За процесне инжењере који пројектују електричне имерзионе грејаче за фармацеутске реакторе и посуде за прераду хране, сирћетна киселина је уобичајени растварач и реакциони медијум. За разлику од минералних киселина, органске киселине као што је сирћетна показују сложено понашање корозије на нерђајућем челику 316, са пасивним регионима при ниским концентрацијама и активном корозијом у средњим концентрацијама. Присуство хлорида или кисеоника у траговима може драматично да промени пасивну-активну транзицију. Дебљина зида од 1,6 мм је типична за фармацеутске услуге, обезбеђујући заштиту од корозије и испуњавајући захтеве за чишћење. Овај чланак идентификује специфичну комбинацију концентрације сирћетне киселине и површинске температуре плашта при којој плашт од 1,6 мм 316 прелази из пасивне у активну корозију у фармацеутском реактору.
Корозивно понашање 316 у сирћетној киселини
Корозија сирћетне киселине нерђајућег челика 316 прати јединствени образац. У разблаженим растворима испод 10% концентрације на температурама испод 80 степени, 316 остаје пасиван са стопама корозије испод 0,05 мм годишње. Између 10% и 50% концентрације, пасивни филм постаје нестабилан, а стопа корозије може достићи 0,5-2,0 мм годишње у зависности од температуре и садржаја кисеоника. Изнад 50% концентрације, сирћетна киселина се редукује, а 316 се репасира са стопама које падају испод 0,1 мм годишње. Присуство кисеоника или ваздуха у систему помера прелазак на веће концентрације одржавањем оксидационих услова. За фармацеутске реакторе, концентрације сирћетне киселине увелико варирају-од разблажених раствора за испирање до концентрованих реакционих медија. Температура површине омотача, обично 10–25 степени изнад температуре масе киселине због густине у ватима, одређује да ли грејач ради у пасивном или активном режиму.
Прагови критичног прелаза за плашт од 1,6 милиметара
На основу тестирања урањањем 316 узорака у сирћетну киселину са контролисаним садржајем кисеоника (типично за фармацеутске реакторе са ваздушним простором), следеће комбинације концентрације и температуре површине омотача покрећу пасивни-у-активни прелаз.
| Концентрација сирћетне киселине (тежински %) | Пасивна-то-температура преласка (са ваздухом) | Пасивна-на-температура преласка (одзрачивање) | Максимална безбедна температура површине плашта за пасивни рад | Очекивана стопа корозије у активном режиму |
|---|---|---|---|---|
| Испод 5% | Изнад 100 степени | Изнад 90 степени | 95 степени | 0,3 – 0,6 мм/год |
| 5 – 10% | 90-100 степени | 80-90 степени | 85 степени | 0,5 – 1,0 мм/год |
| 10 – 15% | 80-90 степени | 65 – 75 степени | 75 степени | 0,8 – 1,5 мм/год |
| 15 – 20% | 70-80 степени | 55 – 65 степени | 65 степени | 1,0 – 2,0 мм/год |
| 20 – 30% | 60-70 степени | 45 – 55 степени | 55 степени | 1,5 – 2,5 мм/год |
| 30 – 40% | 50-60 степени | 35-45 степени | 45 степени | 1,5 – 2,5 мм/год |
| 40 – 50% | 45 – 55 степени | 30-40 степени | 40 степени | 1,0 – 2,0 мм/год |
| 50 – 60% | 55 – 65 степени | 40-50 степени | 50 степени | 0,5 – 1,0 мм/год |
| Преко 60% | Изнад 80 степени | Изнад 65 степени | 75 степени | 0,2 – 0,5 мм/год |
За фармацеутски реактор који користи 15% сирћетне киселине на 60 степени запреминске температуре са омотачем од 1,6 мм при 8 В/цм² (пораст од 20 степени), температура површине омотача достиже 80 степени. Ово премашује сигурну границу од 75 степени за 15% киселине, а грејач би радио у активном режиму корозије са очекиваним стопама од 1-2 мм годишње. Плашт од 1,6 мм би перфорирао за 1-2 године. Смањење густине у ватима на 4 В/цм² (подизање од 10 степени) одржава површину омотача на 70 степени -испод прага од 75 степени- враћајући пасиван рад и продужавајући животни век на 10+ година.
Безбедан радни омотач за омотач од 1,6 милиметара у служби сирћетне киселине
Следећа табела даје максималну безбедну температуру сирћетне киселине у расутом стању за омотач од 1,6 мм 316 при различитим густинама у ватима, под претпоставком аерираних услова типичних за фармацеутске реакторе са ваздушним простором.
| Концентрација сирћетне киселине | Густина у ватима 4 В/цм² (подизање од 10 степени) | Густина у ватима 6 В/цм² (подизање од 15 степени) | Густина у ватима 8 В/цм² (раст од 20 степени) | Густина у ватима 10 В/цм² (раст од 25 степени) |
|---|---|---|---|---|
| Испод 5% | Сигурно до 85 степени | Сигурно до 80 степени | Сигурно до 75 степени | Сигурно до 70 степени |
| 5 – 10% | Сигурно до 80 степени | Сигурно до 75 степени | Сигурно до 70 степени | Сигурно до 65 степени |
| 10 – 15% | Сигурно до 75 степени | Сигурно до 70 степени | Сигурно до 65 степени | Сигурно до 60 степени |
| 15 – 20% | Сигурно до 65 степени | Сигурно до 60 степени | Сигурно до 55 степени | Сигурно до 50 степени |
| 20 – 30% | Сигурно до 55 степени | Сигурно до 50 степени | Сигурно до 45 степени | Безбедно до 40 степени |
| 30 – 40% | Сигурно до 45 степени | Безбедно до 40 степени | Безбедно до 35 степени | Безбедно до 30 степени |
| 40 – 50% | Безбедно до 40 степени | Безбедно до 35 степени | Безбедно до 30 степени | Безбедно до 25 степени |
| 50 – 60% | Сигурно до 50 степени | Сигурно до 45 степени | Безбедно до 40 степени | Безбедно до 35 степени |
| Преко 60% | Сигурно до 70 степени | Сигурно до 65 степени | Сигурно до 60 степени | Сигурно до 55 степени |
За фармацеутски реактор који користи 20% сирћетне киселине на температури од 55 степени, омотач од 1,6 мм при 6 В/цм² (површина 70 степени) прелази безбедну границу од 55 степени. Грејач захтева смањење снаге на 4 В/цм² (површина 65 степени) или ниже. При 10 В/цм², чак и 10% сирћетне киселине на 60 степени запремине производи површинску температуру од 85 степени, што прелази безбедну границу од 70 степени за ту концентрацију.
Модификације дизајна за одржавање пасивног рада
Када услови процеса сирћетне киселине захтевају концентрације и температуре близу пасивне-активне границе, три модификације дизајна могу да одрже пасиван рад без промене материјала омотача. Први је осигурати адекватну аерацију. Кисеоник из ваздуха или из прскања помера пасивни-активни прелаз на више температуре за 10–15 степени. Реактор који ради под азотним покривачем (деаерисан) имаће знатно нижу отпорност на корозију од реактора са ваздушним простором. Друга модификација је смањење густине вата повећањем дужине грејања или коришћењем више грејача. Смањење густине у ватима од 20% може смањити температуру површине омотача за 8–12 степени, прелазећи из активне у пасивну. Трећа модификација је додавање инхибитора корозије. Мале концентрације (50–200 ппм) оксидационих агенаса као што су водоник пероксид или азотна киселина могу стабилизовати пасивни филм у сирћетној киселини, подижући прелазну температуру за 10–20 степени. За фармацеутске реакторе који захтевају концентрацију сирћетне киселине изнад 30% на температурама изнад 50 степени, 316 је маргиналан избор без обзира на густину у ватима. У овим условима, инжењери би требало да пређу на вишу легуру као што је легура 20 или легура 825, које одржавају пасивно понашање у сирћетној киселини до температуре кључања у свим концентрацијама. Разлика у трошковима је типично 30–50% изнад 316, али радни век се протеже од 1–2 године до 10–15 година. Када специфицирате грејаче за употребу сирћетне киселине, увек обезбедите добављачу тачну концентрацију, температуру у расутом стању, услове аерације и очекивану густину у ватима. Произвођач који препоручује 316 за 25% сирћетне киселине на 65 степени без дискусије о пасивном-активном прелазу не пружа потпуне инжењерске смернице. Прелазак са пасивне на активну корозију у сирћетној киселини је оштар и зависи од{40} концентрације. Плашт од 1,6 мм 316 који ради одмах испод прага може трајати деценију; један који ради непосредно изнад може да перфорира у року од 18 месеци. Тачан прорачун површинске температуре омотача на основу густине у ватима и услова запремине је од суштинског значаја за поуздану спецификацију.
