20% हाइड्रोक्लोरिक एसिड को उबालने के लिए टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब का उपयोग करते समय, एसिड का घुलित ऑक्सीजन स्तर क्रिटिकल पिटिंग तापमान को कैसे बदलता है?

अधिकांश धातुएँ लगभग 105 डिग्री के तापमान पर 20% एचसीएल को उबालने में आक्रामक होती हैं। तीव्र सक्रिय संक्षारण के कारण आमतौर पर टाइटेनियम को एचसीएल के उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं किया जाता है। हालाँकि, अन्य अनुप्रयोगों के लिए छोटे या विनियमित एक्सपोज़र की आवश्यकता होती है जैसे कि टाइटेनियम भागों की पिकलिंग लाइनें या विशिष्ट रासायनिक प्रक्रियाएं। इन प्रतिबंधित स्थितियों के तहत, एसिड में घुलित ऑक्सीजन की सांद्रता यह स्थापित करने में प्रमुख मानदंड बन जाती है कि क्या टाइटेनियम अल्पकालिक सेवा का भी सामना कर सकता है। ऑक्सीजन कैथोडिक डीपोलराइज़र के रूप में काम करती है और टाइटेनियम सतह की क्षमता को निष्क्रिय क्षेत्र में स्थानांतरित कर देती है। क्रिटिकल पिटिंग टेम्परेचर (CPT) {{7}वह तापमान जिसके ऊपर स्थिर पिटिंग शुरू होती है {{8}घुलनशील ऑक्सीजन की सांद्रता के साथ काफी बढ़ जाता है। कमरे के तापमान पर 20% एचसीएल में टाइटेनियम पर हमला किया जाता है। ऑक्सीजन के 1 एटीएम आंशिक दबाव पर 20% एचसीएल में सीपीटी लगभग 80 डिग्री तक चढ़ जाता है, जो अभी भी उबलने से नीचे है, लेकिन कुछ सीमित कम तापमान सेवा के लिए पर्याप्त उच्च है।

ऑक्सीजन-हाइड्रोक्लोरिक एसिड में आश्रित निष्क्रियता तंत्र

टाइटेनियम को अपनी निष्क्रिय TiO2 फिल्म को बनाए रखने के लिए ऑक्सीकरण वातावरण की आवश्यकता होती है। हाइड्रोक्लोरिक एसिड एक कम करने वाला एजेंट है, और क्लोराइड आयन किसी भी ऑक्साइड दोष पर सख्ती से हमला करते हैं। एसिड के घोल में मौजूद ऑक्सीजन फिल्म बहाली के लिए आवश्यक ऑक्सीकरण क्षमता प्रदान करती है। टाइटेनियम की सतह पर ऑक्सीजन की कमी हो रही है: O {{4}H + + 4e - → 2H 2 O. यह कैथोडिक प्रतिक्रिया सतह की क्षमता को बढ़ाती है और इसलिए टाइटेनियम के विघटन को रोकती है। यदि विघटित ऑक्सीजन की सांद्रता को एक महत्वपूर्ण मूल्य तक कम कर दिया जाता है, तो ऑक्सीजन की कमी के कारण कैथोडिक धारा टाइटेनियम विघटन के कारण एनोडिक धारा की भरपाई नहीं कर सकती है। सतह की क्षमता सक्रिय क्षेत्र में गिर जाती है और समान संक्षारण या गड्ढा शुरू हो जाता है। क्रिटिकल पिटिंग तापमान वह तापमान होता है जिस पर निष्क्रिय फिल्म के विघटन की दर किसी दिए गए ऑक्सीजन सांद्रण पर ऑक्सीजन की सहायता से पुनः पारित होने की दर से अधिक होती है।

विघटित ऑक्सीजन के साथ क्रिटिकल पिटिंग तापमान का मात्रात्मक परिवर्तन

वायुमंडलीय दबाव पर 20% एचसीएल में ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए सीपीटी मान नियंत्रित परीक्षण से नीचे दिए गए हैं:

घुली हुई ऑक्सीजन <0.5 पीपीएम (विकृत, एन2-पर्ज्ड) सीपीटी <25 डिग्री। कमरे के तापमान पर टाइटेनियम - आक्रामक संक्षारण। संक्षारण दर 2-5 मिमी/वर्ष। किसी भी गर्म सेवा के लिए अनुशंसित नहीं।

2-5 पीपीएम पर घुलित ऑक्सीजन (1 एटीएम पर संतृप्त वायु, सामान्य खुला बर्तन): सीपीटी 45-50 डिग्री। 45 डिग्री से नीचे निष्क्रिय व्यवहार, संक्षारण दर<0.1 mm/year. Pitting starts within hours at temperatures above 50 °C. Attack is quick and devastating at boiling (105°C).

60-65 डिग्री का सीपीटी)। 10-15 पीपीएम पर घुलित ऑक्सीजन (1 एटीएम पर ऑक्सीजन-स्पार्ज्ड)। 60 डिग्री पर स्वीकार्य लेकिन उबलते तापमान पर नहीं। 65 डिग्री पर 100 घंटे के बाद गड्ढे की गहराई 0.5 मिमी।

घुलित ऑक्सीजन 30-40 पीपीएम (ऑक्सीजन 3 एटीएम आंशिक दबाव, दबाव प्रणाली)। सीपीटी 75-80 डिग्री। 75 डिग्री पर सतह निष्क्रिय रहती है . 20% एचसीएल 105oC (1 एटीएम) पर अभी भी उबलने के नीचे है

Dissolved oxygen >50 पीपीएम (5 एटीएम के तहत शुद्ध ऑक्सीजन, विशिष्ट उपकरण): सीपीटी 85-90 डिग्री। वायुमंडलीय दबाव पर क्वथनांक तक नहीं पहुँचता बल्कि उसके करीब पहुँचता है। डीओ को बनाए रखने के लिए एक दबावयुक्त प्रणाली की आवश्यकता होती है।

20% हाइड्रोक्लोरिक एसिड को उबालने में सेवा के लिए व्यावहारिक निहितार्थ

वायुमंडलीय दबाव पर उबलने वाले 20% एचसीएल का थोक तापमान 105 डिग्री है। 1 एटीएम के आंशिक दबाव पर घुलित ऑक्सीजन की कोई भी मात्रा सीपीटी को 105 डिग्री तक नहीं बढ़ा सकती . 65 डिग्री 1 एटीएम पर ऑक्सीजन संतृप्त एसिड के साथ संभव उच्चतम सीपीटी है। इसलिए, ऑक्सीजन स्पार्जिंग के बावजूद, 20% एचसीएल को उबालने के लिए ग्रेड 2 टाइटेनियम का उपयोग मूल रूप से अनुचित है। 1 एटीएम से अधिक ऑक्सीजन के आंशिक दबाव के लिए एक दबाव वाले बर्तन की आवश्यकता होगी जो उबलने की स्थिति का खंडन करता है . 1. 20% एचसीएल को उबालना: टैंटलम, ज़िरकोनियम या कुछ उच्च सिलिकॉन कास्ट आयरन।

निम्न तापमान एचसीएल सेवा के लिए घुलनशील ऑक्सीजन नियंत्रण

सीपीटी के नीचे एचसीएल सेवा के लिए ऑक्सीजन नियंत्रण के साथ ग्रेड 2 टाइटेनियम को निम्नलिखित तालिका में दर्शाया गया है।

एचसीएल एकाग्रता और ऑपरेटिंग तापमान न्यूनतम आवश्यक घुलनशील ऑक्सीजन अधिकतम अनुमत क्लोराइड एकाग्रता अनुशंसित ऑपरेटिंग रणनीति
3 पीपीएम (वायु संतृप्ति) 40 डिग्री 10% एचसीएल20% मानक खुला बर्तन। किसी विशिष्ट ऑक्सीजन स्पार्गिंग की आवश्यकता नहीं है।
8 पीपीएम (निरंतर एयर स्पार्जिंग) 20% 15% एचसीएल 50 डिग्री हीटर के पास एयर स्पार्गर रखें। साप्ताहिक जांच करें
20% एचसीएल @ 60 डिग्री 15 पीपीएम (ऑक्सीजन के साथ स्पार्जिंग की आवश्यकता है) 20% शुद्ध ऑक्सीजन स्पार्जिंग का उपयोग करें। डीओ रखरखाव के लिए पोत पर 2 एटीएम तक दबाव डालें अनुशंसित: टाइटेनियम ग्रेड 7।
20% एचसीएल, 70 डिग्री सी.1 एटीएम पर संभव नहीं 20% ग्रेड 2 अनुपयुक्त। ग्रेड 7 पर 3 एटीएम ऑक्सीजन स्पार्जिंग का उपयोग करें।
Chlorides >25% Any concentration at >25°CNo benefit >25% टाइटेनियम ऑक्सीजन की परवाह किए बिना अनुशंसित नहीं है।
एचसीएल सर्विस इंजीनियरिंग बॉयलिंग के विकल्प

If you need to boil 20% HCl, use tantalum or zirconium heaters instead of titanium. Tantalum is passive even in deaerated acid and has a CPT >20% एचसीएल में 150 डिग्री। ज़िरकोनियम सभी सांद्रता में एचसीएल को उबालने के लिए बहुत प्रतिरोधी है। यदि वित्तीय कारणों से टाइटेनियम की आवश्यकता है, तो ऑक्सीजन की निरंतर बचत के साथ 50 डिग्री से नीचे ऑपरेशन चलाएं और 6-12 महीने की सीमित हीटर जीवन स्वीकार करें। ग्रेड 7 टाइटेनियम (पैलेडियम स्थिर) समान ऑक्सीजन परिस्थितियों में ग्रेड 2 के सापेक्ष सीपीटी में 10-15 डिग्री की वृद्धि देता है और ऑक्सीजन स्पार्जिंग के साथ प्रयोग करने योग्य तापमान सीमा को लगभग 75 डिग्री तक बढ़ाता है।

एक सूचित विशिष्टता बनाना<

यदि आप किसी हाइड्रोक्लोरिक एसिड सेवा के लिए टाइटेनियम इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब पर विचार कर रहे हैं, तो सबसे पहले आपको एसिड के घुलनशील ऑक्सीजन स्तर को निर्धारित या परिभाषित करना होगा। ध्यान दें कि टाइटेनियम 60 डिग्री से अधिक के अनुप्रयोगों के लिए संतोषजनक सेवा जीवन प्रदान करने की संभावना नहीं है जब तक कि सिस्टम पर ऑक्सीजन घुलनशीलता बढ़ाने के लिए दबाव न डाला जाए . 20% एचसीएल, परिवेश दबाव, उबलना टाइटेनियम निर्दिष्ट न करें। इसके बजाय, टैंटलम क्लैड या ज़िरकोनियम हीटर पर उद्धरण का अनुरोध करें। यदि प्रक्रिया में केवल रुक-रुक कर उबालना शामिल है (उदाहरण के लिए सफाई चक्र), तो एक हटाने योग्य हीटर पर विचार करें जिसे उबलने की अवधि के दौरान एसिड से बाहर निकाला जा सकता है। इंजीनियर, घुली हुई ऑक्सीजन और क्रिटिकल पिटिंग तापमान के बीच बुनियादी संबंध रखकर, यह सोचने की सामान्य गड़बड़ी से बचता है कि टाइटेनियम का सामान्य संक्षारण प्रतिरोध गर्म, केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड पर लागू होता है।