Eritilgan kremniy dioksididagi issiq ammoniy xloridning noyob xlorid-korroziya mexanizmi
Ammoniy xlorid (NH₄Cl) galvanizatsiyalash oqimlarida, o'g'it ishlab chiqarishda, quruq hujayrali batareyalarda va kimyoviy sintezda azot manbai sifatida keng qo'llaniladi. Sanoat evaporatatorlari va kristalizatorlarida issiq konsentrlangan NH₄Cl eritmalari (og'irligi bo'yicha 20-40%) tuzni konsentratsiyalash yoki kristall mahsulot ishlab chiqarish uchun 80-120 darajaga qadar isitiladi. Ba'zan kvartsning yuqori kimyoviy chidamliligi va ifloslantiruvchi tabiati tufayli kvarts suvga cho'mdiruvchi isitgichlar ushbu xizmatlar uchun belgilanadi. Biroq, issiq konsentrlangan ammoniy xlorid eritilgan kremniy oksidi uchun nozik, ammo sezilarli darajada korroziya xavfini keltirib chiqaradi. Natriy xlorid kabi neytral tuzlardan farqli o'laroq, ammoniy xlorid eritmada termal gidrolizga uchraydi: NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺. Yuqori haroratlarda bu muvozanat o'ngga siljiydi va erkin xlorid kislota (HCl) hosil qiladi. Chiqarilgan xlorid ionlari kislotali pH bilan birgalikda, suyultirilgan HCl bilan bir xil mexanizm orqali silika tarmog'iga hujum qiladi. Bundan tashqari, bug 'hududida NH₄Cl sovuqroq kvarts yuzalarida sublime va{14}}qayta kondensatsiyalanib, namlikni o'ziga singdiruvchi va konsentrlangan xlorid plyonka hosil qiluvchi gigroskopik qatlam hosil qilishi mumkin. Ushbu tahlil NH₄Cl kontsentratsiyasi (20-40%), harorat (80-120 daraja) va eritma pH (erkin kislota yoki qo'shilgan asos ta'sirida) eritilgan kremniyning bir xil korroziya va chuqurlik tezligiga qanday ta'sir qilishini aniqlaydi. Evaporatator va kristalizator isitgichlarida amaliy xizmat ko'rsatish oralig'iga (2000–8000 soat) erishish uchun zarur bo'lgan kvarts qobig'ining devor qalinligi, bu yuqori zichlikdagi, o'rtacha yopishqoq elektrolit eritmasida qalinroq devorlarning termal jazosi bilan birga olinadi.
Issiq ammoniy xloridda eritilgan kremniyning korroziya kinetikasi: gidroliz-hujum
Issiq NH₄Cl eritmasida kvartsning korroziyasi tuzning o'zidan emas, balki gidroliz natijasida hosil bo'lgan xlorid kislotadan kelib chiqadi. NH₄⁺ ning gidroliz konstantasi 25 daraja haroratda K_h=K_w/K_b=1e-14/1.8e-5=5.6e-10 boʻlib, 1M NH₄Cl uchun taxminan 5.0–5.5 pH beradi. 100 daraja haroratda suvning ion mahsuloti (K_w) taxminan 5,5e-13 gacha ko'tariladi va NH₃ uchun K_b ham o'zgaradi, natijada pH biroz past bo'ladi (taxminan 4,5-5,0). Bundan ham muhimi shundaki, eritma bug'lanish orqali konsentrlangan bo'lsa, faollik koeffitsientlari oshadi va pH 100 darajada 40% NH₄Cl da 3,5-4,0 gacha tushishi mumkin. PH 3,5-4,0 da erkin HCl kontsentratsiyasi taxminan 0,0001-0,001 M ga teng. Kuchli kislotaning bu past konsentratsiyasi sekin, ammo o'lchanadigan kvarts korroziyasini keltirib chiqarish uchun etarli.
30% NH₄Cl eritmasida 100 darajada (oʻlchangan pH 4.0) yuqori-tozalikdagi eritilgan kvartsni immersion sinovi 0,0005–0,001 mm/soat bir xil korroziya tezligini koʻrsatadi. 120 daraja haroratda (bosim ostida qizdirilganda yoki tuz konsentratsiyasining oshishi bilan qaynayotganda) tezlik 0,0015-0,003 mm / soatgacha oshadi. 80 gradusda tezlik soatiga 0,0002 mm dan past. Taqqoslash uchun, 100 daraja haroratda 0,001 M HCl (pH 3,0) kvartsni taxminan 0,002 mm/soat korroziyaga olib keladi. NH₄Cl ning biroz pastroq darajasi NH₄⁺/NH₃ tizimining buferlash ta'sirini aks ettiradi, bu pH ni umumiy xlorid ekvivalentida sof HCl dan yuqoriroq ushlab turadi.
110 gradusda (NH₄Cl konsentratsiyasi uchun odatiy evaporatator harorati), 2,0 mm kvarts qoplamasi 2000 soatda 0,001 mm/soat × 2000 soat=2.0 mm-teshilishni yo'qotadi. 2,5 mm devor 2500 soatni ta'minlaydi; 3,0 mm devor 3000 soat. Ushbu xizmat muddati texnik xizmat ko'rsatishni to'xtatish oralig'ida 3-6 oy davomida uzluksiz ishlaydigan ko'plab evaporatatorlar uchun maqbuldir. 100 gradusda 2,0 mm devor 4000 soat (5,5 oy) beradi. 90 daraja haroratda hayot 10 000 soatdan oshadi.
Erkin kislotaning mavjudligi (masalan, yuqori oqim jarayonlaridan yoki shkalaning oldini olish uchun qo'shilgan) korroziyani keskin tezlashtiradi. Agar NH₄Cl eritmasi HCl bilan pH 3.0 ga sozlangan boʻlsa, 100 gradusdagi korroziya tezligi 0,003–0,005 mm/soatga oshib, 2,0 mm devorning ishlash muddatini 400–650 soatgacha qisqartiradi. Aksincha, pH ni 6-7 ga ko'tarish uchun oz miqdorda ammiak qo'shilishi korroziya tezligini 0,0001 mm / soat dan pastga tushiradi va kvartsni deyarli inert qiladi. Shunday qilib, pH nazorati NH₄Cl xizmatida kvarts isitgichning uzoq umr ko'rishi uchun eng muhim parametrdir.
Sublimatsiyalangan NH₄Cl kondensatsiyasi va yoriqlar korroziyasidan kelib chiqqan mahalliy chuqurchalar
Ammoniy xlorid 340 darajadan yuqori haroratlarda sublimatsiyalanadi, lekin past haroratlarda (100-150 daraja) u hali ham asta-sekin uchishi mumkin, ayniqsa konsentrlangan eritmalardan. Sublimat suyuqlik chizig'i ustidagi sovuqroq kvarts yuzalarida kondensatsiyalanib, oq, gigroskopik cho'kindi hosil qiladi. Bu cho'kindi havodan namlikni o'ziga singdirib, konsentrlangan xlorid eritmasini (pH 3-4 gacha) hosil qiladi, bu esa quyma suyuqlik bilan bir xil mexanizm orqali kvartsga hujum qiladi. Hujum yotqizilgan joylarga lokalize bo'lib, sayoz chuqurlarni hosil qiladi. Sublimat{9}}hujum natijasida chuqurning o'sish sur'atlari vannadagi 110 daraja haroratda 0,002–0,005 mm/soat qiymatlari bilan chiziqli qonunga (depozitga{10}}) amal qiladi. 2,0 mm devor uchun chuqur 400-1000 soat ichida kirib borishi mumkin. Bu ko'pincha suyuqlikdagi bir xil korroziyadan tezroq. Shuning uchun, NH₄Cl sublimatsiyasining oldini olish yoki konlarni olib tashlash juda muhimdir.
Kvarts qobig'i va PTFE yoki polipropilen o'rnatish gardishlari orasidagi interfeysdagi yoriqlar korroziyasi ham tashvishlidir. NH₄Cl eritmasi yoriqlarga singib ketadi va bug'lanish tuzni to'playdi, bu pH pasayishiga va xlorid hujumiga olib keladi. To'liq payvandlangan kvarts-gardish yig'malarini-qo'llash yoki yoriq elastomerik qistirma bilan yopilishini ta'minlash bu xavfni kamaytirishi mumkin. Qalinroq devor yoriqlar hujumiga qarshi kattaroq xavfsizlik chegarasini ta'minlaydi, ammo yoriqni yo'q qilish samaraliroq bo'ladi.
Devor qalinligi issiq NH₄Cl isitgichlarida xizmat muddatini qanday o'zgartiradi
Doimiy pH da suyuq fazada bir xil korroziya uchun hayot devor qalinligi bilan chiziqli ravishda o'zgaradi. 110 daraja (stavka 0,001 mm / soat) da 2,0 mm devor 2000 soat beradi; 3,0 mm devor 3000 soatni beradi; 4,0 mm devor 4000 soatni beradi. Foyda to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Depozit{14}}sublimatsiyadan kelib chiqqan chuqurchalar uchun hayot ham chiziqli ravishda o'zgaradi, chunki chuqur barqaror sur'atda rivojlanadi. Shu sababli, qalinroq devorlar har ikkala nosozlik rejimiga nisbatan xizmat muddatini chiziqli uzaytirishni ta'minlaydi. Biroq, korroziya darajasi past yoki o'rtacha bo'lganligi sababli, 2,0-2,5 mm devor odatda 3-6 oylik doimiy kampaniyalar uchun etarli.
PH nazorati yomon bo'lgan tizimlar uchun (masalan, pH 3,5 yoki undan past) korroziya tezligi 0,003-0,005 mm / soat bo'lishi mumkin va hatto 3,0 mm devorlar faqat 600-1000 soatni ta'minlaydi. Bunday hollarda pH sozlanishi devor qalinligini oshirishdan ko'ra-ko'proq xarajat qiladi.
Issiq ammoniy xlorid eritmalarida qalinroq devorlarning termal jazosi
Ammoniy xlorid eritmalari 100 daraja va 30% konsentratsiyada issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 0,55-0,60 Vt / (m · K) (suvga o'xshash), zichligi 1,08-1,10 g / sm³ va yopishqoqligi 0,8-1,2 cP. Qo'zg'atuvchi bug'latgichlarda konvektiv issiqlik uzatish koeffitsientlari 800 dan 1500 Vt/(m²·K) gacha. Kvarsning o'tkazuvchanlik qarshiligi R_cond=t/1,38. 1,5 mm devor uchun R_cond=0.00109 m²·K/Vt; 3,0 mm devor uchun, R_cond=0.00217. bilan h=1,000 Vt/(m²·K), R_boundary=0.00100. 1,5 mm uchun umumiy qarshilik=0.00209 → U=478 Vt/(m²·K); 3,0 mm=0.00317 → U=315 Vt/(m²·K) uchun 34% pasayish. Bu jazo muhim ahamiyatga ega. Suv bug'lanishini qo'zg'atish uchun yuqori issiqlik oqimi talab qilinadigan evaporatator xizmatida ingichka devorlarga (1,5-2,0 mm) afzallik beriladi. 2,0 mm devor (U=1/(0.00145+0.00100)=408 Vt/(m²·K)) ishlash muddati (110 daraja haroratda 2000 soat) va issiqlik unumdorligi o'rtasida oqilona muvozanatni ta'minlaydi.
Ssenariy-Issiq ammoniy xlorid xizmatida kvarts qoplamasi devor qalinligi uchun asoslangan tanlash matritsasi
| Ilova stsenariysi va ishlash parametrlari | Tavsiya etilgan devor qalinligi | Miqdorli savdoning asosiy asosi-Oʻchirish |
|---|---|---|
| NH₄Cl bug'latgich (30% eritma, 110 daraja, pH 5,0, uzluksiz, 3 oylik texnik xizmat ko'rsatish) | 2,0 – 2,5 mm, standart navli, olovli-parlangan | Yagona korroziya tezligi ~0,001 mm/soat → 2,0 mm 2000 soat (2,7 oy) beradi. 2.5 mm 2500 soat (3,4 oy) beradi. Olovli jilo-birikmalarning yopishishini kamaytiradi. U ≈ 400 Vt/(m²·K). |
| Kristalizator (40% atala, 100 daraja, pH ammiak bilan 6,5 ga sozlangan, doimiy, 1 yillik xizmat muddati) | 1,5 – 2,0 mm,-chizilgan | pH nazorati tezligini pasaytiradi<0.0001 mm/hour. 1.5 mm provides >15 000 soat. Yupqa devor energiya samaradorligi uchun U ≈ 480 Vt/(m²·K) ni beradi. |
| Erkin kislotali NH₄Cl eritmasi (pH 3,5, har qanday harorat) | Kvars emas - PTFE yoki titandan foydalaning | Corrosion rate >0,003 mm/soat. 2.5 mm bajarilmaydi<800 hours. Alternative sheath required. |
| Yuqori{0}}harorat konsentratsiyasi (120 daraja, 35% NH₄Cl, pH 4,5, intervalgacha partiyali ishlash) | 2,5 - 3,0 mm, bug 'qalqoni bilan | Tezlik ~0,002 mm/soat → 3,0 mm 1500 soatni ta'minlaydi. Bug 'qalqoni sublimatsiya chuqurchalarini kamaytiradi. Partiya xizmati uchun qabul qilinadi. |
| Past-harorat NH₄Cl (80 daraja, har qanday konsentratsiya, pH neytral) | 1,5 mm, standart nav | Corrosion negligible. Thin wall maximizes heat transfer. Life >20 000 soat. |
Issiq NH₄Cl isitgichlari uchun qo'shimcha dizayn modifikatsiyalari
Uchta strategiya devor qalinligini oshirmasdan kvarts isitgichning ishlash muddatini uzaytiradi. Birinchidan, pH nazorati: oz miqdorda ammiak yoki natriy gidroksid qo'shish orqali NH₄Cl eritmasini pH 6-7 darajasida ushlab turish erkin HCl kontsentratsiyasini nolga yaqinlashtiradi va korroziya tezligini 90% yoki undan ko'proq kamaytiradi. PH regulyatori va dozalash pompasi isitgichni tez-tez almashtirish bilan solishtirganda arzon. Ikkinchidan, bug '{6}}kosmik isitish: suyuqlik chizig'i ustidagi kvarts qobig'iga iz isitgichni o'rnatish sirt haroratini 120 darajadan yuqori ushlab turadi, bu NH₄Cl sublimatsiyasi va kondensatsiyasining oldini oladi. Bu depozitni{9}}qo'zg'atadigan chuqurlashuvni yo'q qiladi. Uchinchidan, vaqti-vaqti bilan yuvish: parvarishlash vaqtida kvarts qobig'ini deionizatsiyalangan suv bilan yuvish, namlikni yutish va korroziyaga olib kelishidan oldin to'plangan tuz konlarini olib tashlaydi. Haftalik suv bilan yuvish umrni 2-3 barobarga uzaytirishi mumkin.
Xulosa: pH nazorati bilan issiq NH₄Cl uchun kvarts devor qalinligini ustuvorlik sifatida belgilash
Kvarts suvga cho'mdiruvchi isitgichlar eritmaning pH 5,5 dan 7,0 gacha bo'lishi sharti bilan 80-120 daraja issiq konsentrlangan ammoniy xlorid eritmalarida ishonchli xizmat qilishi mumkin. PH-nazorat qilinadigan sharoitlarda 0,0001–0,001 mm/soat bir xil korroziya tezligi 1,5–2,5 mm standart devor qalinligi haroratga qarab 2000–10000 soat xizmat qilish imkonini beradi. Qalinroq devorlarning issiqlik ta'siri sezilarli (U 30–35% ga kamayadi), bu esa 1,5–2,0 mm devorlarni energiyani tejovchi evaporatatorning-ishlashiga yordam beradi. Nazorat qilinmagan pH (kislotali) sharoitlarda, devor qalinligidan qat'i nazar, kvarts korroziyasi amaliy bo'lmagan darajada tezlashadi va muqobil qoplama materiallari (PTFE-astarlangan, titan) yoki pH sozlamalari talab qilinadi. Bug 'hududida NH₄Cl ning sublimatsiyasi va kondensatsiyasi mahalliy chuqurlikka olib kelishi mumkin, bu devor qalinligini oshirishdan ko'ra, yuqori qobiqni isitish orqali eng yaxshi yumshatiladi. NH₄Cl evaporatatori yoki kristalizator isitgichlari uchun kotirovkalarni so'rashda eritma konsentratsiyasini, maksimal ish haroratini, odatdagi pH diapazonini, pH nazorati uchun ammiak yoki kislota qo'shilganligini va kutilayotgan uzluksiz ishlash muddatini belgilang. Bu ishlab chiqaruvchiga pHni toʻgʻri boshqarish bilan birlashganda ishonchli ishlashni taʼminlovchi-koʻpgina ilovalar uchun odatda 2,0 mm devor qalinligini tavsiya etish imkonini beradi.
