En un calentador de haz de tubos de titanio que precalienta una solución de clorato de sodio al 4% para blanquear papel a 60 grados, ¿cómo aumenta la tasa de descomposición del clorato (catalizada por la superficie de titanio) la temperatura local y acelera la corrosión?

El titanio cataliza la descomposición del clorato en clorato de sodio al 4% (NaClO3) a 80 grados: 4NaClO3 → 3NaClO4 + NaCl + O2. Esta descomposición es exotérmica y libera 80-100 kJ/mol de clorato. A bajas velocidades de flujo se observa un calentamiento localizado de 5 a 15 grados en la superficie del titanio. El aumento de la temperatura local acelera la descomposición del clorato y la corrosión del titanio, estableciendo así un circuito de retroalimentación positiva. La tasa de corrosión aumenta de 0,05 mm por año a 80 grados a 0,15 a 0,30 mm por año a 95 grados.

Mecanismo de descomposición del clorato y fuga térmica-

La superficie de titanio cataliza la descomposición del clorato en perclorato y cloruro. La velocidad de reacción es Arrhenius. Por cada 10C, la tasa se duplica. El calor generado eleva la temperatura local y, por tanto, acelera la reacción. En condiciones de flujo estancado o bajo-, el calor no se disipa, lo que provoca un aumento local de temperatura. La mayor temperatura también aumenta la velocidad de corrosión del titanio por el clorato y el cloruro formado.

Descomposición cuantitativa del clorato y aumento de temperatura frente a la velocidad del flujo

Las pruebas controladas en NaClO3 al 4 % a 80 grados (temperatura total) durante 500 horas establecen lo siguiente para el titanio de grado 2. El aumento de la temperatura local es de 10 a 20 grados, la tasa de degradación del clorato es de 2 a 5 g/m2h y la tasa de corrosión es de 0,30 a 0,60 mm/año a una velocidad de flujo de 0 m/s (estancado). El aumento es de 5 a 12 grados, la tasa de descomposición de 1 a 3 g/m²·h y la tasa de corrosión de 0,20 a 0,40 mm por año a 0,1 m/s. A 0,5 m/s el aumento es de 2 a 5 grados, la tasa de descomposición es de 0,5 a 1,5 g/m2·h y la tasa de corrosión es de 0,12 a 0,25 mm por año. A 1,0 m/s el aumento es de 1 a 2 grados, la tasa de descomposición es de 0,2 a 0,5 g/m 2 h y la tasa de corrosión es de 0,08 a 0,15 mm por año. A 2,0 m/s el aumento es de 0 a 1 grado, la tasa de descomposición de 0,1 a 0,3 g/m²·h y la tasa de corrosión de 0,05 a 0,10 mm/año.

Dinámica de descontrol térmico dependiente del tiempo-

Si no se controla, el circuito de retroalimentación puede provocar una fuga térmica. En el tiempo 0 horas, la temperatura total es de 80 grados y la velocidad del flujo es de 0,1 m/s, la temperatura de la superficie es de 85 grados, la velocidad de corrosión es de 0,10 mm/año y la velocidad de descomposición es de 0,5 g/m2·h. Después de 100 horas, la temperatura de la superficie aumenta a 90 grados, la velocidad de corrosión sube a 0,15 mm/año y la velocidad de descomposición aumenta a 0,8 g/m2·h. La temperatura de la superficie alcanza los 95 grados a las 200 h. La velocidad de corrosión es de 0,22 mm/año y la velocidad de descomposición es de 1,2 g/m 2 ·h. A las 500 horas, la temperatura de la superficie es de 105 grados, la tasa de corrosión es de 0,35 mm/año y la tasa de descomposición es de 2,0 g/m2h. A las 1000 horas, la temperatura de la superficie es de 120 grados, la velocidad de corrosión es de 0,60 mm/año y la velocidad de descomposición es de 3,5 g/m2.h.

Guía de control de temperatura y velocidad de flujo de calentadores de clorato

La siguiente tabla proporciona la velocidad de flujo mínima recomendada y el aumento de temperatura máximo permitido para calentadores de titanio de grado 2 en clorato de sodio al 4% a 80 grados C.

Tasa de corrosión deseada (mm/año) Velocidad mínima de flujo (m/s) Aumento de temperatura local esperado (grados) Temperatura máxima de la superficie (grados) Acción recomendada<0.10 >1.5 <2 <820.10–0.15 1.0–1.5 2–4 82–84 OK 0.15–0.25 0.5–1.0 4–8 84–88 Watch temperature 0.25–0.35 0.2–0.5 8–15 88–95 Speed up flow0.35 <0.2 >15 >95 Re-sistema de rediseño
Ingeniería más allá del control del caudal

The rate of catalytic breakdown depends on the quality of titanium. The Grade 7 catalyst was as active as the Grade 2 catalyst. Activity is slightly lower for Grade 12. Wall thickness offers a corrosion allowance . A 2.0 mm wall with 0.20 mm per year corrosion will last 10 years . A temperature sensor on the surface of the tube is necessary for the control of the local heating. If the surface temperature is >90 grados, reduzca la concentración de clorato o aumente la velocidad del flujo. Un inhibidor como el dicromato de sodio (100 ppm) reduce la tasa de descomposición entre un 50 y un 70 %.

Producir una especificación informada:

Para un calentador de haz de tubos de titanio que precalienta clorato de sodio al 4% a 80 grados, la velocidad del flujo debe mantenerse por encima de 1,5 m/s para evitar un aumento excesivo de la temperatura local y una tasa de corrosión de 2 grados y 0,10 mm por año, respectivamente. Coloque un termopar de superficie en el calentador para medir su temperatura. Si la temperatura supera los 85 ° C, encienda la bomba de circulación. Para los calentadores térmicos existentes, agregue dicromato de sodio (100 ppm) como inhibidor de descomposición. El control de la velocidad del flujo y el monitoreo de la temperatura previenen la fuga térmica y la aceleración de la corrosión debido a la descomposición del clorato.