Liema Konċentrazzjoni Massima Permissibbli ta 'Aċidi Organiċi (Aċetiku/Formic) f'Temperatura Bulk ta' 100 grad Tipprevjeni l-Korrużjoni Ġenerali ta 'Għatijiet tal-Heater ta' 316 Stainless Steel fl-Effluwenti tal-Ipproċessar tal-Ikel

Limitu tal-Korrużjoni tal-Aċidu Organiku għall-Applikazzjonijiet tal-Ikel u l-Bijoproċess

The maximum permissible concentration for the general corrosion resistance for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes used in food processing, beverage production or bioprocess effluent heating – where organic acids such as acetic acid (CH 3 COOH) and formic acid (HCOOH) are present from fermentation, cleaning in place (CIP) solutions or food degradation products – is not a single value but depends strongly on temperature, pH and the presence of oxygen. 316 stainless steel is passive in concentrations of acetic acid up to around 10-15% at neutral pH and up to 20-25% at pH >5 at 100°C (boiling water temperature). However, formic acid is more aggressive. Active corrosion at rates of 0.1-0.5 mm/year is possible at 100°C at concentrations >1-2%. Għal sistemi ta' aċidi organiċi mħallta (eż. brodijiet ta' fermentazzjoni li fihom żewġ aċidi), ir-rata ta' korrużjoni tista' tkun darbtejn sa ħames darbiet ogħla milli għall-aċidi individwali. Dan l-artikolu jikkalkula l-limiti tal-konċentrazzjonijiet ta' aċidu organiku għal transizzjoni passiva-għal attiva ta' 316 f'100 grad .

316 Mekkaniżmu ta 'Korrużjoni ta' l-Azzar Stainless ta 'Aċidu Organiku

Organic acids are weak acids that do not entirely dissociate like mineral acids (e.g. HCl, H 2 SO 4 ). Their corrosiveness to 316 is a function of the undissociated molecule form which penetrates the passive film more readily than the dissociated anion. Acetic acid (pKa=4.76) is weakly corrosive below 10-15% concentration as the passive film remains stable. Formic acid is more aggressive as it is lower pKa (more dissociated) and the formate ion can form soluble complexes with chromium, pKa = 3.75. At higher temperatures (>80 grad ) id-dissoċjazzjoni ta 'aċidi organiċi togħla u wkoll ir-rata ta' diffużjoni ta 'speċi ostili għall-wiċċ tal-metall. L-ossiġnu (kundizzjonijiet effervexxenti) normalment jippromwovi l-passività, filwaqt li l-kundizzjonijiet ta 'deaerated (anaerobiċi) jinkoraġġixxu korrużjoni attiva. Livelli baxxi ta 'ossiġnu fl-effluwenti ta' l-ipproċessar ta 'l-ikel huma komunement ikkawżati minn domanda ta' ossiġnu bijoloġiku.

Limiti kwantifikati għall-korrużjoni ġenerali f'100 grad

Ir-rati ġenerali ta 'korrużjoni għall-istainless steel 316 ġew stabbiliti minn testijiet ta' immersjoni kkontrollati f'soluzzjonijiet ta 'aċidu organiku effervexxenti u deaerated f'100 grad għal 1,000 siegħa.

Konċentrazzjoni ta' Aċidu Organiku (wt%) pH (madwar 100 grad) Rata ta' korrużjoni bl-ossiġnu maħlul (mm/sena) Rakkomandat għal Ħin ta' Servizz ta' 100 grad sa 0.2 mm Telf tal-metall (hr)
Aċetiku<5 >4.0 Bil-gass<0.02 >10,000 Iva
Aċetiku 5-10 3.5-4.0 bil-gass 0.02-0.05 4,000-10,000 Iva
Aċetiku 10-15 3.0-3.5 bil-gass 0.05-0.10 2,000-4,000 Aċċettabbli
Aċetiku 15-20 2.8-3.0 Erjat 0.10-0.20 1,000-2,000 Marġinali
Aċetiku 20-25 2.6-2.8 Bil-gass 0.20-0.35 600-1,000Mhux rakkomandat
Acetic >25 <2.6 Aerated >0.35 <600 Unacceptable
Bil-gass<0.02 >10,000 Iva Formic<0.5 >3.5
Formiku 0.5-1.0 3.0-3.5 effervexxenti 0.03-0.08 2,500-7,000 Aċċettabbli
Formiku 2.7-3.0 1.0-2.0 arja 1,000-2,500 0.08-0.20 marġinali
Formic 2.0-3.0 2.5-2.7 Aerat 0.20-0.40 500-1,000Mhux rakkomandat
Formic >3.0 <2.5 Aerated >0.40 <500 Unacceptable
Aċetiku (10%) + Formiku (0.5%) Imħallat 2.8-3.2 Bil-gass 0.15-0.30 700-1,300 Mhux rakkomandat (sinerġija)
Kwalunkwe forma ta' aċidu organiku<2.5 Aerated >0.30 <700 Not acceptable
Kwalunkwe aċidu organiku Kull Kwalunkwe Deaerated (<0.5 ppm O₂) 2-5× aerated rate 2-5× quicker Unacceptable for most
Effett Sinerġistiku ta 'Aċidi Organiċi Imħallta

L-ipproċessar tal-ikel reali u l-effluwenti tal-fermentazzjoni rari jinkludu aċidu organiku wieħed. L-impatt sinerġiku tal-aċidi aċetiċi u formiċi huwa kkawżat minn bidla fil-pH u l-produzzjoni tal-kumplessi mħallta.

Aċidu Formiku (w%) Aċidu Aċetiku (w%) Ekwivalenti Uniku-Konċentrazzjoni Aċidu Rata ta' Korrużjoni (mm/sena, effervexxenti) pH (100 grad ) Konċentrazzjoni Magħquda Il-pass li jmiss Rakkomandat
5 0.1 5.1 3.5 0.05 8% acetic Acceptable 5 0.5 5.5 3.2 0.12 15% acetic Marginal 5 1.0 6.0 3.0 0.25 >20% aċetiku Mhux rakkomandat
10 0.1 10.1 3.2 0.10 12% Marġinali aċetiku 10 0.5 10.5 2.9 0.30 InaċċettabbliLe 10 1.0 11.0 2.7 0.60 Inaċċettabbli Le
Speċifikazzjonijiet Prattiċi tal-Kimika tal-Ilma għall-Ipproċessar tal-Ikel tad-Dranaġġ

Il-limitazzjonijiet tal-aċidu organiku li ġejjin huma rrakkomandati għal 316-il heater miksi fl-ipproċessar tal-ikel jew it-tisħin tal-effluwent tal-bijoproċess f'100 grad.

Applikazzjoni Aċidi Organiċi Komuni Misjuba Max. Aċidu Organiku Totali (wt%) Aċidu Formiku Individwali Massimu % wt pH issuġġerit (f'100 grad) Ħajja tal-Heater Pproġettata (Snin)
Lactic acid (dairy waste)Lactic (not covered) 5 N/A >4.5 >10
Concentrated fruit juice (citric/malic acid)Citric, malic 8 N/A >4.0 8-12 Acetic fermentation brothAcetic 10 N/A >3.5 5 sa 10
Vinegar and WinemakingAcetic 15 N/A >3.0 3-6 (osserva)
Food waste digestate Mixed (acetic + formic) 5 0.3 >3.5 5-8
High-formic effluents Formic 2 2 >3.0 2-4 (il-fruntiera)
Identifikazzjoni tal-Qasam tal-Korrużjoni tal-Aċidu Organiku

Ħiter 316 fl-effluwent tal-ipproċessar tal-ikel falla minħabba korrużjoni tal-aċidu organiku, li jirriżulta f'inċiżjoni tal-wiċċ ġenerali omoġenja mingħajr fosos diskreti. Il-wiċċ jista 'jidher matt, griż jew ġlata u l-ħxuna tal-ħajt titbaxxa b'mod konsistenti. Il-prodotti tal-korrużjoni huma spiss solubbli u ma jiffurmawx skala viżibbli. Il-kimika tal-effluwent se tkun ikkaratterizzata minn konċentrazzjonijiet totali ta 'aċidu organiku fuq il-kriterji, u pH taħt 3.0-3.5. Għall-aċidu formiku l-mod tas-soltu ta 'falliment huwa traqqiq wiesa' mingħajr pitting, iżda għall-aċidu aċetiku huwa traqqiq flimkien ma 'xi attakk lokalizzat fil-konfini tal-qamħ. Ir-rimedju huwa li titnaqqas il-konċentrazzjoni ta 'aċidi organiċi (b'dilwizzjoni jew newtralizzazzjoni), iżżid il-pH (billi żżid idrossidu tas-sodju jew bikarbonat tas-sodju biex tgħolli l-pH 'il fuq minn 4.0-4.5), jew taġġorna għal liga aktar reżistenti għall-korrużjoni bħal Alloy 20 jew Alloy 825.

Kontroll tal-Proċess u Strateġiji ta' Newtralizzazzjoni

Jekk it-tnaqqis tal-konċentrazzjonijiet ta' aċidu organiku ma jistax jinkiseb ekonomikament, it-tekniki ta' mitigazzjoni li ġejjin jistgħu jestendu l-ħajja tal-heater:

Aġġustament tal-pH: Aġġusta l-pH għal 4.5-5.5 b'idrossidu tas-sodju jew karbonat tas-sodju. Ir-rata ta 'korrużjoni tonqos b'madwar 50% għal 0.5 unità pH fuq 3.5.

Arjazzjoni: Żomm DO fi 2-3 ppm jew ogħla. L-arjazzjoni twassal għal passivazzjoni, filwaqt li t-tneħħija tal-arja żżid ir-rata ta 'korrużjoni attiva b'2-5 darbiet.

Temperatura aktar baxxa: It-tħaddim f'80C minflok 100C inaqqas ir-rata ta 'korrużjoni b'60-80% (enerġija ta' attivazzjoni ~ 50 kJ/mol).

Aġġornament tal-liga: Liga 825 (42Ni - 21Cr - 3Mo) jew Liga 20 (32Ni - 20Cr - 2Mo - Cu) għandhom 5-10 × reżistenza akbar għall-aċidi organiċi minn 316.

Konklużjoni: Limiti ta 'Aċidu Organiku f'100 grad 316

For 316 stainless steel encased heaters in food processing effluents at 100°C, the maximum permitted acetic acid concentration for >5 year life is 10-15% at aerated conditions and pH>3.5. L-aċidu formiku huwa 3-5 × aktar aggressiv, max 1-2% għal servizz sodisfaċenti. Korrużjoni sinerġistika minn aċidi organiċi mħallta. Aċidu organiku totali > 5-6% (inkluż > 0.3-0.5% formiku) jikkawża prestazzjoni marġinali. 316 għantijiet għal tħaddim b'aċidi organiċi jeħtieġu li l-inġinier jirċievi analiżi sħiħa tal-aċidu (tip u konċentrazzjoni) u pH f'temperatura operattiva meta jispeċifika. Jekk il-konċentrazzjonijiet jaqbżu l-kriterji, huwa meħtieġ aġġustament tal-pH, arjazzjoni jew titjib tal-liga. Il-metodoloġija żviluppata hawn tirrelata kontenut ta 'aċidu organiku ma' rati ta 'korrużjoni ġenerali li jistgħu jitkejlu f'100 grad u tipprovdi lix-xerrejja bl-għażla li jispeċifikaw 316 għant jew jissostitwixxu ligi alternattivi għall-ipproċessar tal-ikel u applikazzjonijiet ta' tisħin tal-bijoproċess.