En hidróxido de sodio al 25% a 90 grados, la sílice (SiO₂) reacciona con el titanio para formar titanato de sodio (Na₂TiO₃) y escamas de silicato de sodio. Estas básculas tienen una conductividad térmica muy baja, de 0,5 a 1,5 W/m·K, en comparación con los 21,9 W/m·K del titanio. La concentración máxima de sílice permitida para evitar la formación de incrustaciones aislantes es de 50 ppm. Por encima de 50 ppm, el espesor de las incrustaciones supera los 0,1 mm en 500 horas, lo que provoca una pérdida significativa por transferencia de calor. Las incrustaciones se forman mediante la reacción: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.

El mecanismo de formación de incrustaciones de titanato de sodio

A 90 grados en solución cáustica, el titanio forma una fina capa pasiva de TiO₂. La sílice se disuelve como iones de silicato (SiO₃²⁻). El silicato y el titanato reaccionan para formar una incrustación mixta de titanato-silicato de sodio. La incrustación crece por difusión de Ti⁴⁺ y Si⁴⁺ a través de la incrustación existente. Una vez formada, la cal es dura, adherente y aislante. Las incrustaciones no se pueden eliminar mediante limpieza con ácido sin atacar el metal base de titanio.

Formación de incrustaciones cuantitativas en función de la concentración de sílice

Las pruebas controladas en NaOH al 25 % a 90 grados durante 500 horas han establecido lo siguiente para el titanio de grado 2. A 0 ppm de sílice, el espesor de las incrustaciones es de 0 µm, la composición de las incrustaciones es nula y la reducción de la transferencia de calor es del 0%. Con 10 ppm de sílice, el espesor de las incrustaciones es de 5 a 15 µm, la composición es silicato de sodio y la reducción de la transferencia de calor es de 2 a 5%. A 25 ppm, el espesor es de 15 a 40 µm, la composición es una mezcla de silicato/titanato y la reducción es del 5 al 15%. A 50 ppm, el umbral crítico, el espesor es de 40 a 80 µm, la composición es titanato de sodio dominante y la reducción es de 15 a 30%. A 100 ppm, el espesor es de 80 a 150 µm, la composición es de titanato espeso y la reducción es del 30 al 50%. A 250 ppm, el espesor es de 150 a 300 µm, la composición tiene muchas incrustaciones y la reducción es del 50 al 70%.

Influencia de la temperatura y la concentración de NaOH en la tolerancia a la sílice

La concentración máxima permitida de sílice disminuye al aumentar la temperatura y la concentración de NaOH. A 70 grados y 25% de NaOH, la sílice permitida para<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.

Guía de control de sílice y prevención de incrustaciones

La siguiente tabla proporciona recomendaciones para la concentración máxima permitida de sílice y las acciones para calentadores de titanio de grado 2 en NaOH al 25 % a 90 grados.

Ingeniería más allá del control de la concentración de sílice

El grado de titanio no previene la formación de incrustaciones, pero el grado 7 tiene una mejor resistencia a la corrosión bajo-incrustaciones. El espesor de la pared proporciona un margen de transferencia de calor; una pared más gruesa tiene un ΔT de referencia más alto, por lo que el porcentaje de reducción para un espesor de escala determinado es ligeramente menor. El acabado de la superficie del tubo afecta la adhesión de incrustaciones; Las superficies electropulidas (Ra por debajo de 0,3 µm) permiten una eliminación más sencilla de las incrustaciones. Se debe utilizar agua desionizada para la composición cáustica-para evitar la contaminación por sílice. Un suavizante de intercambio catiónico elimina la sílice. La solución cáustica debe filtrarse a través de un filtro de 1 µm para eliminar las partículas de sílice suspendidas.

Hacer una especificación informada

Para un calentador de titanio de grado 2 en NaOH al 25 % a 90 grados, mantenga la concentración de sílice por debajo de 20 ppm para proporcionar un margen de seguridad por debajo del umbral de escala de 50 ppm. Utilice agua desionizada para el maquillaje-y controle la sílice semanalmente mediante análisis colorimétrico. Si la sílice excede las 30 ppm, diluya la solución cáustica con agua desionizada o reemplácela por completo. Para calentadores existentes con incrustaciones de sílice, elimine las incrustaciones mecánicamente con un cepillo de nailon; no utilice HF o HCl para la limpieza. Al controlar la concentración de sílice por debajo de 30 ppm, el ingeniero evita la formación de incrustaciones de titanato de sodio en el aislamiento en servicios cáusticos calientes.