Zakaj je titanov grelnik neprimeren za segrevanje fosforne kisline pri temperaturah nad 120 stopinj kljub njegovi odlični učinkovitosti pri 80 stopinjah?
Pustite sporočilo
Za procesnega inženirja, ki določa potopni grelnik iz titana za storitve s fosforno kislino, na primer pri proizvodnji gnojil, obdelavi kovin ali predelavi hrane, se zmogljivost titana stopnje 2 bistveno spremeni med 80 in 120 stopinjami. Titan izkazuje izjemno odpornost proti koroziji v fosforni kislini pri 80 stopinjah do 30–40 % koncentracije in stopnje korozije manj kot 0,05 mm/leto. Toda v razredčeni fosforni kislini (10-20%) celo pri 120 stopinjah stopnja korozije naraste na 0,5-2,0 mm/leto - 10- do 40-kratno povečanje. Ta hiter pospešek se pripisuje dejstvu, da zaščitna pasivna prevleka TiO2 postane topen v fosforni kislini pri povišanih temperaturah, zlasti v prisotnosti nečistoč fluorida ali redukcijskih okoliščin. Poznavanje te temperaturne meje omogoča inženirju, da izbere alternativne materiale (tantal, cirkonij ali železo z visoko vsebnostjo silicija) za delo s fosforno kislino pri visoki temperaturi.
Mehanizem korozije titana v vroči fosforni kislini
Fosforjeva kislina (H3PO4) je blaga, ne{2}}oksidacijska kislina. Za razliko od žveplove ali klorovodikove kisline ne ustvarja pomembne katodne reakcije za vzdrževanje titanovega pasivnega filma. Pri temperaturah pod 80 stopinj je topnost TiO 2 v fosforni kislini nizka, zato je pasivni film stabilen. Nad 100 stopinj se topnost hitro poveča. Reakcija TiO₂ + 4H⁺ + 4H3PO₄ → Ti(HPO₄)₂·2H₂O + 2H₂O poteka z naraščajočo hitrostjo. Korozijski produkt titanovega fosfata ni -zaščiten in se običajno obori kot blato, ki izpostavlja svežo kovino nenehnim napadom. Poleg tega komercialna fosforna kislina vsebuje fluoridne nečistoče (iz fosfatne kamnine) ali sulfatne nečistoče (iz mokre-proizvodnje), ki dodatno povečajo stopnjo korozije titana s kompleksiranjem titanovih ionov in blokiranjem repasivacije.
Temperaturno odvisna stopnja korozije titana v fosforni kislini – kvantifikacija
Koncentracija fosforne kisline Temperatura (stopinja) Stopnja korozije titana stopnje 2 (mm/leto) Primernost Priporočena alternativa
10 % 80 0.02–0,05 Odlično Ni potrebno
10 % 100 0.10-0.20 Obrobno natančno spremljajte 10 % 120 0.50-1.00 Slab tantal ali cirkonij
30 % 80 0.03-0.08 Odlično Ni potrebno
30 % 100 0.15 - 0.30 Mejna nadgradnja stopnje 7 30 % 120 0.80 - 2.00 Neprimeren tantal 50 % 80 0.05 - 0.15 Sprejemljiva stopnja 7 priporočeno 50 % 100 0.30 - 0.80 Slab tantal ali cirkonij
50 % 120 2.00–5,00 Neustrezen tantal 85 % (koncentriran) 80 0.10–0,30 Potrebna mejna stopnja 7 85 % 100 1.00–3,00 Neustrezen tantal ali grafit
Vodnik-na podlagi scenarija za izbiro grelnikov na fosforno kislino
Uporaba in pogoji uporabe Primernost titana Priporočeni material Pričakovana življenjska doba z razredom 2 (če se uporablja)
Skladiščenje fosforne kisline (okolje, 25 stopinj) Titan odlično 2. stopnje 20+ let
Fosforjeva kislina, razredčena 10 % (70 stopinj) Titan stopnje 2 Odlično 15-20 let
Razredčena fosforna kislina (10 %, 100 stopinj) Mejni razred 7 titan ali debelina stene 1,5 mm 3-5 let 2. razred z letnim pregledom
Razredčena fosforna kislina (10 %, 120 stopinj) Neustrezen tantal ali cirkonij < 1 leto (razred 2)
Fosforna kislina po mokrem postopku (30 %, 80 stopinj, fluoridi) Slab cirkonij ali grafit < 2 leti (razred 2)
Fosforjeva kislina (85 %, 80 stopinj) Koncentrirana mejna stopnja 7 titan ali tantal 2–4 leta (razred 2)
Fosforjeva kislina z oksidirajočimi nečistočami (Fe3+, HNO3) OK do 100 stopinj Titanov oksidant stopnje 2 stabilizira pasivni film, poveča obseg
Fosforjeva kislina, ki vsebuje redukcijske nečistoče (H2, sulfidi) Ni primerna nad 60 stopinjami Cirkonij ali tantal Napad se pospeši v nižjih okoliščinah
Inženirske ublažitve za zmerno temperaturno fosforno kislino (90-110 stopinj)
Za delovno temperaturo v obrobnem območju (90–110 stopinj) in ko zamenjava grelnika s tantalom ni praktična, obstaja veliko ublažitev, ki lahko podaljšajo življenjsko dobo titana stopnje 2. Najboljši način za preprečevanje tega je dodajanje oksidanta fosforjevi kislini (100–200 ppm Fe3+ ali 50 ppm vodikovega peroksida). Oksidanti usmerijo potencial korozije v pasivno območje in drastično zmanjšajo stopnje korozije-za faktor od 5 do 10 pri 100 stopinjah. Druga ublažitev je nadgradnja na titan razreda 7 (Ti-0,15 % Pd). Vključitev paladija premakne korozijski potencial na bolj plemenite vrednosti in razred 7 se lahko uporablja pri 120 stopinjah v 30 % fosforni kislini s stopnjami korozije manj kot 0,1 mm/leto. Tretja ublažitev je znižanje vsebnosti fosforne kisline. Stopnja korozije pri 100 stopinjah se zmanjša za 50-70% z zmanjšanjem koncentracije delovne kisline s 30% na 20%.
Zaključek Titan ni primeren za fosforno kislino pri 120 stopinjah in več
Titan stopnje 2 ni primeren za segrevanje fosforne kisline nad 120 stopinj, tudi pri nizkih koncentracijah (10-20%). Titan bo korodiral s hitrostjo pod 0,08 mm na leto pri koncentracijah fosforne kisline do 50 % pri 80 stopinjah. Topnost TiO2 v vroči fosforni kislini eksponentno narašča s temperaturo. Na primer, enak material pri 120 stopinjah korodira pri 0,5 do 2,0 mm/leto, kar je 10- do 40-kratno povečanje. Za aplikacije, ki zahtevajo segrevanje fosforne kisline nad 100 stopinj, titan stopnje 7 (s paladijem legiran) razširi uporabno območje na 110–120 stopinj. Potrebni so grelniki iz tantala ali cirkonija nad 120 stopinj. Za storitve s fosforno kislino nad 80 stopinj je treba dobavitelju zagotoviti specifično koncentracijo kisline, najvišjo temperaturo in prisotnost fluorida ali oksidativnih onesnaževalcev, da se omogoči pravilna izbira materiala in prepreči zgodnja okvara.
