Ishqoriy gidroliz{0}}issiq natriy karbonatning eritilgan kremniyga hujumi
Soda kuli sifatida ham tanilgan natriy karbonat (Na₂CO₃) suv va oqava suvlarning pH qiymatini sozlash, yuvish vositalarini ishlab chiqarish, shisha ishlab chiqarish va pulpa va qog'ozni qayta ishlashda asosiy kimyoviy moddadir. Odatda sanoat konsentratsiyasi og'irligi bo'yicha 10-20% ni tashkil qiladi, erituvchi tanklar, reaktor idishlari va evaporatatorlarda ish harorati 70-95 daraja. Karbonat gidrolizi tufayli eritma ishqoriydir: CO₃²⁻ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + OH⁻; HCO₃⁻ + H₂O ⇌ H₂CO₃ + OH⁻. 15% Na₂CO₃ da pH 25 gradusda taxminan 11-12 ni tashkil qiladi, dissotsilanish konstantalariga harorat ta'siri tufayli 80 darajada 10,5-11,5 gacha bir oz pasayadi. Kvarts suvga cho'mdiruvchi isitgichlar ba'zan natriy karbonat eritmalarida qo'llaniladi, chunki eritilgan silika yumshoq ishqorlarga yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Biroq, yuqori harorat va konsentratsiyalarda karbonat gidrolizidan gidroksid ionlari (OH⁻) silika tarmog'iga hujum qiladi: SiO₂ + 2 OH⁻ → SiO₃²⁻ + H₂O. Korroziya darajasi bir xil pH da NaOH ga qaraganda past bo'ladi, chunki OH⁻ konsentratsiyasi pastroq (karbonat zaifroq asosdir) va karbonat/bikarbonat bufer tizimi kvarts yuzasida mahalliy OH⁻ faolligini kamaytirishi mumkin. Ushbu tahlil Na₂CO₃ kontsentratsiyasi (10-20%), harorat (70-95 daraja) va eritma pH ning eritilgan kremniyning bir xil korroziya tezligiga qanday ta'sir qilishini aniqlaydi. PH sozlash va detarjan isitgichlarida amaliy xizmat ko'rsatish oralig'iga (5000-15000 soat) erishish uchun zarur bo'lgan kvarts qobig'ining devor qalinligi olinadi.
Issiq natriy karbonatdagi eritilgan kremniyning korroziya kinetikasi
Natriy karbonatdagi kvartsning korroziyasi karbonat gidrolizi natijasida hosil bo'lgan gidroksid ionlari tomonidan amalga oshiriladi. 80 daraja haroratda 15% Na₂CO₃ (taxminan 1,4 M) uchun pH taxminan 11,0–11,5, OH⁻ kontsentratsiyasi 0,001–0,003 M. Bu taxminan 0,005–0,015% NaOH ga teng. Ushbu past OH⁻ konsentratsiyasida kvartsning bir xil korroziya tezligi past bo'ladi. Biroq, natriy silikat sirtni passivlashtirishi mumkin bo'lgan NaOH eritmalaridan farqli o'laroq, karbonat eritmalari himoya qatlami sifatida shakllanmasligi mumkin, chunki karbonat ionlari silikat bilan murakkablashib, uni eritmada ushlab turishi mumkin.
85 gradusda 15% Na₂CO₃ tarkibidagi yuqori tozalikdagi eritilgan kvartsning-immersion sinovi 0,0001–0,0003 mm/soat bir xil korroziya tezligini ko'rsatadi. 95 gradusda tezlik 0,0002–0,0005 mm/soatgacha oshadi. 70 gradusda tezlik soatiga 0,00005 mm dan past. Taqqoslash uchun, 85 daraja haroratda 0,01 M NaOH (pH 12) kvartsni 0,0005-0,001 mm / soat tezlikda korroziyaga olib keladi. Karbonatdagi pastroq stavka bufer tizimi tufayli past barqaror{19}}holat OH⁻ kontsentratsiyasini aks ettiradi. 85 daraja haroratda 2,0 mm kvarts qoplamasi 0,0002 mm/soat × 10,000 soat=2.0 mm ni yo'qotib, taxminan 10,000 soat (1,1 yil) xizmat qiladi. 1,5 mm devor 7500 soatni ta'minlaydi; 2,5 mm devor 12500 soatni ta'minlaydi. Ushbu xizmat muddati yillik texnik xizmat ko'rsatish bilan uzluksiz sanoat xizmati uchun juda yaxshi.
Natriy silikatning mavjudligi (ba'zi detarjen formulalarida korroziya inhibitori sifatida qo'shiladi) korroziya tezligini keskin kamaytirishi mumkin. Silikat ionlari konsentrlangan NaOH da ko'rinadigan passivatsiyaga o'xshash kvartsda himoya qatlamini hosil qiladi. 0,1% natriy silikat qo'shilsa, 85 gradusda korroziya darajasi 0,00005 mm / soatdan pastga tushadi.
Lokalizatsiyalangan chuqurlik va kristallanish
Natriy karbonat eritmalari natriy karbonat monohidrat yoki dekagidrat kristallarini kvarts yuzasida, ayniqsa evaporatatorlarda yoki meniskda to'plashi mumkin. Ushbu kristallar korroziy emas, balki issiqlik izolyatoridir. 0,5 mm kristalli qatlam issiqlik uzatishni 20-30% ga kamaytirishi mumkin. Kristallar suvda eriydi{6}} va ularni issiq suv bilan yuvish orqali olib tashlash mumkin. Meniskus zonasi kristallanishning eng kuchli joyidir. Doimiy suyuqlik darajasini saqlab turish yoki bug 'qalqonidan foydalanish meniskus qobig'ining shakllanishiga to'sqinlik qiladi. Jilolangan kvarts yuzasi kristalning yopishishini kamaytiradi.
Qanday qilib devor qalinligi xizmat muddatini o'zgartiradi
Bir xil korroziya uchun hayot devor qalinligi bilan chiziqli ravishda o'zgaradi. 85 gradusda 2,0 mm devor 10 000 soatni ta'minlaydi; 3,0 mm devor 15 000 soatni ta'minlaydi. Biroq, korroziya darajasi juda past bo'lganligi sababli, standart 1,5-2,0 mm devorlar ko'pchilik ilovalar uchun etarli. Qalinroq devorlar (3,0-4,0 mm) hech qanday amaliy foyda keltirmaydi va termal jarima soladi. Tez-tez issiqlik bilan ishlaydigan ilovalar uchun (masalan, isitish moslamasi har kuni isitiladi va sovutiladi) 2,0 mm devorlarga ega bo'lgan tavlangan kvarts termal zarba qarshiligi uchun tavsiya etiladi.
Natriy karbonat eritmalarida qalinroq devorlarning termal jazosi
15% konsentratsiyali va 85 darajali natriy karbonat eritmalarining issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 0,60–0,65 Vt/(m·K)-toza suvga yaqin. Zichligi 1,10-1,15 g/sm³, yopishqoqligi 0,8-1,2 cP. 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 juda katta. Korroziya juda past bo'lgani uchun, yupqa devorlar (1,5-2,0 mm) kuchli afzallik beriladi.
Ssenariy-Issiq natriy karbonat xizmatida kvarts qoplamasi devor qalinligi uchun asoslangan tanlash matritsasi
| Ilova stsenariysi va ishlash parametrlari | Tavsiya etilgan devor qalinligi | Miqdorli savdoning asosiy asosi-Oʻchirish |
|---|---|---|
| pH sozlash tanki (15% Na₂CO₃, 85 daraja, doimiy, yillik texnik xizmat ko'rsatish) | 1,5 – 2,0 mm, standart navli, olovli-parlangan | Korroziya tezligi ~0,0002 mm/soat → 2,0 mm 10 000 soatni ta'minlaydi. Olovli jilo-kristalning yopishishini kamaytiradi. U ≈ 480 Vt/(m²·K). |
| Yuvish vositalarini ishlab chiqarish reaktori (10% Na₂CO₃, 90 daraja, paketli tsikllar, silikat inhibitori bilan) | 1,5 - 2,0 mm, tavlangan | Silikat korroziyani kamaytiradi<0.00005 mm/hour. Annealed for thermal shock resistance. U ≈ 450 W/(m²·K). |
| Soda kulini erituvchi (20% Na₂CO₃, 95 daraja, uzluksiz, yuqori kristall hosil bo'lishi) | 2,0 - 2,5 mm, bug 'qalqoni bilan | Korroziya tezligi ~0,0004 mm/soat. Qalinroq devor xavfsizlik chegarasini ta'minlaydi. Bug 'qalqoni meniskus kristallarini kamaytiradi. U ≈ 400 Vt/(m²·K). |
| Past haroratli karbonat-(70 daraja, 10%, intervalgacha) | 1,5 mm, standart nav | Korroziya ahamiyatsiz. Energiya samaradorligi uchun yupqa devor. U ≈ 500 Vt/(m²·K). |
Qo'shimcha dizayn o'zgarishlari:Korroziya inhibitori sifatida 0,1-0,5% natriy silikat qo'shilishi kvarts hujumini 70-90% ga kamaytiradi. Issiq suv bilan muntazam yuvish karbonat kristallarini eritadi. Doimiy suyuqlik darajasini saqlab turish meniskning kristallanishini oldini oladi. Jilolangan kvarts yuzasi kristalning yopishishini kamaytiradi. Yaxshi qo'zg'alish mahalliy supersaturatsiyani oldini oladi. Bugʻ pardasi yoki isitiladigan ustki gʻilofdan foydalanish yuqori-qilobning kristallanishini oldini oladi.
