La ce combinație specifică de concentrație de acid sulfuric și temperatură necesită înlocuirea unei mantale din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri la fiecare trei luni în serviciul de încălzire de producție de dioxid de titan?

Inginerii de proces care lucrează cu încălzitoare electrice de imersie în fabricarea dioxidului de titan prin procesul de sulfat știu că, în toate etapele de digestie și hidroliză, concentrațiile de acid sulfuric de 15 până la 25% la temperaturi de 80 până la 110 grade sunt tipice. Pentru reactoarele cu spațiu-constrâns, este necesară ocazional o manta din oțel inoxidabil 316 de 1,2 mm, deși concentrația mare, temperatura și fluxul de căldură din densitatea wați generează condiții de coroziune excepțional de agresive. Cu anumite praguri, coroziunea generală poate pătrunde în peretele de 1,2 mm în trei luni și asta înseamnă că trebuie înlocuit la fiecare trei luni. În acest studiu identificăm condițiile exacte de concentrație-temperatură la care o manta de 1,2 mm 316 atinge o limită de viață de trei luni.

Rezistența de 316 la coroziune cu acid sulfuric concentrat la temperatură ridicată
La temperaturi peste 80 de grade, oțelul inoxidabil 316 intră în domeniul coroziunii active în acid sulfuric 15-25%. Ratele de coroziune nu sunt pasive, ci active ridicate, de la 2 mm la 10 mm pe an, în funcție de concentrația specifică și temperatură. Cel mai agresiv interval este 90–100 de grade cu 18–22% acid sulfuric, unde ratele pot depăși 15 mm/an. Grosimea structurală minimă pentru reținerea presiunii pentru o manta de 1,2 mm este de ordinul a 0,4 mm. 3.2 mm/an, viteza de coroziune ar asigura o penetrare de 0,8 mm (1,2 mm-0,4 mm) în 3 luni. Concentrația totală de acid și temperatura suprafeței învelișului, atunci când sunt combinate, duc la o viteză de coroziune de aproximativ 3–5 mm pe an, atingând limita de înlocuire de trei luni.

Praguri critice de trei-luni de viață
Pe baza testelor de imersare a 316 de probe în acid sulfuric la concentrații și temperaturi relevante pentru producția de dioxid de titan, următoarele combinații oferă o durată de viață de maxim trei-luni pentru un perete de 1,2 mm.

Concentrația de acid sulfuric (% în greutate) Temperatura soluției în vrac Temperatura suprafeței învelișului la 6 W/cms (creștere de 12 grade) Rata de coroziune așteptată la temperatura suprafeței Timp de reducere de la 1,2 mm la 0,4 mm Durata de viață până la înlocuire
15% 80 grade 92 grade 1,5 – 2,5 mm/an 0,3 – 0,5 ani 4 – 6 luni
15% 85 grade 97 grade 2,5 – 4,0 mm/an 0,2 – 0,3 ani 2,5 – 4 luni
15% 90 grade 102 grade 4,0 – 6,0 mm/an 0,13 – 0,20 ani 1,5 – 2,5 luni
18% 75 grade 87 grade 2,0 – 3,0 mm/an 0,27 – 0,40 ani 3 – 5 luni
18% 80 grade 92 grade 3,0 – 5,0 mm/an 0,16 – 0,27 ani 2 – 3,5 luni
18% 85 grade 97 grade 5,0 – 8,0 mm/an 0,10 – 0,16 ani 1,2 – 2 luni
20% 70 grade 82 grade 2,5–4,0 mm/an 0,20–0,32 ani 2,5–4 luni
20% 75 grade 87 grade 4,0 – 6,0 mm/an 0,13 – 0,20 ani 1,5 – 2,5 luni
20% 80 grade 92 grade 6,0 – 10,0 mm/an 0,08 – 0,13 ani 1 – 1,5 luni
22% 65 grade 77 grade 3,0 – 5,0 mm/an 0,16 – 0,27 ani 2 – 3,5 luni
22% 70 grade 82 grade 5,0 – 8,0 mm/an 0,10 – 0,16 ani 1,2 – 2 luni
22% 75 grade 87 grade 8,0 – 12,0 mm/an 0,07 – 0,10 ani 0,8 – 1,2 luni
25% 60 grade 72 grade 3,0 ? 5,0 mm/an 0,16 ? 0,27 ani 2 ? 3,5 luni
25% 65 grade 77 grade 5,0 – 8,0 mm/an 0,10 – 0,16 ani 1,2 – 2 luni
25% 70 grade 82 grade 8,0 – 12,0 mm/an 0,07 – 0,10 ani 0,8 – 1,2 luni
Pentru un reactor de digestie cu dioxid de titan care utilizează acid sulfuric 20% la o temperatură în vrac de 80 de grade cu o manta de 1,2 mm la 6 W/cm², temperatura suprafeței învelișului este de aproximativ 92 de grade. Rata de coroziune anticipată este de 6-10 mm pe an, ceea ce duce la reducerea peretelui de 1,2 mm la 0,4 mm în 1-1,5 luni. 3 lună înlocuirea este optimistă. Viața reală este de 1-2 luni.

Program de înlocuire pe 3 luni Plic de funcționare în siguranță
Următorul tabel arată temperatura maximă sigură în vrac pentru acidul sulfuric pentru o manta 316 de 1,2 mm la diferite densități de wați pentru a asigura o durată de viață de cel puțin trei luni înainte de înlocuire la o reducere a peretelui la 0,4 mm.

Densitate în wați (creștere a temperaturii) Temperatura maximă în vrac pentru 15% H2SO4 Temperatura maximă în vrac pentru 18% H2SO4 Temperatura maximă în vrac pentru 20% H2SO4 Temperatura maximă în vrac pentru 22% H2SO4 Temperatura maximă în vrac pentru 25% H2SO4 grade {14} W/grad{14} (8} W/grad) 80 de grade 76 de grade 72 de grade 66 de grade 6 W/cm2 (creștere de 12 grade) 82 de grade 76 de grade 72 de grade 68 de grade 62 de grade 8 W/cm2 (creștere de 16 grade) 78 de grade 72 de grade 68 de grade 64 de grade 204 de grade W (100 de grade) 68 grade 64 grade 60 grade 54 grade
Limita sigură de volum pentru procesul cu dioxid de titan este de 76 de grade (18% acid sulfuric, 80 de grade temperatură în vrac, 6 W/cm² (creștere de 12 grade, suprafață de 92 de grade)). Încălzitorul este peste limita de siguranță la 80 de grade, iar durata de viață de trei luni nu este garantată. Limită sigură a volumului de 80 de grade -marginal chiar și la 4 W/cm2.

Schimbări de design pentru a prelungi viața peste trei luni
Dacă condițiile procesului de dioxid de titan impun o înveliș 316 de 1,2 mm și o durată de viață de trei luni nu este suficientă, două modificări pot ajuta, dar se recomandă o îmbunătățire a aliajului. Prima modificare este de a maximiza lungimea încălzită pentru a minimiza cât mai mult posibil densitatea de wați. Cu 4 W/cm2, viteze de coroziune de 2–4 mm/an în acid sulfuric 18–20% la 80 de grade sunt realizabile, prin urmare durata de viață este limitată la 3–6 luni. A doua îmbunătățire ar fi utilizarea unui oțel inoxidabil duplex, cum ar fi 2205 sau un oțel inoxidabil cu conținut ridicat de siliciu, cum ar fi aliajul 20. În acid sulfuric 20% la 80 de grade, aliajul 20 reduce ratele de coroziune la mai puțin de 0,5 mm pe an, prelungind durata de viață la 2–3 ani, în general, pentru oțel inoxidabil. etapele de digerare și hidroliză ale fabricării dioxidului de titan. Inginerii ar trebui să specifice teci din aliaj 20, aliaj 825 sau tantal-pentru service fiabil. Când specificați încălzitoare pentru producția de dioxid de titan, menționați întotdeauna conținutul corect de acid, temperatura în vrac și ciclul de lucru proiectat. Sfatul responsabil este să nu propuneți 316 pentru acid sulfuric 20% la 80 de grade fără a vorbi despre coroziune rapidă. Pentru majoritatea întreprinderilor, înlocuirea trimestrială nu este viabilă din punct de vedere economic. O viață previzibilă, dar scurtă de trei luni pentru înlocuire. O îmbunătățire a aliajului este răspunsul corect de inginerie.