 – 15% Aman hingga 75 derajat Aman hingga 70 derajat Aman hingga 65 derajat Aman hingga 60 derajat 15 – 20% Aman hingga 65 derajat Aman hingga 60 derajat Aman hingga 55 derajat Aman hingga 50 derajat 20 – 30% Aman hingga 55 derajat Aman hingga 50 derajat Aman hingga 45 derajat Aman hingga 40 derajat 30 – 40% Aman hingga 45 derajat Aman hingga 40 derajat Aman hingga 35 derajat Aman hingga 30 derajat 40 – 50% Aman hingga 40 derajat Aman hingga 35 derajat Aman hingga 30 derajat Aman hingga 25 derajat
50 – 60 % Aman hingga 50 derajat Aman hingga 45 derajat Aman hingga 40 derajat Aman hingga 35 derajat
>60% Aman hingga 70 derajat Aman hingga 65 derajat Aman hingga 60 derajat Aman hingga 55 derajat
Selubung berukuran 1,6 mm pada 6 W/cm² (permukaan 70 derajat ) melebihi batas yang diizinkan sebesar 55 derajat untuk reaktor farmasi dengan asam asetat 20% pada suhu curah 55 derajat. Pemanas harus diturunkan dayanya hingga 4 W/cm2 (permukaan 65 derajat C) atau kurang. Bahkan asam asetat 10% pada suhu curah 60oC menghasilkan suhu permukaan 85oC pada 10 W/cm2, yang berada di luar batas aman 70oC untuk konsentrasi tersebut.

Perbaikan Desain untuk Operasi Pasif Berkelanjutan
Untuk kondisi proses asam asetat, konsentrasi dan suhu mendekati batas aktif-pasif, dan tiga penyesuaian desain diusulkan untuk mempertahankan operasi pasif tanpa memodifikasi bahan selubung. Yang pertama adalah memastikan tersedianya aerasi yang cukup. Oksigen dari udara atau dari sparging menggerakkan transisi pasif-aktif ke suhu yang lebih tinggi sebesar 10-15 derajat . Reaktor dengan selimut nitrogen (deaerasi) akan memiliki ketahanan korosi yang jauh lebih kecil dibandingkan reaktor dengan ruang atas udara. Penyesuaian kedua adalah mengurangi kepadatan watt, baik dengan memperluas panjang pemanas atau dengan menggunakan beberapa pemanas. Pengurangan kepadatan watt sebesar 20% dapat menyebabkan penurunan suhu permukaan selubung sebesar 8-12 derajat, dari aktif ke pasif. Perubahan ketiga adalah penambahan inhibitor korosi. Sejumlah kecil (50-200 ppm) bahan kimia pengoksidasi, seperti hidrogen peroksida atau asam nitrat, dapat menstabilkan lapisan pasif dalam asam asetat, meningkatkan suhu transisi sebesar 10-20 derajat . 316 merupakan pilihan rata-rata untuk reaktor farmasi yang memerlukan konsentrasi asam asetat di atas 30% pada suhu di atas 50 derajat, tidak bergantung pada kepadatan watt. Dalam kondisi ini, para insinyur harus beralih ke paduan yang lebih tinggi, seperti Paduan 20 atau Paduan 825, yang mempertahankan perilaku pasif asam asetat pada suhu mendidih di semua konsentrasi. Perbedaan biaya biasanya 30-50% lebih besar dari 316, namun masa pakai meningkat dari 1-2 tahun menjadi 10-15 tahun. Tentukan konsentrasi yang tepat, suhu curah, kondisi aerasi, dan prediksi kepadatan watt saat memesan pemanas untuk layanan asam asetat dan berikan informasi ini ke pemasok. Pabrikan yang menyarankan 316 untuk asam asetat 25% pada suhu 65 derajat tanpa mempertimbangkan transisi pasif-aktif tidak memberikan informasi teknik yang lengkap. Pergeseran dari korosi pasif ke aktif pada asam asetat bergantung pada konsentrasi dan tiba-tiba. Selongsong 316 berukuran 1,6 mm tepat di bawah ambang batas dapat bertahan selama 10 tahun, sedangkan selubung 316 yang berada tepat di atas ambang batas dapat berlubang dalam 18 bulan. Untuk spesifikasi yang andal, diperlukan perhitungan suhu permukaan selubung yang akurat dari kerapatan watt dan kondisi curah.