Berapa Konsentrasi Silika Maksimum yang Diijinkan (Ppm) Dalam Larutan Natrium Hidroksida 25% Pada Suhu 90 derajat Untuk Mencegah Pembentukan Skala Natrium Titanat Yang Mengisolasi Tabung Pemanas Titanium Tingkat 2?
Tinggalkan pesan
Dalam natrium hidroksida 25% pada suhu 90 derajat, silika (SiO₂) bereaksi dengan titanium membentuk natrium titanat (Na₂TiO₃) dan timbangan natrium silikat. Timbangan ini memiliki konduktivitas termal yang sangat rendah yaitu 0,5–1,5 W/m·K, dibandingkan dengan 21,9 W/m·K untuk titanium. Konsentrasi silika maksimum yang diperbolehkan untuk mencegah pembentukan kerak isolasi adalah 50 ppm. Di atas 50 ppm, ketebalan kerak melebihi 0,1 mm dalam waktu 500 jam, menyebabkan kehilangan perpindahan panas yang signifikan. Skala terbentuk melalui reaksi: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.
Mekanisme Pembentukan Skala Natrium Titanat
Pada suhu 90 derajat dalam larutan kaustik, titanium membentuk lapisan pasif TiO₂ yang tipis. Silika larut sebagai ion silikat (SiO₃²⁻). Silikat dan titanat bereaksi membentuk campuran skala natrium titanat-silikat. Skala tersebut bertambah karena difusi Ti⁴⁺ dan Si⁴⁺ melalui skala yang ada. Setelah terbentuk, keraknya menjadi keras, melekat, dan terisolasi. Kerak tidak dapat dihilangkan dengan pembersihan asam tanpa menyerang logam dasar titanium.
Pembentukan Skala Kuantitatif sebagai Fungsi Konsentrasi Silika
Pengujian terkontrol dalam NaOH 25% pada suhu 90 derajat selama 500 jam telah menghasilkan hal berikut untuk titanium Kelas 2. Pada silika 0 ppm, ketebalan kerak 0 µm, komposisi kerak tidak ada, dan penurunan perpindahan panas 0%. Pada silika 10 ppm, ketebalan kerak 5–15 µm, komposisi natrium silikat, dan pengurangan perpindahan panas 2–5%. Pada 25 ppm, ketebalan 15–40 µm, komposisi campuran silikat/titanat, dan reduksi 5–15%. Pada ambang kritis 50 ppm, ketebalan 40–80 µm, komposisi dominan natrium titanat, dan reduksi 15–30%. Pada 100 ppm, ketebalannya 80–150 µm, komposisinya adalah titanat kental, dan reduksinya 30–50%. Pada 250 ppm, ketebalannya 150–300 µm, komposisinya berskala berat, dan reduksinya 50–70%.
Pengaruh Suhu dan Konsentrasi NaOH terhadap Toleransi Silika
Konsentrasi silika maksimum yang diijinkan menurun dengan meningkatnya suhu dan konsentrasi NaOH. Pada suhu 70 derajat dan NaOH 25%, silika yang diijinkan<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.
Panduan Pengendalian Silika dan Pencegahan Kerak
Tabel berikut memberikan rekomendasi untuk konsentrasi silika maksimum yang diijinkan dan tindakan untuk pemanas titanium Kelas 2 dalam NaOH 25% pada 90 derajat.
| Konsentrasi Silika Terukur (ppm) | Ketebalan Skala yang Diharapkan Setelah 500 jam (µm) | Pengurangan Perpindahan Panas (%) | Tindakan yang Direkomendasikan |
|---|---|---|---|
| <20 | <20 | <5 | Tidak ada |
| 20–30 | 20–40 | 5–10 | Pantau setiap bulan |
| 30–50 | 40–80 | 10–20 | Encerkan atau saring larutan |
| 50–75 | 80–120 | 20–35 | Ganti solusi |
| 75–100 | 120–180 | 35–50 | Penggantian mendesak |
| >100 | >180 | >50 | Tidak dapat diterima |
Rekayasa Melampaui Kontrol Konsentrasi Silika
Kelas titanium tidak mencegah pembentukan kerak namun Kelas 7 memiliki ketahanan korosi-skala yang lebih baik. Ketebalan dinding memberikan kelonggaran perpindahan panas; dinding yang lebih tebal mempunyai garis dasar ΔT yang lebih tinggi, sehingga persentase pengurangan untuk ketebalan skala tertentu sedikit lebih rendah. Lapisan permukaan tabung mempengaruhi adhesi kerak; permukaan yang dipoles secara elektro (Ra di bawah 0,3 µm) memudahkan penghilangan kerak. Air deionisasi harus digunakan untuk bahan kaustik-untuk menghindari kontaminasi silika. Pelembut pertukaran kation menghilangkan silika. Larutan kaustik harus disaring melalui filter 1 µm untuk menghilangkan partikel silika tersuspensi.
Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan
Untuk pemanas titanium Kelas 2 dalam NaOH 25% pada suhu 90 derajat, pertahankan konsentrasi silika di bawah 20 ppm untuk memberikan margin keamanan di bawah ambang batas penskalaan 50 ppm. Gunakan air deionisasi untuk riasan-dan pantau silika setiap minggu dengan analisis kolorimetri. Jika silika melebihi 30 ppm, encerkan larutan kaustik dengan air deionisasi atau ganti seluruhnya. Untuk pemanas yang ada dengan kerak silika, hilangkan kerak secara mekanis dengan sikat nilon; jangan gunakan HF atau HCl untuk membersihkan. Dengan mengendalikan konsentrasi silika di bawah 30 ppm, insinyur mencegah pembentukan kerak natrium titanat isolasi dalam layanan kaustik panas.
