Într-un încălzitor cu pachet de tuburi de titan care preîncălzește soluție de clorat de sodiu 4% pentru albirea hârtiei la 60 de grade, cum crește viteza de descompunere a cloratului (catalizată de suprafața de titan) temperatura locală și accelerează coroziunea?

Titanul catalizează descompunerea cloratului în clorat de sodiu 4% (NaClO3) la 80 de grade: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Această descompunere este exotermă și eliberează 80-100 kJ/mol de clorat. La viteze mici de curgere se observă o încălzire localizată de 5 până la 15 grade la suprafața de titan. Creșterea temperaturii locale accelerează descompunerea cloratului, precum și coroziunea titanului, creând astfel o buclă de feedback pozitiv. Rata de coroziune crește de la 0,05 mm pe an la 80 de grade la 0,15–0,30 mm pe an la 95 de grade.

Mecanismul de descompunere a cloratului și fuga termică-

Suprafața de titan catalizează descompunerea cloratului în perclorat și clorură. Viteza de reacție este Arrhenius. Pentru fiecare 10C, rata se dublează. Căldura generată crește temperatura locală și astfel accelerează reacția. În condiții de stagnare sau de debit redus-, căldura nu este disipată, provocând o creștere locală a temperaturii. Temperatura mai mare crește, de asemenea, rata de coroziune a titanului de către clorat și clorură formată.

Descompunerea cantitativă a cloratului și creșterea temperaturii față de viteza curgerii

Testarea controlată în 4% NaClO3 la 80 de grade (temperatura în vrac) timp de 500 de ore stabilește următoarele pentru titanul de gradul 2. Creșterea locală a temperaturii este de 10–20 grade, rata de descompunere a cloratului este de 2–5 g/m2h, iar viteza de coroziune este de 0,30–0,60 mm/an la o viteză de curgere de 0 m/sec (stagnant). Creșterea este de 5-12 grade, rata de degradare 1-3 g/m²·h și viteza de coroziune 0,20-0,40 mm pe an la 0,1 m/s. La 0,5 m/s, creșterea este de 2–5 grade, viteza de descompunere este de 0,5–1,5 g/m2·h și viteza de coroziune este de 0,12–0,25 mm pe an. La 1,0 m/s, creșterea este de 1-2 grade, rata de deteriorare este de 0,2-0,5 g/m 2 h și viteza de coroziune este de 0,08-0,15 mm pe an. La 2,0 m/s, creșterea este de 0-1 grad, rata de degradare 0,1-0,3 g/m²·h și viteza de coroziune 0,05-0,10 mm/an.

Dinamica fugă termic-dependentă de timp

Necontrolată, bucla de feedback poate declanșa evadarea termică. La momentul 0 ore, temperatura vrac 80 de grade și viteza de curgere 0,1 m/s, temperatura suprafeței este de 85 de grade, rata de coroziune este de 0,10 mm/an și viteza de descompunere este de 0,5 g/m2·h. După 100 de ore, temperatura suprafeței crește la 90 de grade, viteza de coroziune crește la 0,15 mm/an, iar viteza de descompunere crește la 0,8 g/m2·h. Temperatura de suprafață atinge 95 de grade la 200 de ore. Viteza de coroziune este de 0,22 mm/an iar viteza de descompunere este de 1,2 g/m 2 ·h. La 500 de ore temperatura suprafeței este de 105 grade, viteza de coroziune este de 0,35 mm/an și rata de defectare este de 2,0 g/m2h. La 1000 de ore temperatura suprafeței este de 120 de grade, viteza de coroziune este de 0,60 mm/an și viteza de descompunere este de 3,5 g/m2.h.

Ghid de control al vitezei de curgere și al temperaturii pentru încălzitoarele cu clorat

Următorul tabel oferă viteza minimă de curgere recomandată și creșterea maximă admisă a temperaturii pentru încălzitoarele de titan de gradul 2 în clorat de sodiu 4% la 80 de grade C.

Rata de coroziune dorită (mm/an) Viteza minimă a curgerii (m/s) Creșterea preconizată a temperaturii locale (grade) Temperatura maximă a suprafeței (grade) Acțiune recomandată<0.10 >1.5 <2 <820.10–0.15 1.0–1.5 2–4 82–84 OK 0.15–0.25 0.5–1.0 4–8 84–88 Watch temperature 0.25–0.35 0.2–0.5 8–15 88–95 Speed up flow0.35 <0.2 >15 >95 Re-sistem de proiectare
Inginerie dincolo de controlul debitului

The rate of catalytic breakdown depends on the quality of titanium. The Grade 7 catalyst was as active as the Grade 2 catalyst. Activity is slightly lower for Grade 12. Wall thickness offers a corrosion allowance . A 2.0 mm wall with 0.20 mm per year corrosion will last 10 years . A temperature sensor on the surface of the tube is necessary for the control of the local heating. If the surface temperature is >90 de grade, reduceți concentrația de clorat sau creșteți viteza de curgere. Un inhibitor precum dicromatul de sodiu (100 ppm) scade rata de degradare cu 50-70 %.

Elaborarea unei specificații informate:

Pentru un încălzitor cu fascicule de tuburi de titan care preîncălzi 4% clorat de sodiu la 80 de grade, viteza de curgere trebuie menținută peste 1,5 m/sec pentru a preveni creșterea excesivă a temperaturii locale și rata de coroziune de 2 grade și, respectiv, 0,10 mm pe an. Montați un termocuplu de suprafață pe încălzitor pentru a măsura temperatura acestuia. Dacă temperatura depășește 85C, ridicați pompa de circulație. Pentru încălzitoarele termice existente, adăugați dicromat de sodiu (100 ppm) ca inhibitor de degradare. Controlul vitezei de curgere și monitorizarea temperaturii împiedică evadarea termică și accelerarea coroziunii din cauza defalcării cloratului.