En un calentador eléctrico de titanio utilizado para mantener 110 grados en una solución de sorbitol al 60 %, ¿cómo cataliza el contenido de azúcar reductor (0,1 % frente a . 1 %) la complejación de los iones de titanio y acelera la corrosión general?
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Las soluciones de sorbitol en una concentración del 60 % y una temperatura de 110 grados se emplean como humectantes y edulcorantes en aplicaciones farmacéuticas y alimentarias. El sorbitol, obtenido de la hidrólisis del almidón, suele estar contaminado con azúcares reductores como la glucosa y la fructosa. La tasa de corrosión del titanio en un 0,1% de azúcar reductor es de 0,01 a 0,03 mm/año. La tasa aumenta a 0,08-0,15 mm/año con una disminución del 1,0% del azúcar. La catálisis de la complejación de iones de titanio mediante azúcares reductores se produce mediante la creación de complejos estables de titanio-azúcar. Los compuestos dificultan la formación de una capa protectora pasiva dando como resultado una corrosión acelerada uniforme.
Dextrosa-Mecanismo de corrosión acelerada
Titanium ions (Ti⁴⁺) have a considerable affinity for hydroxyl and carbonyl moieties. Reducing sugars have several vicinal hydroxyl groups in cis configuration which act as bidentate ligands. The reaction is Ti4+ + 3C6H12O6 -->[Ti(C6H12O6)3]4+ Este complejo soluble extrae Ti4+ de la superficie del metal inmediatamente después de su formación, evitando así la formación de una capa protectora de TiO2. La corrosión es homogénea y por difusión controlada. La tasa de complejación y la tasa de corrosión en estado estacionario-aumentan con la creciente concentración de azúcar reductor.
Tasa de corrosión cuantitativa versus contenido de azúcar reductor
Se ha establecido lo siguiente para pruebas controladas de titanio Grado 2 en 60% de sorbitol con contenido variado de azúcar reductor a 110oC durante 1000 horas. La liberación de titanio a partir del 0% de azúcar reductor (sorbitol puro) es de 0,5 a 1,0 ppm y la velocidad de corrosión es de 0,005 a 0,010 mm/año con una superficie brillante. Con un 0,1% de azúcar reductor, la liberación de Ti es de 2 a 5 ppm, la velocidad de corrosión es de 0,01 a 0,03 mm/año y se observa un ligero grabado. Con un 0,5 % de azúcar reductor, la liberación de Ti es de 10 a 20 ppm y la velocidad de corrosión es de 0,05 a 0,10 mm/año. Se observa un grabado uniforme. La liberación de Ti con un 1,0 % de azúcar reductor es de 20 a 40 ppm, una tasa de corrosión de 0,08 a 0,15 mm/año y una superficie mate uniforme. La liberación de Ti es de 40 a 80 ppm, la velocidad de corrosión es de 0,15 a 0,25 mm por año y se produce un grabado severo con un 2,0 % de azúcar reductor.
Efecto de la temperatura y la concentración de sorbitol sobre la tasa de complejación
La tasa de complejación es similar a la de Arrhenius-con una energía de activación de 50 kJ mol-1. A 80 grados y 1 % de azúcar reductor, la tasa de corrosión es de 0,03 a 0,06 mm por año. La tasa a 100 grados es de 0,06 a 0,12 mm/año. A 110 grados, la tasa es de 0,08 a 0,15 mm por año. La tasa es de 0,12 a 0,22 mm/año a 120 grados. La tasa también depende del contenido de sorbitol, y al 50% de sorbitol con 1% de azúcar reductor y 110 grados la tasa es de 0,06 a 0,12 mm/año. 60% de sorbitol, la tasa es de 0,08 a 0,15 mm por año. Con 70% de sorbitol, la tasa es de 0,10 a 0,20 mm/año. El mayor porcentaje de sorbitol mejora la viscosidad, mientras que el mayor contenido de azúcar controla la velocidad de corrosión.
Guía para la reducción de azúcar en calentadores de sorbitol
La siguiente tabla proporciona el contenido máximo permitido de azúcar reductor para calentadores de titanio de Grado 2 y Grado 7 en 60 % de sorbitol a 110 grados en función de la vida útil prevista y la tasa de corrosión aceptable.
Required Service Life (years) Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 2 Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 7 Predicted Corrosion Rate (mm/year)Recommended Action >10 <0.2 <0.5 <0.03 None 5-10 0.2-0.5 0.5-1.0 0.03-0.08Annual monitoring 3–5 0.5–1.0 1.0–2.0 0.08–0.16Use Grade 7 1-3 1.0-1.5 2.0-3.0 0.15-0.25 Lower temperature to 100°C <1 >1.5 >3.0 >0,25 Purificar sorbitol
Ingeniería más allá del control del azúcar
El grado de titanio tiene un gran efecto sobre la resistencia a la formación de complejos con azúcar. El grado 7 (estabilizado con paladio) tiene tasas de corrosión 2-3 veces más bajas que el grado 2 con la misma concentración de azúcar reductor. El espesor de la pared ofrece un margen de corrosión; Una pared de 2,0 mm con una corrosión de 0,10 mm/año tiene una duración de 20 años. El sorbitol debe elaborarse a partir de glucosa de alta pureza para reducir la concentración de azúcar reductor. Después de la fabricación, la solución de sorbitol se hidrogena para reducir los azúcares reductores restantes. Reducción química de azúcares reductores mediante la adición de borohidruro de sodio al 0,1%. Una capa de nitrógeno disminuye la entrada de oxígeno. La entrada de oxígeno ralentiza la reacción de corrosión.
Especificando con confianza
60 % de sorbitol, 110 grados, calentador eléctrico de titanio Cantidad máxima de azúcares reductores: 0,2 % para el grado 2 o 0,5 % para el grado 7 Exija que el proveedor de sorbitol certifique el contenido de azúcar decreciente del sorbitol. Para los calentadores existentes, determine el contenido de azúcar reductor semanalmente con solución de Fehling o HPLC. Si el azúcar reductor está por encima del límite, reduzca el azúcar reductor con borohidruro de sodio al 0,1% o reduzca la temperatura a 100 grados. El ingeniero utiliza el control del nivel de azúcar reductor por debajo del nivel crítico para evitar la formación de complejos de iones de titanio y mantener una tasa de corrosión uniforme baja en el servicio de sorbitol caliente.
