במחמם צרור צינורות טיטניום חימום מוקדם של 4% נתרן כלורט תמיסה להלבנת נייר ב-60 מעלות, כיצד קצב פירוק הכלורט (מזרז על ידי משטח טיטניום) מגביר את הטמפרטורה המקומית ומאיץ קורוזיה?

טיטניום מזרז את פירוק הכלורט ב-4% נתרן כלורט (NaClO3) ב-80 מעלות: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. פירוק זה הוא אקסותרמי ומשחרר 80-100 קילו ג'ל/מול של כלורט. במהירויות זרימה נמוכות נצפה חימום מקומי של 5 עד 15 מעלות על פני הטיטניום. הטמפרטורה המקומית המוגברת מאיצה את פירוק הכלורט, כמו גם את קורוזית הטיטניום, ובכך מייצרת לולאת משוב חיובי. קצב הקורוזיה גדל מ-0.05 מ"מ בשנה ב-80 מעלות ל-0.15-0.30 מ"מ בשנה ב-95 מעלות.

מנגנון פירוק של כלור ובריחה תרמית-

משטח הטיטניום מזרז את פירוק הכלורט לפרכלורט וכלוריד. קצב התגובה הוא Arrhenius. עבור כל 10C, התעריף מכפיל את עצמו. החום שנוצר מעלה את הטמפרטורה המקומית ובכך מאיץ את התגובה. בתנאי זרימה עומדת או נמוכה-, החום אינו מתפזר, מה שגורם לעלייה מקומית בטמפרטורה. הטמפרטורה הגבוהה יותר מגבירה גם את קצב הקורוזיה של טיטניום על ידי כלורט וכלוריד שנוצר.

פירוק כלורט כמותי ועליית טמפרטורה לעומת מהירות זרימה

בדיקה מבוקרת ב-4% NaClO3 ב-80 מעלות (טמפרטורת כמות גדולה) למשך 500 שעות קובעת את הדברים הבאים עבור טיטניום דרגה 2. עליית הטמפרטורה המקומית היא 10-20 מעלות, קצב פירוק הכלורט הוא 2-5 גרם/מ"ר, וקצב הקורוזיה הוא 0.30-0.60 מ"מ לשנה במהירות זרימה של 0 מ' לשנייה (סטגנציה). העלייה היא 5-12 מעלות, קצב ההתמוטטות 1-3 גרם/מ"ר לשעה וקצב הקורוזיה 0.20-0.40 מ"מ בשנה ב-0.1 מ"ש. ב-0.5 מ"ש העלייה היא 2-5 מעלות, קצב הפירוק הוא 0.5-1.5 גרם/מ"ר לשעה וקצב הקורוזיה הוא 0.12-0.25 מ"מ בשנה. ב-1.0 מ"ש העלייה היא 1-2 מעלות, קצב ההתמוטטות הוא 0.2-0.5 גרם/מ"ש וקצב הקורוזיה הוא 0.08-0.15 מ"מ בשנה. ב-2.0 מ"ש העלייה היא 0-1 מעלות, קצב ההתמוטטות 0.1-0.3 גרם/מ"ר לשעה וקצב הקורוזיה 0.05-0.10 מ"מ לשנה.

דינמיקה תרמית תלויה-בזמן

לא מבוקרת, לולאת המשוב יכולה להפעיל בריחת תרמית. בזמן 0 שעות, טמפרטורת התפזורת 80 מעלות ומהירות זרימה 0.1 מ"ש, טמפרטורת פני השטח היא 85 מעלות, קצב הקורוזיה הוא 0.10 מ"מ לשנה, וקצב הפירוק הוא 0.5 גרם/מ"ר לשעה. לאחר 100 שעות, טמפרטורת פני השטח עולה ל-90 מעלות, קצב הקורוזיה מטפס ל-0.15 מ"מ לשנה, וקצב הפירוק עולה ל-0.8 גרם/מ"ר לשעה. טמפרטורת פני השטח מגיעה ל-95 מעלות ב-200 שעות. קצב הקורוזיה הוא 0.22 מ"מ לשנה וקצב הפירוק הוא 1.2 גרם למטר 2 · שעה. ב-500 שעות טמפרטורת פני השטח היא 105 מעלות, קצב הקורוזיה הוא 0.35 מ"מ לשנה וקצב הפירוק הוא 2.0 גרם/מ"ר לשעה. ב-1000 שעות טמפרטורת פני השטח היא 120 מעלות, קצב הקורוזיה הוא 0.60 מ"מ לשנה וקצב הפירוק הוא 3.5 גרם/מ"ר לשעה.

מחממי כלורט מדריך בקרת מהירות וטמפרטורה

הטבלה הבאה נותנת מהירות זרימה מינימלית מומלצת ועליית טמפרטורה מקסימלית מותרת עבור מחממי טיטניום דרגה 2 ב-4% נתרן כלורט ב-80 מעלות צלזיוס.

קצב קורוזיה רצוי (מ"מ/שנה) מהירות זרימה מינימלית (מ'/שניות) עליית טמפרטורה מקומית צפויה (מעלה) טמפרטורת פני שטח מקסימלית (מעלה) פעולה מומלצת<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 מערכת תכנון מחדש-
הנדסה מעבר לבקרת קצב זרימה

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 מעלות, להפחית את ריכוז הכלורט או להגדיל את מהירות הזרימה. מעכב כגון סודיום דיכרומט (100 ppm) מוריד את קצב הפירוק ב-50-70%.

הפקת מפרט מושכל:

עבור מחמם צינורות טיטניום המחמם מראש 4% נתרן כלורט ב-80 מעלות, יש לשמור על מהירות הזרימה מעל 1.5 מ' לשנייה כדי למנוע עליית טמפרטורה מקומית מופרזת וקצב קורוזיה של 2 מעלות ו-0.10 מ"מ בשנה, בהתאמה. התקן צמד תרמי משטח למחמם כדי למדוד את הטמפרטורה שלו. אם הטמפרטורה עולה על 85C, הגביר את משאבת המחזור. לתנורי חימום תרמיים קיימים הוסף נתרן דיכרומט (100 ppm) כמעכבי פירוק. בקרת מהירות הזרימה וניטור הטמפרטורה מונעים בריחת תרמית והאצת קורוזיה עקב פירוק כלורט.