Kako stopnja razgradnje klorata (ki jo katalizira površina titana) v grelniku snopa titanovih cevi, ki predgreje 4 % raztopino natrijevega klorata za beljenje papirja pri 60 stopinjah, poveča lokalno temperaturo in pospeši korozijo?

Titan katalizira razgradnjo klorata v 4% natrijevem kloratu (NaClO3) pri 80 stopinjah: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Ta razgradnja je eksotermna in sprosti 80-100 kJ/mol klorata. Pri nizkih hitrostih pretoka je na površini titana opaziti lokalno segrevanje od 5 do 15 stopinj. Povišana lokalna temperatura pospeši razgradnjo klorata in tudi korozijo titana, s čimer se vzpostavi pozitivna povratna zanka. Stopnja korozije naraste od 0,05 mm na leto pri 80 stopinjah do 0,15–0,30 mm na leto pri 95 stopinjah.

Mehanizem razgradnje klorata in termično uhajanje-

Titanova površina katalizira razgradnjo klorata v perklorat in klorid. Hitrost reakcije je Arrheniusova. Za vsakih 10C se stopnja podvoji. Ustvarjena toplota dvigne lokalno temperaturo in tako pospeši reakcijo. V pogojih stagnacije ali nizkega-pretoka se toplota ne odvaja, kar povzroči lokalni dvig temperature. Višja temperatura poveča tudi stopnjo korozije titana s kloratom in nastalim kloridom.

Kvantitativna razgradnja klorata in zvišanje temperature v odvisnosti od hitrosti toka

Kontrolirano testiranje v 4 % NaClO3 pri 80 stopinjah (temperatura v masi) 500 ur ugotavlja naslednje za titan stopnje 2. Lokalno zvišanje temperature je 10–20 stopinj, stopnja razgradnje klorata je 2–5 g/m2h, stopnja korozije pa 0,30–0,60 mm/leto pri hitrosti pretoka 0 m/s (stagnira). Dvig je 5-12 stopinj, stopnja razgradnje 1-3 g/m²·h in stopnja korozije 0,20-0,40 mm na leto pri 0,1 m/s. Pri 0,5 m/s je dvig 2–5 stopinj, stopnja razgradnje 0,5–1,5 g/m2·h in stopnja korozije 0,12–0,25 mm na leto. Pri 1,0 m/s je dvig 1-2 stopinji, stopnja razgradnje 0,2-0,5 g/m 2 h in stopnja korozije 0,08-0,15 mm na leto. Pri 2,0 m/s je povečanje 0–1 stopinja, stopnja okvare 0,1–0,3 g/m²·h in stopnja korozije 0,05–0,10 mm/leto.

Od časa-odvisna dinamika toplotnega uhajanja

Nenadzorovana povratna zanka lahko sproži termični beg. V času 0 ur, nasipna temperatura 80 stopinj in hitrost pretoka 0,1 m/s, površinska temperatura je 85 stopinj, stopnja korozije je 0,10 mm/leto, stopnja razgradnje pa 0,5 g/m2·h. Po 100 urah se površinska temperatura dvigne na 90 stopinj, stopnja korozije se povzpne na 0,15 mm/leto, stopnja razgradnje pa na 0,8 g/m2·h. Površinska temperatura doseže 95 stopinj pri 200 urah. Stopnja korozije je 0,22 mm/leto, stopnja razgradnje pa 1,2 g/m 2 ·h. Pri 500 urah je površinska temperatura 105 stopinj, stopnja korozije 0,35 mm/leto in stopnja razgradnje 2,0 g/m2h. Pri 1000 urah je površinska temperatura 120 stopinj, stopnja korozije 0,60 mm/leto in stopnja razgradnje 3,5 g/m2.h.

Vodnik za nadzor hitrosti pretoka in temperature kloratnih grelnikov

Naslednja tabela podaja priporočeno najmanjšo hitrost pretoka in največje dovoljeno povišanje temperature za titanove grelnike stopnje 2 v 4 % natrijevem kloratu pri 80 stopinjah C.

Želena stopnja korozije (mm/leto) Najmanjša hitrost pretoka (m/s) Pričakovan lokalni dvig temperature (stopinja) Najvišja temperatura površine (stopinja) Priporočeni ukrep<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 Pre-sistem oblikovanja
Inženiring, ki presega nadzor pretoka

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 stopinj, zmanjšajte koncentracijo klorata ali povečajte hitrost pretoka. Inhibitor, kot je natrijev dikromat (100 ppm), zmanjša stopnjo razgradnje za 50–70 %.

Izdelava informirane specifikacije:

Pri grelniku snopa titanovih cevi, ki predgreje 4 % natrijevega klorata na 80 stopinj, mora biti hitrost pretoka nad 1,5 m/s, da se prepreči prekomerno lokalno povišanje temperature in stopnja korozije za 2 stopinji oziroma 0,10 mm na leto. Namestite površinski termočlen na grelec, da izmerite njegovo temperaturo. Če se temperatura dvigne nad 85 C, povečajte obtočno črpalko. Za obstoječe toplotne odvodne grelnike dodajte natrijev dikromat (100 ppm) kot zaviralec razgradnje. Nadzor hitrosti pretoka in nadzor temperature preprečujeta termični odtok in pospešek korozije zaradi razgradnje klorata.