في أي مزيج محدد من تركيز الحمض العضوي ودرجة حرارة سطح الغلاف، يتحول غمد الفولاذ المقاوم للصدأ 316 مقاس 1.6 ملم من التآكل السلبي إلى التآكل النشط في خدمة حمض الأسيتيك للمفاعلات الصيدلانية؟
ترك رسالة
غالبًا ما يستخدم مهندسو العمليات الذين يقومون بتطوير سخانات غاطسة كهربائية للمفاعلات الصيدلانية وأوعية تجهيز الأغذية حمض الأسيتيك كمذيب ووسط تفاعل. تُظهر الأحماض العضوية (مثل الخليك) سلوكًا معقدًا للتآكل على الفولاذ المقاوم للصدأ 316، على عكس الأحماض المعدنية، مع وجود مناطق سلبية بتركيزات منخفضة وتآكل نشط بتركيزات متوسطة. يمكن إزاحة الانتقال النشط-السلبي بشكل كبير من خلال وجود الكلوريدات النزرة أو الأكسجين. ستكون الخدمة الصيدلانية النموذجية عبارة عن جدار بسمك 1.6 مم للسماح بسمح بالتآكل وقابلية التنظيف. يعرض هذا البحث مزيجًا من تركيز حمض الأسيتيك ودرجة حرارة سطح الغلاف حيث يتغير الغلاف 316 مقاس 1.6 مم من التآكل السلبي إلى التآكل النشط في خدمة المفاعل الصيدلاني.
تآكل 316 في حمض الخليك
تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بواسطة حمض الأسيتيك له نمط معين. في السوائل المخففة بتركيزات أقل من 10% ودرجات حرارة أقل من 80 درجة، يظل 316 سلبيًا بمعدلات تآكل <0.05 مم سنويًا. في نطاق التركيز 10%-50%، يكون الفيلم السلبي غير مستقر ويمكن أن تصل معدلات التآكل إلى 0.5-2.0 ملم/سنة، اعتمادًا على درجة الحرارة ومحتوى الأكسجين. يتم تقليل تركيز حمض الأسيتيك الذي يزيد عن 50% ويتم تخميل 316 مرة أخرى بمعدلات أقل من 0.1 مم/سنة. يؤدي وجود الأكسجين أو الهواء في النظام إلى تحريك الانتقال إلى تركيزات أكبر من خلال الحفاظ على ظروف الأكسدة. تتراوح تركيزات حمض الأسيتيك في المفاعلات الصيدلانية من محاليل الغسل المخففة إلى وسط التفاعل المركز. تحدد درجة حرارة سطح الغلاف ما إذا كان المدفأة في الوضع السلبي أو النشط. نظرًا لكثافة الواط، تكون درجة الحرارة هذه عادةً أعلى بمقدار 10-25 درجة من درجة حرارة الحمض السائب.
1.6 ملليمتر غمد حدود الانتقال الحرجة ل
تتسبب مجموعات التركيز ودرجة حرارة سطح الغلاف التالية في الانتقال السلبي إلى النشط من اختبار الغمر لـ 316 عينة في حمض أسيتيك مع محتوى أكسجين منظم (نموذجي للمفاعلات الصيدلانية ذات المساحة الرأسية الهوائية).
تركيز حمض الأسيتيك (بالوزن٪) درجة حرارة الانتقال من السلبي إلى النشط (في الهواء)السلبي المنزوع الهواء-إلى-درجة الحرارة الانتقالية النشطةأقصى درجة حرارة سطح الغلاف المسموح بها للتشغيل السلبي معدل التآكل المتوقع في الوضع النشط
< 5% > 100°C > 90°C 95°C .3 -.6 mm/year 5 - 10% 90 - 100°C 80 - 90°C 85°C .5 - 1.0 mm/year
10 – 15% 80 – 90 درجة 65 – 75 درجة 75 درجة 0.8 – 1.5 ملم/ سنة 15 – 20% 70 – 80 درجة 55 – 65 درجة 65 درجة 1.0 – 2.0 ملم/ سنة 20 – 30% 60 – 70 درجة 45 – 55 درجة 55 درجة 1.5 – 2.5 ملم/سنة
30-40% 50-60 درجة 35-45 درجة 45 درجة 1.5-2.5 ملم/سنة 40-50% 45-55 درجة 30-40 درجة 40 درجة 1.0-2.0 ملم/سنة
50 – 60% 55 – 65 درجة 40 – 50 درجة 50 درجة 0.5 – 1.0 ملم/ سنة
أكثر من 60% أكثر من 80 درجة أكثر من 65 درجة 75 درجة 0.2 - 0.5 ملم/سنة
بالنسبة لمفاعل صيدلاني يحتوي على 15% حمض أسيتيك عند درجة حرارة كتلة 60 درجة مع غلاف 1.6 مم عند 8 وات/سم2 (زيادة 20 درجة) تكون درجة حرارة سطح الغلاف 80 درجة. وهذا يتجاوز الحد المسموح به وهو 75 درجة للحمض بنسبة 15% وسيكون السخان في نظام التآكل النشط بمعدلات متوقعة تبلغ 1 - 2 ملم سنويًا. "1-2 سنة لثقب غمد 1.6 ملم." يؤدي خفض كثافة الواط إلى 4 وات/سم 2 (ارتفاع 10 درجات) إلى الحفاظ على سطح الغلاف عند 70 درجة، تحت عتبة 75 درجة، والعودة إلى التشغيل السلبي، مما يوفر 10+ عمرًا.
مظروف التشغيل الآمن للغلاف مقاس 1.6 مم في خدمة حمض الأسيتيك
يوضح الجدول أدناه الحد الأقصى لدرجة الحرارة الآمنة لكتلة حمض الأسيتيك لغلاف 1.6 مم 316 عند نطاق من كثافات الواط للظروف الهوائية النموذجية للمفاعلات الصيدلانية ذات المساحة الرأسية الهوائية.
تركيز حمض الأسيتيك كثافة الواط 4 وات/سم² (ارتفاع 10 درجة) كثافة الواط 6 وات/سم² (ارتفاع 15 درجة) كثافة الواط 8 وات/سم² (ارتفاع 20 درجة) كثافة الوات 10 وات/سم² (ارتفاع 25 درجة)
<5% Safe to 85°C Safe to 80°C Safe to 75°C Safe to 70°C
5 – 10% آمن حتى 80 درجة آمن حتى 75 درجة آمن حتى 70 درجة آمن حتى 65 درجة
10 – 15% آمن حتى 75 درجة آمن حتى 70 درجة آمن حتى 65 درجة آمن حتى 60 درجة 15 – 20% آمن حتى 65 درجة آمن حتى 60 درجة آمن حتى 55 درجة آمن حتى 50 درجة 20 – 30% آمن حتى 55 درجة آمن حتى 50 درجة آمن حتى 45 درجة آمن حتى 40 درجة 30 – 40% آمن آمن حتى 45 درجة آمن حتى 40 درجة آمن حتى 35 درجة آمن حتى 30 درجة 40 - 50% آمن حتى 40 درجة آمن حتى 35 درجة آمن حتى 30 درجة آمن حتى 25 درجة
50 – 60% آمن حتى 50 درجة آمن حتى 45 درجة آمن حتى 40 درجة آمن حتى 35 درجة
>آمن بنسبة 60% حتى 70 درجة آمن حتى 65 درجة آمن حتى 60 درجة آمن حتى 55 درجة
يتجاوز الغلاف 1.6 مم عند 6 وات/سم² (سطح 70 درجة) الحد المسموح به وهو 55 درجة لمفاعل صيدلاني يحتوي على 20% حمض أسيتيك عند درجة حرارة كتلة 55 درجة. يجب خفض طاقة السخان إلى 4 وات/سم2 (سطح 65 درجة مئوية) أو أقل. حتى 10% من حمض الأسيتيك عند 60 درجة مئوية يؤدي إلى درجة حرارة سطح تبلغ 85 درجة مئوية عند 10 وات/سم2، وهو ما يتجاوز الحد الآمن البالغ 70 درجة مئوية لهذا التركيز.
تحسينات التصميم لاستمرار التشغيل السلبي
بالنسبة لظروف معالجة حمض الأسيتيك، تكون التركيزات ودرجات الحرارة قريبة من الحدود النشطة-السلبية، ويتم اقتراح ثلاثة تعديلات على التصميم للاحتفاظ بالتشغيل السلبي دون تعديل مادة الغلاف. الأول هو التأكد من وجود تهوية كافية. يعمل الأكسجين من الهواء أو من الرش على تحريك الانتقال السلبي-النشط إلى درجات حرارة أعلى بمقدار 10-15 درجة . سيكون للمفاعل الموجود تحت غطاء النيتروجين (منزوع الهواء) مقاومة للتآكل أقل بكثير من المفاعل الذي يحتوي على مساحة رأس هوائية. التعديل الثاني هو تقليل كثافة الواط إما عن طريق توسيع الطول الساخن أو باستخدام عدة سخانات. يمكن أن يؤدي انخفاض كثافة الواط بنسبة 20% إلى انخفاض درجة حرارة سطح الغلاف بمقدار 8-12 درجة، من النشط إلى السلبي. التغيير الثالث هو إضافة مانع التآكل. يمكن للكميات الصغيرة (50-200 جزء في المليون) من المواد الكيميائية المؤكسدة، مثل بيروكسيد الهيدروجين أو حمض النيتريك، تثبيت الطبقة السلبية في حمض الأسيتيك، مما يزيد من درجة حرارة الانتقال بمقدار 10-20 درجة . 316 وهو اختيار متوسط للمفاعلات الصيدلانية التي تتطلب تركيزات حمض الأسيتيك أعلى من 30% عند درجات حرارة أعلى من 50 درجة مستقلة عن كثافة الواط. في ظل هذه الظروف، يجب على المهندسين التحول إلى سبيكة أعلى، مثل سبيكة 20 أو سبيكة 825، والتي تحافظ على السلوك السلبي في حمض الأسيتيك عند درجات حرارة الغليان في جميع التركيزات. فرق التكلفة عادة ما يكون 30-50% أكثر من 316، ولكن عمر الخدمة يزيد من 1-2 سنة إلى 10-15 سنة. حدد التركيز الدقيق ودرجة حرارة الكتلة وظروف التهوية وكثافة الواط المتوقعة عند طلب سخانات لخدمة حمض الأسيتيك وقم بتقديم هذه المعلومات إلى المورد. الشركة المصنعة التي تقترح 316 لحمض الأسيتيك بنسبة 25% عند درجة 65 دون النظر في التحول السلبي النشط لا تقدم معلومات هندسية كاملة. التحول من التآكل السلبي إلى النشط في حمض الأسيتيك يعتمد على التركيز ويكون مفاجئًا. قد يستمر غمد 316 مقاس 1.6 مم أسفل العتبة مباشرةً لمدة 10 سنوات، في حين قد ينثقب غمد واحد فوق العتبة مباشرةً خلال 18 شهرًا. للحصول على مواصفات موثوقة، يلزم إجراء حساب دقيق لدرجة حرارة سطح الغلاف من كثافة الواط وظروف الحجم.
