Sự kết hợp cụ thể nào giữa nồng độ axit hữu cơ và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc có thể chuyển đổi vỏ bọc bằng thép không gỉ 1,6 mm 316 từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong dịch vụ axit axetic cho lò phản ứng dược phẩm?

Các kỹ sư quy trình phát triển lò sưởi ngâm điện cho lò phản ứng dược phẩm và tàu chế biến thực phẩm thường sử dụng axit axetic làm dung môi và môi trường phản ứng. Axit hữu cơ (ví dụ axetic) thể hiện hành vi ăn mòn phức tạp trên thép không gỉ 316, trái ngược với axit khoáng, với các vùng thụ động ở nồng độ thấp và ăn mòn chủ động ở nồng độ trung gian. Quá trình chuyển đổi-chủ động thụ động có thể bị thay đổi đáng kể do sự có mặt của vết clorua hoặc oxy. Dịch vụ dược phẩm điển hình sẽ là độ dày thành 1,6 mm để cho phép chống ăn mòn và làm sạch. Bài báo này báo cáo sự kết hợp giữa nồng độ axit axetic và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc mà tại đó vỏ bọc 1,6 mm 316 chuyển từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong dịch vụ lò phản ứng dược phẩm.

Ăn mòn 316 trong axit axetic
Sự ăn mòn thép không gỉ 316 bởi axit axetic có một kiểu đặc biệt. Trong chất lỏng loãng ở nồng độ <10% và nhiệt độ <80 độ, 316 vẫn thụ động với tốc độ ăn mòn <0,05 mm mỗi năm. Trong phạm vi nồng độ 10%–50%, màng thụ động không ổn định và tốc độ ăn mòn có thể là 0,5–2,0 mm/năm, tùy thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng oxy. Nồng độ axit axetic trên 50% sẽ bị khử và 316 lại thụ động với tốc độ dưới 0,1 mm/năm. Sự hiện diện của oxy hoặc không khí trong hệ thống sẽ thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang nồng độ cao hơn bằng cách duy trì các điều kiện oxy hóa. Nồng độ axit axetic trong lò phản ứng dược phẩm dao động từ dung dịch rửa loãng đến môi trường phản ứng đậm đặc. Nhiệt độ của bề mặt vỏ bọc quyết định bộ gia nhiệt ở chế độ thụ động hay chủ động. Do mật độ watt, nhiệt độ này thường cao hơn nhiệt độ axit khối 10-25 độ.

Giới hạn chuyển tiếp quan trọng của vỏ bọc 1,6 milimét đối với
Sự kết hợp nồng độ và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc sau đây gây ra sự chuyển đổi thụ động sang chủ động từ thử nghiệm ngâm 316 mẫu trong axit axetic có hàm lượng oxy được điều chỉnh (điển hình của các lò phản ứng dược phẩm có khoảng trống không khí).

Nồng độ axit axetic (wt %) Nhiệt độ chuyển tiếp từ thụ động sang chủ động (trong không khí) Khử khí Thụ động-sang-Nhiệt độ chuyển tiếp chủ động Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tối đa cho phép đối với hoạt động thụ động Tốc độ ăn mòn dự kiến ​​trong chế độ hoạt động
< 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 độ 65 – 75 độ 75 độ 0,8 – 1,5 mm/năm 15 – 20% 70 – 80 độ 55 – 65 độ 65 độ 1,0 – 2,0 mm/năm 20 – 30% 60 – 70 độ 45 – 55 độ 55 độ 1,5 – 2,5 mm/năm
30-40% 50-60 độ 35-45 độ 45 độ 1,5-2,5 mm/năm 40-50% 45-55 độ 30-40 độ 40 độ 1,0-2,0 mm/năm
50 – 60% 55 – 65 độ 40 – 50 độ 50 độ 0,5 – 1,0 mm/năm
Trên 60% Trên 80 độ Trên 65 độ 75 độ 0,2 – 0,5 mm/năm
Đối với lò phản ứng dược phẩm có axit axetic 15% ở nhiệt độ khối 60 độ với vỏ bọc 1,6 mm ở mức 8 W/cm 2 (tăng 20 độ), nhiệt độ bề mặt vỏ bọc là 80 độ. Nhiệt độ này vượt quá giới hạn cho phép là 75 độ đối với 15% axit và lò sưởi sẽ ở chế độ ăn mòn tích cực với tốc độ dự đoán là 1 - 2 mm mỗi năm. "1-2 năm để đục lỗ vỏ 1,6 mm." Việc giảm mật độ watt xuống 4 W/cm 2 (tăng 10 độ) sẽ duy trì bề mặt vỏ bọc ở mức 70 độ, dưới ngưỡng 75 độ và quay trở lại hoạt động thụ động, mang lại tuổi thọ 10+ năm.

Phong bì vận hành an toàn cho vỏ bọc 1,6 mm trong dịch vụ axit axetic
Bảng dưới đây cho thấy nhiệt độ axit axetic số lượng lớn an toàn tối đa cho vỏ bọc 1,6 mm 316 ở phạm vi mật độ watt đối với các trường hợp thông khí điển hình của lò phản ứng dược phẩm có khoảng trống không khí.

Nồng độ axit axetic Mật độ watt 4W/cm² (tăng 10 độ) Mật độ watt 6W/cm² (tăng 15 độ) Mật độ watt 8W/cm² (tăng 20 độ) Mật độ watt 10W/cm² (tăng 25 độ)
<5% Safe to 85°C Safe to 80°C Safe to 75°C Safe to 70°C
5 – 10% An toàn đến 80 độ An toàn đến 75 độ An toàn đến 70 độ An toàn đến 65 độ
10 – 15% An toàn đến 75 độ An toàn đến 70 độ An toàn đến 65 độ An toàn đến 60 độ 15 – 20% An toàn đến 65 độ An toàn đến 60 độ An toàn đến 55 độ An toàn đến 50 độ 20 – 30% An toàn đến 55 độ An toàn đến 50 độ An toàn đến 45 độ An toàn đến 40 độ 30 – 40% An toàn lên đến 45 độ An toàn lên đến 40 độ An toàn lên đến 35 độ An toàn lên đến 30 độ 40 – 50% An toàn lên đến 40 độ An toàn đến 35 độ An toàn đến 30 độ An toàn lên đến 25 độ
50 – 60 % An toàn đến 50 độ An toàn đến 45 độ An toàn đến 40 độ An toàn đến 35 độ
>60% An toàn đến 70 độ An toàn đến 65 độ An toàn đến 60 độ An toàn đến 55 độ
Vỏ bọc 1,6 mm ở 6 W/cm2 (bề mặt 70 độ) vượt quá giới hạn cho phép là 55 độ đối với lò phản ứng dược phẩm có axit axetic 20% ở nhiệt độ khối 55 độ. Máy sưởi phải được giảm công suất xuống 4 W/cm2 (bề mặt 65 độ C) hoặc thấp hơn. Ngay cả axit axetic 10% ở khối lượng lớn 60oC cũng tạo ra nhiệt độ bề mặt là 85oC ở mức 10 W/cm2, vượt quá giới hạn an toàn là 70oC đối với nồng độ đó.

Cải tiến thiết kế để tiếp tục vận hành thụ động
Đối với các điều kiện của quá trình axit axetic, nồng độ và nhiệt độ gần với ranh giới hoạt động thụ động{0}}và ba điều chỉnh thiết kế được đề xuất để duy trì hoạt động thụ động mà không sửa đổi vật liệu vỏ bọc. Đầu tiên là đảm bảo có đủ sục khí. Oxy từ không khí hoặc từ quá trình phun trào sẽ di chuyển quá trình chuyển đổi-chủ động thụ động sang nhiệt độ cao hơn 10-15 độ . Lò phản ứng được phủ lớp phủ nitơ (khử khí) sẽ có khả năng chống ăn mòn kém hơn nhiều so với lò phản ứng có khoảng trống không khí. Điều chỉnh thứ hai là giảm mật độ watt, bằng cách mở rộng chiều dài được gia nhiệt hoặc bằng cách sử dụng một số bộ gia nhiệt. Mật độ watt giảm 20% có thể dẫn đến nhiệt độ bề mặt vỏ bọc giảm 8-12 độ, từ chủ động sang thụ động. Sự thay đổi thứ ba là bổ sung chất ức chế ăn mòn. Một lượng nhỏ (50-200 ppm) hóa chất oxy hóa, chẳng hạn như hydro peroxide hoặc axit nitric, có thể ổn định màng thụ động trong axit axetic, tăng nhiệt độ chuyển tiếp lên 10-20 độ . 316 là lựa chọn trung bình cho các lò phản ứng dược phẩm cần nồng độ axit axetic trên 30% ở nhiệt độ trên 50 độ không phụ thuộc vào mật độ watt. Trong những điều kiện này, các kỹ sư nên chuyển sang hợp kim cao hơn, chẳng hạn như Hợp kim 20 hoặc Hợp kim 825, để duy trì trạng thái thụ động trong axit axetic ở nhiệt độ sôi ở mọi nồng độ. Chênh lệch chi phí thường cao hơn 30-50% so với 316, nhưng tuổi thọ sử dụng tăng từ 1-2 năm lên 10-15 năm. Chỉ định nồng độ chính xác, nhiệt độ khối, điều kiện sục khí và mật độ watt dự đoán khi đặt hàng máy sưởi cho dịch vụ axit axetic và cung cấp thông tin này cho nhà cung cấp. Một nhà sản xuất đề xuất 316 cho axit axetic 25% ở 65 độ mà không xem xét quá trình chuyển đổi thụ động-chủ động là không cung cấp thông tin kỹ thuật đầy đủ. Sự chuyển từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong axit axetic phụ thuộc vào nồng độ và đột ngột. Một lớp vỏ bọc 316 1,6 mm chạy ngay dưới ngưỡng có thể tồn tại được 10 năm, trong khi một lớp vỏ bọc 316 chỉ chạy quá ngưỡng có thể bị thủng trong 18 tháng. Để có thông số kỹ thuật đáng tin cậy, cần phải tính toán chính xác nhiệt độ bề mặt vỏ bọc từ mật độ watt và điều kiện khối lượng.