Saat Menggunakan Tabung Pemanas Listrik Titanium untuk Mendidih 20% Asam Klorida, Bagaimana Tingkat Oksigen Terlarut Asam Mengubah Suhu Lubang Kritis?

Kebanyakan logam agak agresif ketika merebus 20% HCl pada suhu sekitar 105 derajat. Titanium biasanya tidak direkomendasikan untuk penggunaan HCl karena korosi aktifnya yang cepat. Namun, aplikasi lain memerlukan paparan singkat atau teratur seperti jalur pengawetan komponen titanium atau prosedur kimia tertentu. Dalam kondisi terbatas ini, konsentrasi oksigen terlarut dalam asam menjadi kriteria utama dalam menentukan apakah titanium dapat bertahan bahkan dalam jangka pendek. Oksigen bekerja sebagai depolarisasi katodik dan menggeser potensi permukaan titanium ke area pasif. Temperatur pitting kritis (CPT)-suhu di atas kapan pitting stabil dimulai-meningkat secara signifikan seiring dengan konsentrasi oksigen terlarut. Titanium diserang pada suhu kamar dalam HCl 20% yang dideaerasi. Dalam HCl 20% pada tekanan parsial oksigen 1 atm, CPT naik hingga sekitar 80 derajat, masih di bawah titik didih, namun cukup tinggi untuk beberapa layanan suhu rendah yang terbatas.

Oksigen-Mekanisme Pasifasi yang Bergantung pada Asam Klorida

Titanium memerlukan atmosfer pengoksidasi untuk mempertahankan film TiO2 pasifnya. Asam klorida adalah zat pereduksi, dan ion klorida menyerang dengan kuat setiap cacat oksida. Oksigen dalam larutan asam memasok potensi oksidasi yang diperlukan untuk restorasi film. Reduksi oksigen terjadi pada permukaan titanium: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O. Reaksi katodik ini meningkatkan potensial permukaan dan karenanya menghambat pelarutan titanium. Jika konsentrasi oksigen terlarut diturunkan ke nilai kritis, maka arus katodik akibat reduksi oksigen tidak dapat mengkompensasi arus anodik akibat pelarutan titanium. Potensial permukaan turun ke daerah aktif dan korosi seragam atau pitting dimulai. Temperatur pitting kritis adalah temperatur dimana laju disintegrasi film pasif lebih besar dari laju repassivasi yang dibantu oksigen pada konsentrasi oksigen tertentu.

Perubahan Kuantitatif Suhu Lubang Kritis dengan Oksigen Terlarut

Nilai CPT untuk titanium Kelas 2 dalam HCl 20% pada tekanan atmosfer diberikan di bawah ini dari pengujian terkontrol:

Oksigen terlarut < 0,5 ppm (dideaerasi, N2-dibersihkan) CPT < 25 derajat . Titanium pada suhu kamar - korosi agresif. Laju korosi 2-5 mm/tahun. Tidak disarankan untuk layanan panas apa pun.

Oksigen terlarut pada 2–5 ppm (udara-jenuh pada 1 atm, umumnya bejana terbuka): CPT 45–50 derajat . Perilaku pasif di bawah 45 derajat, laju korosi<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

CPT 60-65 derajat ). Oksigen terlarut pada 10-15 ppm (oksigen hemat pada 1 atm). DAPAT DITERIMA PADA 60 derajat TAPI TIDAK PADA SUHU MENDIDIH. Kedalaman lubang 0,5 mm setelah 100 jam pada 65 derajat.

Oksigen terlarut 30-40 ppm (tekanan parsial oksigen 3 atm, sistem bertekanan). CPT 75-80 derajat. Pada suhu 75 derajat permukaan tetap pasif. 20% HCl pada 105oC (1 atm) Masih di bawah titik didih

Dissolved oxygen >50 ppm (oksigen murni di bawah 5 atm, peralatan khusus): CPT 85-90 derajat. Tidak mencapai suhu didih pada tekanan atmosfer tetapi mendekati suhu tersebut. Membutuhkan sistem bertekanan untuk mempertahankan DO.

Implikasi praktis untuk layanan dalam merebus asam klorida 20%.

Suhu sebagian besar HCl 20% yang mendidih pada tekanan atmosfer adalah 105 derajat. Berapa pun jumlah oksigen terlarut pada tekanan parsial 1 atm tidak dapat meningkatkan CPT hingga 105 derajat . 65 derajat adalah CPT tertinggi yang mungkin dicapai dengan asam jenuh oksigen-pada 1 atm. Oleh karena itu, terlepas dari penghematan oksigen, penggunaan titanium Kelas 2 untuk merebus 20% HCl pada dasarnya tidak tepat. Tekanan tekanan parsial oksigen yang lebih besar dari 1 atm akan memerlukan bejana bertekanan yang bertentangan dengan keadaan didihnya. 1. Mendidih 20% HCl: Tantalum, zirkonium, atau besi tuang silikon tinggi.

Kontrol Oksigen Terlarut untuk Layanan HCl Suhu Rendah

Titanium kelas 2 dengan kontrol oksigen ditunjukkan dalam tabel berikut untuk layanan HCl di bawah CPT.

Konsentrasi HCl & Suhu Pengoperasian Persyaratan Minimum Oksigen TerlarutKonsentrasi Klorida Maksimum yang DiizinkanStrategi pengoperasian yang direkomendasikan
3 ppm (saturasi udara) 40 derajat 10% HCl20% Bejana terbuka standar. Tidak diperlukan penghamburan oksigen khusus.
8 ppm (pembuangan udara terus menerus) 20% 15% HCl 50 derajat Tempatkan penyemprot udara di dekat pemanas. Pemeriksaan DO mingguan
20% HCl @ 60 derajat 15 ppm (membutuhkan penyemprotan dengan oksigen) 20% Gunakan penyemprotan oksigen murni. Beri tekanan pada bejana hingga 2 atm untuk pemeliharaan DO Direkomendasikan: titanium Kelas 7.
20% HCl, 70 derajat C. Tidak layak pada 1 atm 20 % Kelas 2 tidak sesuai. Gunakan oksigen hemat 3 atm pada Kelas 7.
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% Titanium Tidak direkomendasikan terlepas dari oksigen.
Alternatif Pendidihan Teknik Servis 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 derajat dalam 20% HCl. Zirkonium sangat tahan terhadap perebusan HCl pada semua konsentrasi. Jika titanium diperlukan karena alasan keuangan, jalankan pengoperasian di bawah 50 derajat dengan pengurasan oksigen terus-menerus dan terima masa pakai pemanas terbatas 6-12 bulan. Titanium kelas 7 (paladium yang distabilkan) memberikan peningkatan CPT 10-15 derajat relatif terhadap Kelas 2 dalam kondisi oksigen yang sama dan memperluas kisaran suhu yang dapat digunakan hingga sekitar 75 derajat dengan hemat oksigen.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan<

Jika Anda mempertimbangkan tabung pemanas listrik titanium untuk layanan asam klorida apa pun, hal pertama yang harus dilakukan adalah menentukan atau menentukan tingkat oksigen terlarut dalam asam. Perhatikan bahwa titanium kemungkinan tidak memberikan masa pakai yang memuaskan untuk aplikasi di atas 60 derajat kecuali sistem diberi tekanan untuk meningkatkan kelarutan oksigen. 20% HCl, tekanan sekitar, titik didih Jangan tentukan titanium. Sebagai gantinya, mintalah penawaran untuk pemanas berlapis tantalum atau zirkonium. Jika prosesnya hanya melibatkan perebusan sebentar-sebentar (misalnya siklus pembersihan), pertimbangkan pemanas yang dapat dilepas dan dapat dikeluarkan dari asam selama periode perebusan. Sang insinyur, dengan mengetahui hubungan dasar antara oksigen terlarut dan suhu lubang kritis, menghindari kesalahan umum dalam berpikir bahwa ketahanan korosi umum titanium berlaku untuk asam klorida pekat dan panas.