Untuk insinyur proses yang bertanggung jawab atas pemanas perendaman listrik dalam produksi titanium dioksida melalui proses sulfat, konsentrasi asam sulfat 15–25% pada suhu 80–110 derajat adalah hal biasa selama tahap pencernaan dan hidrolisis. Selubung baja tahan karat 316 1,2 mm terkadang ditentukan untuk reaktor dengan ruang-terbatas, namun kombinasi konsentrasi tinggi, suhu tinggi, dan fluks panas dari kepadatan watt menciptakan kondisi korosi yang sangat agresif. Di bawah ambang batas tertentu, korosi umum menembus dinding 1,2 mm dalam waktu tiga bulan, sehingga memerlukan penggantian setiap tiga bulan. Artikel ini mengidentifikasi kombinasi suhu{11}}konsentrasi yang tepat saat selubung 1,2 mm 316 mencapai batas masa pakai tiga{14}}bulan.
Perilaku Korosi 316 pada Asam Sulfat Pekat pada Suhu Tinggi
Dalam konsentrasi asam sulfat 15-25% pada suhu di atas 80 derajat, baja tahan karat 316 berada dalam kondisi korosi aktif. Laju korosi tidak bersifat pasif tetapi aktif tinggi, berkisar antara 2 mm hingga 10 mm per tahun tergantung pada konsentrasi dan suhu yang tepat. Kisaran yang paling agresif adalah asam sulfat 18–22% pada suhu 90–100 derajat, yang jumlahnya bisa melebihi 15 mm per tahun. Untuk selubung 1,2 mm, ketebalan struktur minimum untuk menahan tekanan adalah sekitar 0,4 mm. Penetrasi korosi 0,8 mm (dari 1,2 mm menjadi 0,4 mm) terjadi dalam 3 bulan dengan laju korosi 3,2 mm per tahun. Ambang batas penggantian selama tiga-bulan tercapai ketika kombinasi konsentrasi asam dan suhu permukaan selubung menghasilkan laju korosi sekitar 3–5 mm per tahun.
Ambang Batas Penting untuk Masa Pakai Tiga-Bulan
Berdasarkan pengujian perendaman 316 sampel dalam asam sulfat pada konsentrasi dan suhu yang relevan dengan produksi titanium dioksida, kombinasi berikut menghasilkan masa pakai maksimum tiga-bulan untuk dinding 1,2 mm.
| Konsentrasi Asam Sulfat (Berat%) | Suhu Larutan Massal | Suhu Permukaan Selubung pada 6 W/cm² (kenaikan 12 derajat) | Laju Korosi yang Diharapkan pada Suhu Permukaan | Saatnya Mengurangi 1,2 mm menjadi 0,4 mm | Kehidupan Layanan hingga Penggantian |
|---|---|---|---|---|---|
| 15% | 80 derajat | 92 derajat | 1,5 – 2,5 mm/tahun | 0,3 – 0,5 tahun | 4 – 6 bulan |
| 15% | 85 derajat | 97 derajat | 2,5 – 4,0 mm/tahun | 0,2 – 0,3 tahun | 2,5 – 4 bulan |
| 15% | 90 derajat | 102 derajat | 4,0 – 6,0 mm/tahun | 0,13 – 0,20 tahun | 1,5 – 2,5 bulan |
| 18% | 75 derajat | 87 derajat | 2,0 – 3,0 mm/tahun | 0,27 – 0,40 tahun | 3 – 5 bulan |
| 18% | 80 derajat | 92 derajat | 3,0 – 5,0 mm/tahun | 0,16 – 0,27 tahun | 2 – 3,5 bulan |
| 18% | 85 derajat | 97 derajat | 5,0 – 8,0 mm/tahun | 0,10 – 0,16 tahun | 1,2 – 2 bulan |
| 20% | 70 derajat | 82 derajat | 2,5 – 4,0 mm/tahun | 0,20 – 0,32 tahun | 2,5 – 4 bulan |
| 20% | 75 derajat | 87 derajat | 4,0 – 6,0 mm/tahun | 0,13 – 0,20 tahun | 1,5 – 2,5 bulan |
| 20% | 80 derajat | 92 derajat | 6,0 – 10,0 mm/tahun | 0,08 – 0,13 tahun | 1 – 1,5 bulan |
| 22% | 65 derajat | 77 derajat | 3,0 – 5,0 mm/tahun | 0,16 – 0,27 tahun | 2 – 3,5 bulan |
| 22% | 70 derajat | 82 derajat | 5,0 – 8,0 mm/tahun | 0,10 – 0,16 tahun | 1,2 – 2 bulan |
| 22% | 75 derajat | 87 derajat | 8,0 – 12,0 mm/tahun | 0,07 – 0,10 tahun | 0,8 – 1,2 bulan |
| 25% | 60 derajat | 72 derajat | 3,0 – 5,0 mm/tahun | 0,16 – 0,27 tahun | 2 – 3,5 bulan |
| 25% | 65 derajat | 77 derajat | 5,0 – 8,0 mm/tahun | 0,10 – 0,16 tahun | 1,2 – 2 bulan |
| 25% | 70 derajat | 82 derajat | 8,0 – 12,0 mm/tahun | 0,07 – 0,10 tahun | 0,8 – 1,2 bulan |
Untuk reaktor destruksi titanium dioksida yang menggunakan asam sulfat 20% pada suhu curah 80 derajat dengan selubung 1,2 mm pada 6 W/cm², permukaan selubung mencapai kira-kira 92 derajat. Laju korosi yang diharapkan adalah 6–10 mm per tahun, mengurangi dinding 1,2 mm menjadi 0,4 mm dalam 1–1,5 bulan. Penggantian dalam waktu tiga{13}}bulan merupakan hal yang optimis; kehidupan sebenarnya mungkin 1–2 bulan.
Amplop Pengoperasian Aman untuk-Jadwal Penggantian Tiga Bulan
Tabel berikut memberikan suhu asam sulfat curah aman maksimum untuk selubung 1,2 mm 316 pada berbagai kepadatan watt untuk mencapai masa pakai setidaknya tiga bulan sebelum pengurangan dinding menjadi 0,4 mm memerlukan penggantian.
| Kepadatan Watt (Kenaikan Suhu) | Suhu Massal Maksimum untuk 15% H₂SO₄ | Suhu Massal Maksimum untuk 18% H₂SO₄ | Suhu Massal Maksimum untuk 20% H₂SO₄ | Suhu Massal Maksimum untuk 22% H₂SO₄ | Suhu Massal Maksimum untuk 25% H₂SO₄ |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (kenaikan 8 derajat) | 86 derajat | 80 derajat | 76 derajat | 72 derajat | 66 derajat |
| 6 W/cm² (kenaikan 12 derajat) | 82 derajat | 76 derajat | 72 derajat | 68 derajat | 62 derajat |
| 8 W/cm² (kenaikan 16 derajat) | 78 derajat | 72 derajat | 68 derajat | 64 derajat | 58 derajat |
| 10 W/cm² (kenaikan 20 derajat) | 74 derajat | 68 derajat | 64 derajat | 60 derajat | 54 derajat |
Untuk proses titanium dioksida yang menggunakan asam sulfat 18% pada suhu curah 80 derajat dengan 6 W/cm² (ketinggian 12 derajat, permukaan 92 derajat), batas curah yang aman adalah 76 derajat . Pada suhu 80 derajat , pemanas melebihi batas aman, dan masa pakai tiga-bulan tidak dijamin. Bahkan pada 4 W/cm², batas curah yang aman adalah 80 derajat -marginal.
Modifikasi Desain untuk Memperpanjang Umur Lebih dari Tiga Bulan
Bila kondisi proses titanium dioksida memerlukan selubung 1,2 mm 316 dan masa pakai tiga-bulan tidak mencukupi, dua modifikasi mungkin membantu, namun peningkatan paduan sangat disarankan. Modifikasi pertama adalah mengurangi kepadatan watt hingga minimum mutlak dengan memaksimalkan panjang pemanasan. Bahkan pada 4 W/cm², laju korosi dalam asam sulfat 18–20% pada suhu 80 derajat adalah 2–4 mm per tahun, sehingga membatasi masa pakai hingga 3–6 bulan. Modifikasi kedua adalah menggunakan baja tahan karat dupleks seperti 2205 atau baja tahan karat silikon tinggi seperti Paduan 20. Paduan 20 mempertahankan laju korosi di bawah 0,5 mm per tahun dalam asam sulfat 20% pada suhu 80 derajat, sehingga memperpanjang masa pakai hingga 2–3 tahun. Untuk produksi titanium dioksida, baja tahan karat 316 umumnya tidak cocok untuk pemanas perendaman dalam tahap pencernaan dan hidrolisis. Insinyur harus menentukan selubung yang dilapisi Alloy 20, Alloy 825, atau tantalum-untuk servis yang andal. Saat menentukan pemanas untuk produksi titanium dioksida, selalu berikan konsentrasi asam yang tepat, suhu curah, dan siklus kerja yang diharapkan. Pabrikan yang merekomendasikan 316 untuk asam sulfat 20% pada suhu 80 derajat tanpa membahas korosi yang cepat tidak memberikan panduan yang bertanggung jawab. Ambang batas penggantian selama tiga{35}}bulan dapat diprediksi namun berumur pendek, dan bagi sebagian besar operasi, penggantian setiap triwulan tidak dapat diterima secara ekonomi. Peningkatan paduan adalah solusi teknik yang tepat.
