L-Attakk Mmexxi minn Sulphur Dioxide- ta 'Soluzzjonijiet ta' Metabisulfite Sħan fuq Silika Mdewba
Metabisulfite tas-sodju (Na₂S₂O₅) huwa preservattiv tal-ikel użat ħafna (E223), aġent li jnaqqas fl-ipproċessar fotografiku, antichlor fl-ibbliċjar tat-tessuti, u kennies tal-ossiġnu fit-trattament tal-ilma. Konċentrazzjonijiet tipiċi jvarjaw minn 5-15% bil-piż f'soluzzjoni milwiema, b'temperaturi operattivi ta '60-80 grad f'tankijiet li jdubu, tagħmir għall-ipproċessar tal-ikel, u reatturi kimiċi. Il-ħiters tal-immersjoni tal-kwarz huma kultant speċifikati għas-servizz tal-metabisulfite minħabba li s-silika mdewba toffri reżistenza tajba għall-biċċa l-kbira tas-soluzzjonijiet tas-sulfit. Madankollu, metabisulfite tas-sodju konċentrat sħun jippreżenta mekkaniżmu ta 'degradazzjoni doppja. L-ewwel, metabisulfite idrolizza fl-ilma biex jifforma bisulfite (HSO₃⁻) u sulfite (SO₃²⁻), bl-ekwilibriju jirrilaxxa dijossidu tal-kubrit (SO₂) gass: Na₂S₂O₅ + H₂O ⇌ 2 NaHSO₃ ₇₇₇₇₇₇₃SO₃ H₂O. Is-SO₂ rilaxxat huwa aċiduż u korrużiv, speċjalment meta kkondensat fuq uċuħ li jkessħu. It-tieni, f'temperaturi elevati, metabisulfite jiddekomponi għal sulfat u thiosulfate, b'rilaxx ulterjuri ta 'SO₂. Il-gass SO₂ jista 'jattakka l-kwarz f'temperaturi għoljin, u jifforma kumplessi tas-sulfit tas-silikon. Barra minn hekk, is-soluzzjoni ssir aċiduża (pH 3.5–5.0) minħabba l-formazzjoni tal-bisulfite, li tikkawża korrużjoni tal-aċidu bil-mod tal-kwarz. Din l-analiżi tikkwantifika kif il-konċentrazzjoni tal-metabisulfite tas-sodju (5-15%), it-temperatura (60-80 grad), u l-pH tas-soluzzjoni jaffettwaw ir-rati ta 'korrużjoni uniformi u l-pitting indott tas-silika mdewba minn SO₂-. Il-ħxuna tal-ħajt tal-kisja tal-kwarz meħtieġa biex jinkisbu intervalli ta 'servizz prattiċi (2,000–8,000 siegħa) fl-ipproċessar tal-ikel u heaters tal-aġent li jnaqqas hija derivata.
Kinetika tal-Korrużjoni tas-Silika Mdewba f'Metabisulfit tas-Sodju sħun
Il-korrużjoni tal-kwarz f'soluzzjonijiet ta 'metabisulfite tas-sodju hija mmexxija minn żewġ mekkaniżmi. L-ewwel, il-pH aċiduż (3.5-5.0) mill-formazzjoni tal-bisulfite jikkawża idroliżi tal-aċidu bil-mod tal-bonds tas-siloxane. F'70 grad f'10% metabisulfite tas-sodju (pH 4.0), ir-rata ta 'korrużjoni uniformi hija 0.0001–0.0003 mm/siegħa-baxxa ħafna. It-tieni, gass tad-dijossidu tal-kubrit (SO₂) rilaxxat mis-soluzzjoni jista 'jikkondensa fuq uċuħ tal-kwarz li jkessaħ (eż., 'il fuq mil-linja tal-likwidu) u jirreaġixxi mal-umdità biex jifforma aċidu sulfurous (H₂SO₃), li jattakka l-kwarz b'mod aktar aggressiv. L-attakk immexxi minn SO₂-huwa lokalizzat u jista' jikkawża pitting.
L-ittestjar tal-immersjoni ta '-purità għolja tal-kwarz imdewweb f'10% metabisulfite tas-sodju f'70 grad juri rata ta' korrużjoni uniformi ta '0.00015–0.0003 mm/siegħa. Fi 80 grad, ir-rata tiżdied għal 0.0003–0.0006 mm/siegħa. F'60 grad, ir-rata hija taħt 0.0001 mm/siegħa. F'70 grad , għant tal-kwarz ta '2.0 mm jitlef 0.0002 mm/siegħa × 10,000 siegħa=2.0 mm, li jagħti ħajja ta' madwar 10,000 siegħa (1.1 snin). Ħajt ta '1.5 mm jipprovdi 7,500 siegħa; ħajt ta '2.5 mm jipprovdi 12,500 siegħa. Dawn il-ħajjiet huma eċċellenti għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet tal-ipproċessar tal-ikel. It-tħassib ewlieni mhuwiex korrużjoni uniformi iżda pitting tal-kondensazzjoni SO₂ fiż-żona tal-fwar.
Pitting Lokalizzat minn Kondensazzjoni SO₂
L-iktar mekkaniżmu ta 'degradazzjoni sinifikanti fis-servizz tal-metabisulfite huwa l-pitting mill-gass tad-dijossidu tal-kubrit. SO₂ jinħeles mis-soluzzjoni sħuna, speċjalment ħdejn il-wiċċ tal-heater fejn it-temperaturi huma l-ogħla. Il-gass jitla' u jikkondensa fuq uċuħ tal-kwarz li jkessħu 'l fuq mil-linja tal-likwidu (eż., l-għant ta' fuq jew il-ħanek tal-immuntar). Il-kondensat huwa aċidu sulfurous (H₂SO₃), li għandu pH ta '1-2 u jattakka l-kwarz b'rati ta' 0.002-0.005 mm/siegħa-10-20 darba aktar mgħaġġla mill-korrużjoni uniformi fil-likwidu. Ir-rati tat-tkabbir tal-fossa isegwu liġi lineari (rata kostanti) b'k_pit ≈ 0.003–0.008 mm/siegħa f'temperatura tal-banju ta' 70 grad. Għal ħajt ta' 2.0 mm, il-ħofor jistgħu jtaqqbu f'250–650 siegħa. Għalhekk, il-ġestjoni taż-żona tal-fwar hija kritika. It-tisħin tal-għant ta 'fuq biex iżżomm it-temperatura tiegħu 'l fuq mill-punt tan-nida ta' SO₂ (madwar 60-70 grad għal konċentrazzjonijiet tipiċi) jipprevjeni l-kondensazzjoni. Alternattivament, ilqugħ tal-fwar jew purge tal-gass inert (nitroġenu) jistgħu jiknes il-gass SO₂.
Iż-żona tal-menisku hija wkoll vulnerabbli. L-evaporazzjoni tikkonċentra metabisulfite, li twassal għal dekompożizzjoni u rilaxx ta 'SO₂. Qoxra ta 'sulfite/sulfat tas-sodju spiss tifforma fil-linja tal-likwidu.
Kif il-ħxuna tal-ħajt timmodifika l-ħajja tas-servizz fil-heaters tal-metabisulfite
For uniform corrosion in the liquid, life scales linearly with wall thickness, but rates are so low that standard 1.5–2.0 mm walls provide >5,000 siegħa. Għal pitting SO₂ fiż-żona tal-fwar, ħitan eħxen jipprovdu protezzjoni lineari (rata tal-ħofra hija kostanti). Ħajt ta '2.0 mm b'rata ta' pitting ta '0.005 mm / siegħa jipprovdi 400 siegħa għal perforazzjoni; ħajt ta '3.0 mm jipprovdi 600 siegħa; ħajt ta '4.0 mm jipprovdi 800 siegħa. Peress li r-rati tal-pitting huma għoljin, ħitan eħxen joffru benefiċċju limitat. L-aħjar soluzzjoni hija li tipprevjeni l-kondensazzjoni permezz tat-tisħin- taż-żona tal-fwar jew it-tisfija tal-gass, li tippermetti ħxuna tal-ħajt standard.
Penali Termali ta' Ħitan Eħxen
Soluzzjonijiet ta 'metabisulfite tas-sodju f'10% u 70 grad għandhom konduttività termali ta' madwar 0.55–0.60 W/(m·K)-simili għall-ilma. Għal ħajt ta' 1.5 mm, R_cond=0.00109; għal ħajt ta' 3.0 mm, R_cond=0.00217. B'h=800 W/(m²·K), U tinżel minn 427 għal 292 W/(m²·K), tnaqqis ta' 32%. Ħitan irqaq huma preferuti għall-effiċjenza fl-enerġija.
Matriċi tal-Għażla Ibbażata fuq Xenarju-
| Xenarju ta' Applikazzjoni u Parametri Operattivi | Ħxuna tal-Ħajt Rakkomandata | Raġunar Ewlieni b'Kummerċ Kwantifikat-Off |
|---|---|---|
| Ħoll tal-preservattiv tal-ikel (10% Na₂S₂O₅, 70 grad, kontinwu, fwar-żona msaħħna) | 1.5 – 2.0 mm, grad standard, fjamma-illustrat | Korrużjoni likwida negliġibbli. It-tisħin ta'-żona tal-fwar jipprevjeni l-ħofor. Ħajt irqiq għall-effiċjenza enerġetika. U ≈ 450 W/(m²·K). |
| Banju ta 'aġent li jnaqqas (15% Na₂S₂O₅, 75 grad, tank miftuħ, mingħajr kontroll tal-fwar) | 2.5 – 3.0 mm, b'tarka tal-fwar | SO₂ pitting severa. Ħajt eħxen jipprovdi protezzjoni lineari, iżda l-ilqugħ tal-fwar huwa aktar effettiv. U ≈ 350 W/(m²·K). |
| Metabisulfite ta'-temperatura baxxa (60 grad, 5%, sistema magħluqa) | 1.5 mm, kif-miġbud | Evoluzzjoni baxxa ta' SO₂. Korrużjoni negliġibbli. U ≈ 480 W/(m²·K). |
Modifiki Kumplimentari tad-Disinn: Vapor-zone heating (keeping upper sheath >70 grad ) jipprevjeni l-kondensazzjoni ta 'SO₂. It-tindif tan-nitroġenu jiknes il-gass SO₂. Ventilazzjoni tajba tneħħi SO₂ mill-ispazju tar-ras tat-tank. Iż-żamma ta 'pH newtrali (żieda ta' buffer) tnaqqas ir-rilaxx ta 'SO₂. Wiċċ illustrat inaqqas l-adeżjoni tad-depożitu. Tindif perjodiku b'NaOH dilwit ineħħi l-qxur tas-sulfit.
