La ce combinație specifică de concentrație de acid organic și temperatura suprafeței învelișului trece o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,6 milimetri de la coroziunea pasivă la cea activă în serviciul de acid acetic pentru reactoare farmaceutice?

Inginerii de proces care dezvoltă încălzitoare electrice cu imersie pentru reactoare farmaceutice și vase de procesare a alimentelor folosesc adesea acidul acetic ca solvent și mediu de reacție. Acizii organici (de exemplu acetic) prezintă un comportament complicat la coroziune pe oțelul inoxidabil 316, spre deosebire de acizii minerali, cu regiuni pasive la concentrații scăzute și coroziune activă la concentrații intermediare. Tranziția pasivă-activă poate fi modificată considerabil de prezența urmelor de cloruri sau de oxigen. Serviciul farmaceutic tipic ar fi o grosime a peretelui de 1,6 mm pentru a permite toleranța la coroziune și curățarea. Această lucrare raportează combinația dintre concentrația de acid acetic și temperatura suprafeței învelișului la care o înveliș de 1,6 mm 316 se schimbă de la coroziunea pasivă la coroziunea activă în serviciul reactorului farmaceutic.

Coroziunea lui 316 în acid acetic
Coroziunea oțelului inoxidabil 316 de către acid acetic are un model special. În lichide diluate la concentrații < 10 % și temperaturi < 80 de grade, 316 rămâne pasiv cu viteze de coroziune < 0,05 mm pe an. În intervalul de concentrație de 10%–50% pelicula pasivă este instabilă și ratele de coroziune pot fi de 0,5–2,0 mm/an, în funcție de temperatură și conținut de oxigen. Concentrația de peste 50% acidul acetic se reduce și 316 pasivează din nou cu rate sub 0,1 mm/an. Prezența oxigenului sau a aerului în sistem face trecerea la concentrații mai mari prin menținerea condițiilor de oxidare. Concentrațiile de acid acetic în reactoarele farmaceutice variază de la soluții de spălare diluate până la mediu de reacție concentrat. Temperatura suprafeței învelișului determină dacă încălzitorul se află în regim pasiv sau activ. Datorită densității de wați, această temperatură este în mod normal cu 10-25 de grade mai mare decât temperatura acidului în vrac.

Limite critice de tranziție cu teaca de 1,6 milimetri pentru
Următoarele combinații de concentrație și temperatură a suprafeței învelișului determină tranziția pasivă la activă de la testarea prin imersare a 316 probe în acid acetic cu conținut de oxigen reglat (tipic reactoarelor farmaceutice cu spațiu de aer).

Concentrația acidului acetic (% în greutate) Temperatura de tranziție de la pasiv la activ (în aer) Deaerat Pasiv-la-Temperatura de tranziție activă Temperatura maximă admisă a suprafeței mantalei pentru funcționarea pasivă Rata de coroziune așteptată în regim activ
< 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 grade 65 – 75 grade 75 grade 0,8 – 1,5 mm/an 15 – 20% 70 – 80 grade 55 – 65 grade 65 grade 1,0 – 2,0 mm/an 20 – 30 – 45% – 5 5 6 grade grade grad 1,5 – 2,5 mm/an
30-40% 50-60 grade 35-45 grade 45 grade 1,5-2,5 mm/an 40-50% 45-55 grade 30-40 grade 40 grade 1,0-2,0 mm/an
50 – 60% 55 – 65 grade 40 – 50 grade 50 grade 0,5 – 1,0 mm/an
Peste 60% Peste 80 de grade Peste 65 de grade 75 de grade 0,2 – 0,5 mm/an
Pentru un reactor farmaceutic cu acid acetic 15% la o temperatură în vrac de 60 de grade cu o manta de 1,6 mm la 8 W/cm2 (creștere de 20 de grade), temperatura suprafeței învelișului este de 80 de grade. Aceasta este peste limita permisă de 75 de grade pentru 15% acid și încălzitorul ar fi în regim de coroziune activă, cu rate estimate de 1 - 2 mm pe an. "1-2 ani pentru a perfora teaca de 1,6 mm." Scăderea densității de wați la 4 W/cm 2 (creștere cu 10 grade) menține suprafața învelișului la 70 de grade , sub pragul de 75 de grade și revine la funcționarea pasivă, oferind 10+ ani de viață.

Plic de funcționare sigur pentru manta de 1,6 mm în serviciu cu acid acetic
Tabelul de mai jos arată temperatura maximă sigură a acidului acetic în vrac pentru o manta de 1,6 mm 316 la o gamă de densități de wați pentru circumstanțe aerate tipice reactoarelor farmaceutice cu spațiu de aer.

Concentrație de acid acetic Densitate în wați 4 W/cm² (creștere cu 10 grade) Densitate în wați 6 W/cm² (creștere cu 15 grade) Densitate în wați 8 W/cm² (creștere cu 20 grade) Densitate în wați 10 W/cm² (creștere cu 25 grade)
<5% Safe to 85°C Safe to 80°C Safe to 75°C Safe to 70°C
5 – 10% Sigur până la 80 de grade Sigur până la 75 de grade Sigur până la 70 de grade Sigur până la 65 de grade
10 – 15% Sigur până la 75 de grade Sigur până la 70 de grade Sigur până la 65 de grade Sigur până la 60 de grade 15 – 20% Sigur până la 65 de grade Sigur până la 60 de grade Sigur până la 55 de grade Sigur până la 50 de grade 20 – 30% Sigur până la 30% până la 55 de grade până la 45 de grade Sigur până la 40 de grade 30 – 40% Sigur până la 45 de grade Sigur până la 40 de grade Sigur până la 35 de grade Sigur până la 30 de grade 40 – 50% Sigur până la 40 de grade Sigur până la 35 de grade Sigur până la 30 de grade Sigur până la 25 de grade
50 – 60 % Sigur la 50 de grade Sigur la 45 de grade Sigur la 40 de grade Sigur la 35 de grade
>60% Sigur până la 70 de grade Sigur până la 65 de grade Sigur până la 60 de grade Sigur până la 55 de grade
O înveliș de 1,6 mm la 6 W/cm² (suprafață 70 de grade) este peste limita permisă de 55 de grade pentru un reactor farmaceutic cu 20% acid acetic la o temperatură de 55 de grade. Încălzitorul trebuie să fie redus la 4 W/cm2 (suprafață 65 grade C) sau mai puțin. Chiar și 10% acid acetic la 60oC în vrac are ca rezultat o temperatură a suprafeței de 85oC la 10 W/cm2, care depășește limita de siguranță de 70oC pentru acea concentrație.

Îmbunătățiri de proiectare pentru funcționarea pasivă continuă
Pentru condițiile procesului de acid acetic, concentrațiile și temperaturile sunt apropiate de limita pasivă-activă și sunt propuse trei ajustări de proiectare pentru a menține funcționarea pasivă fără a modifica materialul învelișului. Primul este să vă asigurați că există suficientă aerare. Oxigenul din aer sau din barbotare mută tranziția pasivă-activă la temperaturi mai ridicate cu 10-15 grade . Un reactor sub acoperire cu azot (dezaerat) va avea mult mai puțină rezistență la coroziune decât un reactor cu spațiu de aer. A doua ajustare este de a scădea densitatea de wați, fie prin extinderea lungimii încălzite, fie prin utilizarea mai multor încălzitoare. O reducere cu 20% a densității de wați ar putea duce la o reducere a temperaturii suprafeței tecii cu 8-12 grade, de la activ la pasiv. A treia modificare este adăugarea unui inhibitor de coroziune. Cantități mici (50-200 ppm) de substanțe chimice oxidante, cum ar fi peroxidul de hidrogen sau acidul azotic, pot stabiliza filmul pasiv în acid acetic, creșterea temperaturii de tranziție cu 10-20 grade . 316 este o selecție medie pentru reactoarele farmaceutice care necesită concentrații de acid acetic de peste 30% la temperaturi independente de peste 50 watt. În aceste condiții, inginerii ar trebui să treacă la un aliaj mai mare, cum ar fi aliajul 20 sau aliajul 825, care să mențină comportamentul pasiv în acidul acetic la temperaturi de fierbere la toate concentrațiile. Diferența de cost este de obicei cu 30-50% mai mare decât 316, dar durata de viață crește de la 1-2 ani la 10-15 ani. Specificați concentrația exactă, temperatura în vrac, condițiile de aerare și densitatea de wați estimată atunci când comandați încălzitoare pentru serviciul cu acid acetic și furnizați aceste informații furnizorului. Un producător care sugerează 316 pentru acid acetic 25% la 65 de grade fără a lua în considerare tranziția pasiv-activă nu oferă informații complete de inginerie. Trecerea de la coroziunea pasivă la cea activă în acidul acetic este dependentă de concentrație și bruscă. O teacă 316 de 1,6 mm chiar sub prag poate rezista 10 ani, în timp ce o trecere puțin peste prag se poate perfora în 18 luni. Pentru specificații fiabile, este necesar un calcul precis al temperaturii suprafeței învelișului în funcție de densitatea în wați și condițiile de volum.