Когато титанов нагревател от степен 2 се използва за нагряване на 50% разтвор на натриев ацетат при 90 градуса, какъв е максимално допустимият примес на оцетна киселина (ppm), преди отделянето на водород да започне образуване на мехури?

50% натриев ацетат (CH₃COONa) при 90 градуса се използва при боядисване на текстил и като буферен агент. Разтворът е алкален (pH 8-9). Примесите на оцетна киселина от хидролиза или замърсяване понижават pH. Когато рН е под 5, титановият пасивен филм е нестабилен и катодният процес преминава от редукция на кислород към отделяне на водород. Атомарният водород дифундира в титановата решетка, образува молекулярен водород във вътрешните пролуки и причинява образуване на мехури на повърхността. За да се избегне образуването на водородни мехури, максималният примес на оцетна киселина е 500 ppm (0,05%). Над това ниво pH е под 5 и мехури се появяват след 100–500 часа.

Механизъм на образуване на водородни мехури в ацетатен разтвор

При алкалния натриев ацетат катодният процес е редукция на кислород и не дава водородни атоми. Оцетната киселина понижава pH: CH3COOH → CH3COO- + H+. При pH под 5, реакцията на отделяне на водород 2H + 2e=H става термодинамично благоприятна. На титанова повърхност се генерира междинен атомен водород (Н). Част от атомарния водород се рекомбинира, за да произведе газ H2, но част дифундира в титановата решетка. Водородните атоми дифундират до вътрешни празнини, включвания или граници на зърната, където се рекомбинират, за да генерират H2 газ. Налягането на газа се увеличава и причинява мехури по повърхността, които могат да се счупят.

Количествено образуване на мехури като функция на концентрацията на оцетна киселина

Контролираните тестове показват следното в 50% натриев ацетат с променливи примеси на оцетна киселина при 90 градуса C за 500 часа: При оцетна киселина под 100 ppm рН е 8,5–9,0, няма образуване на водород, няма мехури и повърхността е блестяща. При 100-300 ppm, рН е 6,0-7,5, има известно образуване на следи от водород, но не се наблюдават очевидни мехури. 300-500 ppm pH 5,0-6,0 Случайни малки мехури (<0.5 mm diameter) are formed after 300-500 hours Blister density 1-5 per cm2 With 500–1000 ppm the pH decreases to 4.0–5.0, severe blistering occurs (size 0.5–2 mm, density 5–20 per cm²), and blistering starts within 100–300 hours. Above 1,000 ppm, pH falls below 4.0, severe blistering develops with blister size > 2 mm, blister density > 20/cm², and blistering starts within 50–150 hours.

Влияние на температурата и съдържанието на кислород върху прага на образуване на мехури

As the temperature increases the maximum allowed acetic acid drops. 70°C - Acetic acid allowable: 1,000 ppm (0.1%) 750 ppm @ 80°C. At 90°C it is 500 ppm. At 100 °C this is 300 ppm. At 110°C, it is 150ppm. The threshold is also influenced by the level of dissolved oxygen; deaerated solutions blister at lower acetic acid concentrations because the reduction of oxygen is not available to compete with the development of hydrogen. Oxygenated solutions (oxygen >5 ppm) увеличете разрешената оцетна киселина с 30-50%.

Нагреватели с натриев ацетат Ръководство за контрол на примесите на оцетна киселина

Таблица III Максимално допустими концентрации на оцетна киселина за титанови нагреватели от степен 2 в 50% натриев ацетат при 90 градуса като функция от предвидения експлоатационен живот и толерантност към образуване на мехури.

Желан експлоатационен живот (години) Максимално допустима оцетна киселина (ppm) Очакван диапазон на pH Риск от образуване на мехури Препоръчително действие5<300 >6,0 Няма Няма 3–5 300–500 5.0–6,0 Ниска Монитор на седмица 1–3 500–800 4.5–5,0 Умерено Неутрализиране с натриев хидроксид<1 800-1,000 4.0-4.5 High Clean up solution
Not acceptable >1,000 <4.0 Severe Replace solution
Инженерни решения – отвъд контрола на оцетната киселина

Качеството на титана оказва влияние върху устойчивостта на образуване на мехури. Стабилизираният с паладий клас 7 има 3–5 пъти по-висока толерантност към оцетна киселина поради каталитичния ефект на паладия върху рекомбинацията на водорода, което намалява количеството водород, абсорбирано от метала. В 12 клас това е средно подобрение. Дебелите стени не спират мехурите, но могат да поемат повече мехури, преди да изтекат. Следете редовно рН на разтвора; ако pH падне под 7, добавете натриев хидроксид, за да го покачите. Допустимият праг на оцетна киселина може да бъде намален чрез азотно покритие, за да се изключи кислород. Окислител, например натриев нитрит (100 ppm) повишава прага, като благоприятства редуцирането на кислород пред отделянето на водород.

Добре-информирана спецификация

За титанов нагревател от клас 2, нагряващ 50% натриев ацетат при 90 градуса, примесът на оцетна киселина трябва да се поддържа при 300 ppm, за да се осигури граница на безопасност под прага на образуване на мехури от 500 ppm. Проверявайте pH всяка седмица. Ако pH е под 7, добавете 0,1% натриев хидроксид, за да възстановите алкалността. За приложения, които включват оцетна киселина над 500 ppm, използвайте титан клас 7 или добавете окислител като 100 ppm натриев нитрит. Проверявайте повърхността на нагревателя за мехури на всеки 3 месеца по време на работа. Ако се наблюдават мехури, неутрализирайте разтвора и сменете нагревателя. Инженерът контролира примесите на оцетна киселина до по-малко от 500 ppm, за да избегне образуването на водородни мехури на титаниеви нагреватели от клас 2 при работа с натриев ацетат.