Cara menghilangkan korosi stagnasi gelembung udara pada tabung pemanas titanium di tangki fermentasi tertutup

# Dokumen: Artikel Teknis No. 68 ## Judul: Metode untuk mencegah stagnasi gelembung udara dan korosi pada tabung pemanas titanium dalam wadah fermentasi tertutup Saat dipanaskan, udara terlarut akan terpisah menjadi gelembung-gelembung kecil dalam wadah fermentasi yang tertutup rapat. Zona stagnan dua-fasa gas-cair terbentuk ketika tetesan ini menempel pada dinding luar tabung pemanas titanium untuk waktu yang lama. Lapisan cair kontinu yang diperlukan untuk-perbaikan mandiri lapisan pasif titanium dioksida dihancurkan oleh lingkungan mikro unik ini, yang menyebabkan korosi lubang terkonsentrasi secara lokal. Korosi ini sering terjadi pada bagian atas badan tabung dan bagian atas rakitan pemanas bergelang. Artikel ini memberikan analisis komprehensif tentang mekanisme korosi stagnasi gelembung dan memberikan serangkaian solusi desain struktural dan penyesuaian operasi yang komprehensif untuk menghilangkan bahaya retensi gelembung secara mendasar. ## 1. Mekanisme korosi pada gelembung udara yang stagnan pada permukaan titanium 1. Perbaikan film pasif yang tidak lengkap merupakan konsekuensi dari pasokan oksigen yang terputus-putus. Oksigen terlarut fase cair diisolasi dari area yang tertutup gelembung. Film pasif TiO₂ yang dimaksud tidak dapat diisi ulang dengan oksigen untuk menyembuhkan goresan dan area yang menipis. Dinding tabung yang tertutup cairan merupakan katoda utuh yang kaya akan oksigen, sedangkan area yang tertutup gelembung menjadi anoda aktif yang kekurangan oksigen, sehingga mengakibatkan korosi galvanik mandiri pada tabung titanium yang sama. Siklus demi siklus, celah korosi terus meluas ke bawah. 2. Pengayaan konsentrasi zat terlarut di tepi gelembung Batas gas-cairan gelembung adalah tempat penguapan cairan terus menerus. Akibatnya, zat asam organik, klorida, dan gula mengendap dan terakumulasi di sepanjang cincin gelembung, menghasilkan pembentukan zona mikro dengan konsentrasi tinggi yang sangat korosif. Zona mikro ini mempercepat pengetsaan matriks lokal. 3. Film pasif mengalami retakan tegangan termal yang bergantian antara kondisi kering dan basah. Pergantian periodik antara kontak gas kering dan perendaman cairan lembab pada permukaan tabung disebabkan oleh perluasan dan kontraksi gelembung sebagai respons terhadap fluktuasi suhu. Retakan mikro yang padat dihasilkan oleh penerapan tegangan tarik dan tekan yang berulang-ulang pada film pasif yang rapuh, yang pada gilirannya menciptakan saluran untuk penetrasi ion korosif. ## 2. Faktor utama yang berkontribusi terhadap stagnasi gelembung 1. Tata letak pemasangan saluran pemanas tidak masuk akal. Skenario akumulasi gelembung yang paling parah melibatkan pemasangan horizontal tabung pemanas titanium panjang. Gelembung naik dan menumpuk di busur atas tabung, membuatnya tidak mampu keluar. Gelembung yang naik ke atas rakitan juga terperangkap oleh tabung yang dipasang terlalu dekat dengan bagian atas tangki. 2. Kecepatan aliran sirkulasi sedang yang tidak memadai Gelembung mikro yang dihasilkan oleh pemanasan tidak dapat dihilangkan oleh aliran cairan statis atau berkecepatan rendah. Efek gerusan pada permukaan tabung hilang ketika kecepatan aliran kurang dari 0,6 m/s. 3. Kerapatan daya permukaan yang berlebihan Kapasitas aliran cairan untuk mengangkut gelembung secara signifikan terlampaui oleh beban panas yang tinggi, yang secara instan menghasilkan sejumlah besar gelembung uap kecil, mengakibatkan cakupan gelembung kumulatif. 4. Operasi statis bertekanan rendah dalam bejana tertutup Jika tidak ada sirkulasi aerasi terus-menerus, gas terlarut tidak dapat dikeluarkan dari sistem, dan gelembung baru terus dipisahkan selama pemanasan. 5. Area buta penangkapan gelembung terbentuk oleh tulangan las tersembunyi dan celah antara penyangga PTFE dan dinding tabung, yang merupakan zona mati lokal. Area-area ini adalah tempat gelembung-gelembung kecil menumpuk dan bergabung menjadi kantong-kantong udara besar yang persisten. ## 3. Optimalisasi desain struktural untuk mencegah retensi gelembung 1. Meningkatkan kemiringan instalasi saluran pemanas. Tabung pemanas titanium harus dipasang dengan kemiringan 10 derajat –15 derajat ke atas dari ujung flensa ke ujung bebas; pengaturan horizontal dilarang. Gelembung naik ke permukaan cairan tangki untuk dibuang dengan menggeser sepanjang permukaan tabung miring ke ujung bebas. Tata letak tabung vertikal adalah pilihan optimal untuk-kontainer bervolume kecil, karena menghilangkan akumulasi gelembung. 2. Memperlebar jarak antara tank top dan bundel tabung. Jarak vertikal antara bagian atas grup tabung pemanas dan ketinggian cairan pengoperasian minimum tidak boleh kurang dari 300 mm, untuk memastikan bahwa terdapat ruang yang cukup untuk keluarnya gelembung ke atas. 3. Permukaan las dan kontak penyangga dipoles hingga menjadi hasil akhir yang halus. Giling semua lapisan las hingga transisi busur mulus tanpa tulangan yang menonjol; pilih penyangga PTFE dengan-bentuk busur permukaan lebar untuk mencegah celah cekung yang menampung gelembung. 4. Pasang penyekat pemandu aliran di sekitar pipa pemanas. Untuk membuat aliran cairan gerusan spiral di sekitar dinding tabung, pasang pelat pengalih di sisi hulu bundel tabung. Ini akan terus menghilangkan gelembung mikro yang menempel. ## 4. Kontrol pengoperasian terstandar untuk meminimalkan pembentukan dan retensi gelembung 1. Mengatur kepadatan daya permukaan yang wajar Untuk mengurangi jumlah pemanasan-gelembung mikro yang terpisah, kepadatan daya tangki fermentasi tertutup dikurangi sebesar 20% dibandingkan dengan tangki terbuka, sesuai dengan standar desain beban panas rendah beban tinggi. 2. Pertahankan kecepatan aliran sirkulasi sedang minimal 1,0 m/s. Sebelum pemanasan, aktifkan pompa sirkulasi untuk memastikan terbentuknya gerusan cairan yang stabil; penting untuk menghindari pemanasan statis tunggal tanpa sirkulasi. 3. Aerasi kecil terus-menerus selama budidaya pada suhu konstan Peningkatan pencampuran cairan secara keseluruhan, pembuangan gas terlarut lewat jenuh dari tangki, dan pengurangan presipitasi gelembung baru pada dinding tabung semuanya difasilitasi oleh jejak aerasi udara bertekanan. 4. Pengoperasian kenaikan suhu gradien Untuk mencegah pemisahan gelembung massa seketika akibat kenaikan suhu mendadak, disarankan agar proses pemanasan dilakukan pada laju Kurang dari atau sama dengan 3 derajat /mnt selama fase permulaan. 5. Pengempisan tangki secara konsisten selama pemeliharaan Untuk mengurangi saturasi gas terlarut dalam media dan membuang akumulasi gas di bagian atas tangki, katup buang tangki harus dibuka selama 10-15 menit setiap tiga hari. ## 5. Teknik pemeriksaan dan penilaian korosi stagnasi gelembung Setelah menyelesaikan pemeliharaan pengosongan tangki, gunakan cahaya terang untuk memeriksa permukaan tabung: - Ciri khas: Zona korosi lubang abu-abu gelap dalam bentuk cincin, didistribusikan pada setengah lingkaran atas tabung horizontal, sesuai dengan jalur cakupan gelembung jangka panjang. - Uji potensial elektrokimia: Potensi area cakupan gelembung adalah 80–120 mV lebih rendah daripada yang lebih rendah area perendaman cairan pada tabung yang sama, menunjukkan kerusakan film pasif yang parah. - Pengukuran ketebalan ultrasonik: Kehilangan ketebalan dinding busur bagian atas jauh lebih besar dibandingkan kehilangan ketebalan bagian bawah tabung.|Sumber Bahaya Stagnasi Gelembung|Tindakan Penghapusan Bertarget|Efek Inti|| ----|----|----|| Tata letak tabung horizontal menjebak gelembung|Pasang tabung dengan kemiringan 10 derajat –15 derajat ke atas atau tata letak vertikal|Gelembung meluncur dan keluar tanpa menempel pada permukaan dalam jangka panjang|Aliran cairan yang rendah tidak mampu menghilangkan gelembung mikro|Pertahankan aliran sirkulasi 1,0 m/s atau lebih tinggi dan pasang sekat pemandu aliran.|Penggosokan cairan secara terus-menerus menghilangkan gelembung-gelembung kecil yang baru terbentuk.|Presipitasi gelembung massa dengan kepadatan daya tinggi.|Kurangi kepadatan daya permukaan sebesar 20% untuk tangki tertutup.|Menekan pemisahan gelembung skala besar secara instan.|Tangki tertutup statis gas terlarut jenuh.|Aerasi mikro terus menerus + pembuangan tangki biasa.|Kurangi kandungan gas terlarut untuk mengurangi pembentukan gelembung.|Gelembung celah las/penopang Zona mikro kekurangan oksigen dua fase gas-cair dibentuk oleh kantong udara yang stagnan pada tabung pemanas titanium, yang mengakibatkan korosi lubang terlokalisasi self-galvanik. Untuk mencegah menempelnya gelembung ke dinding tabung dalam jangka panjang, solusi mendasarnya terdiri dari tata letak struktur tabung miring, gerusan sirkulasi kecepatan tinggi, desain beban panas rendah, dan operasi aerasi berkelanjutan. Deteksi tepat waktu terhadap cacat korosi gelembung dini dan pencegahan kegagalan kebocoran melalui dinding pada tabung pemanas titanium dapat dicapai melalui inspeksi visual rutin dan pengujian potensial selama pemeliharaan.