La ce combinație specifică de concentrație de acid organic și temperatura de suprafață a mantalei necesită înlocuirea unei mantale din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri la fiecare nouă luni în serviciul CIP de acid citric pentru procesarea băuturilor?

Acidul citric este o substanță chimică de detartrare și curățare standard în industrie pentru sisteme curate-in{-pentru inginerii de întreținere din procesarea băuturilor, produse lactate și producție de alimente. Soluțiile CIP tipice folosesc 1–3% acid citric la 70–85°C. Aceste încălzitoare au de obicei o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,2 mm, pentru a permite un răspuns rapid la temperatură și pentru a se potrivi în zona limitată disponibilă pe patinele CIP. Cu toate acestea, pentru unele combinații de concentrație de acid citric și temperatură ridicată a suprafeței tecii din cauza densității de wați, coroziunea generală crescută poate limita durata de viață la nouă luni sau mai puțin. Această lucrare specifică locațiile exacte în care o manta de 1,2 mm 316 trebuie înlocuită la fiecare nouă luni în timpul serviciului CIP cu acid citric.

Comportament la coroziune la temperatură ridicată de 316 în acid citric
Acidul citric este un acid organic slab și nu la fel de agresiv ca acizii minerali, dar poate provoca totuși coroziune considerabilă a oțelului inoxidabil 316 la temperaturi extreme. Acidul citric este diferit de acidul clorhidric sau sulfuric prin faptul că nu provoacă sâmburi, dar o coroziune globală uniformă. 316 arată rate de coroziune sub 0,05 mm pe an la concentrații sub 5% la temperaturi sub 70°C. Viteza de coroziune respectă legea Arrhenius odată cu creșterea temperaturii. La 80°C rata de acid citric 2% este de aproximativ 0,1-0,2 mm pe an. La 90 de grade se ridică la 0,3-0,6 mm în fiecare an. Ratele sunt mai mari de 1 mm/an la 100°C. Pentru o jachetă de 1,2 mm, grosimea structurală minimă pentru reținerea presiunii este de ordinul a 0,5 mm. Rata de coroziune este de 0,93 mm/an. Pătrunderea coroziunii după 9 luni este de 0,7 mm (de la 1,2 mm la 0,5 mm). Limita de înlocuire de nouă luni este îndeplinită atunci când combinația dintre concentrația de acid citric și temperatura suprafeței învelișului produce o rată de coroziune de aproximativ 0,8-1,2 mm pe an.

Praguri critice de viață de 9 luni
Testarea de imersie a 316 de probe în soluții de acid citric la temperaturi reprezentative pentru serviciul CIP pentru băuturi indică faptul că următoarele combinații de concentrație de acid și temperatura suprafeței învelișului vor asigura o durată de viață maximă de nouă-luni pentru o grosime de perete de 1,2 mm.

Concentrație de acid citric (% în greutate) Soluție în vrac Temperatura învelișului Temperatura suprafeței la 8 W/cm² (creștere de 20°C) Rata de coroziune așteptată la temperatura suprafeței Timp de reducere de la 1,2 mm la 0,5 mm Durată de viață până la înlocuire 1% 75°C 95°C 0,25 – 0,25 mm – 0,32 ani/an 2,5 – 4 ani 1% 80°C 100°C 0,35 – 0,60 mm/an 1,2 – 2,0 ani 1,5 – 2,5 ani 1% 85°C 105°C 0,60 – 1,00 mm/an 0,7 – 1,2 % 1,7 – 1,2 ani . 90°C 0,20 – 0,35 mm/an 2,0 – 3,5 ani 2,5 – 4 ani 2% 75°C 95°C 0,35 – 0,60 mm/an 1,2 – 2,0 ani 1,5 – 2,5 ani 2% 80°C/an 1,000 mm/an 1,2 – 2,0 ani 0,7 – 1,2 ani 0,9 – 1,5 ani 2% 85°C 105°C 1.00 – 1.50 mm/an 0.5 – 0.7 ani 0.6 – 0.9 ani 3% 65°C 85°C 0.20 – 0.35 mm/an 0.20 – 0.35 mm – 2.5 mm/an .35.0 mm/an .35.0 mm/an 70°C 90°C 0.35 – 0.60 mm/an 1.2 – 2.0 ani 1.5 – 2.5 ani 3% 75°C 95°C 0.60 – 1.00 mm/an 0.7 – 1.2 ani 0.9 – 1.5°C 3% 1.000°C 3% 1.000°C 0.7 – 1.2 ani mm/an 0,5 – 0,7 ani 0,6 – 0,9 ani 4% 60°C 80°C 0,25 – 0,40 mm/an 1,8 – 2,8 ani 2 – 3,5 ani 4% 65°C 85°C 0,40 – 0,70 mm/an 0,40 – 0,70 mm/an 1,2 – 0,70 mm/an 4% 70°C 90°C 0,70 – 1,20 mm/an 0,6 – 1,0 ani 0,8 – 1,2 ani 4% 75°C 95°C 1,20 – 2,00 mm/an 0,4 – 0,6 ani 0,5 – 0,7 ani
Pentru un sistem CIP pentru băuturi cu 2% acid citric la o temperatură în vrac de 80 de grade și o înveliș de 1,2 mm la 8 W/cm2, temperatura suprafeței învelișului este de aproximativ 100 de grade. Rata de coroziune proiectată este de 0,6-1,0 mm/an, ceea ce va reduce peretele de 1,2 mm la 0,5 mm în 0,7-1,2 ani. O înlocuire de nouă luni este justificată. Reducerea temperaturii în vrac la 75°C reduce temperatura suprafeței la 95°C, rata de coroziune la 0,35–0,60 mm/an și durata de viață la 1,5–2,5 ani.

Program de înlocuire de nouă luni Plic de funcționare în siguranță
Următorul grafic arată temperatura maximă sigură a acidului citric în vrac pentru o manta 316 de 1,2 mm pentru a oferi cel puțin nouă luni de viață înainte ca degradarea peretelui la 0,5 mm să necesite înlocuirea la diferite densități de wați.

Densitate în wați (creștere a temperaturii) Temperatura maximă în vrac pentru 1% acid citric Temperatura maximă în vrac pentru 2% acid citric Temperatura maximă în vrac pentru 3% acid citric Temperatura maximă în vrac pentru 4% acid citric 4 W/cm² (creștere 10°C) 88°C 83°C 78°C 78°C creştere) 83°C 78°C 73°C 68°C 8 W/cm² (20°C creştere) 78°C 73°C 68°C 63°C 10 W/cm² (25°C creştere) 73°C 68°C 63°C 58°C² (creştere) 130°C 68°C (creştere) 58°C 53°C
Limita sigură de volum este de 73 de grade pentru un sistem CIP tipic pentru băuturi care utilizează 2% acid citric la o temperatură de vrac de 80 de grade cu 8 W/cm2 (creștere de 20 de grade, suprafață de 100 de grade). Încălzitorul funcționează peste limita de siguranță la 80 de grade C și nu poate fi garantată o durată de viață de nouă luni. Reducerea densității de wați la 4 W/cm2 (creștere de 10 grade, suprafață de 90 de grade) are ca rezultat o limită de volum sigură de 83 de grade , care este adecvată pentru înlocuirea în nouă-luni la 80 de grade .

Modificări de design pentru viața de peste nouă luni
Dacă condițiile CIP pentru băuturi necesită o teacă 316 de 1,2 mm și o durată de viață de nouă-luni nu este suficientă, trei ajustări pot prelungi durata de viață. Primul este să utilizați un încălzitor mai lung pentru a minimiza densitatea de wați. Reducerea densității de putere de la 8 W/cm² la 4 W/cm² face ca creșterea temperaturii suprafeței să scadă de la 20°C la 10°C, iar regimul se schimbă de la 9 luni la 1,5-2,5 ani. A doua ajustare este de a minimiza perioada de expunere la acid citric prin activarea încălzitorului exclusiv în timpul fazelor de încălzire și nu în timpul recircularei. Un încălzitor care funcționează 2 ore pe zi în loc de 24 de ore pe zi va dura de 12 ori mai mult în timpul calendaristic. Modificarea finală este adăugarea unui inhibitor de coroziune. Inhibitorii comerciali ai acidului citric pot reduce ratele de coroziune cu 40-60%. Inginerii ar trebui să specifice un aliaj mai mare, cum ar fi aliajul 825 sau titanul pentru sistemele CIP care funcționează continuu și necesită 3-4% acid citric la 80-85 de grade. Aceste materiale prezintă viteze de coroziune mai mici de 0,05 mm/an în acid citric la temperaturi de până la 100°C. Când specificați încălzitoare pentru serviciul CIP pentru băuturi, menționați întotdeauna conținutul real de acid citric, temperatura în vrac, ciclul de funcționare așteptat și intervalul de înlocuire dorit. Un producător care specifică 316 pentru acid citric 3% la 85 de grade fără a discuta despre durata de viață anticipată nu este responsabil. Există o relație previzibilă de concentrație, temperatură în vrac și densitate de wați pentru pragul de înlocuire de nouă luni pentru o manta de 1,2 mm 316 în serviciul CIP cu acid citric, oferind previziuni precise ale duratei de viață a încălzitorului și planificarea întreținerii în instalațiile de procesare a băuturilor.