Каким образом снижение содержания сахара (0,1% по сравнению с . 1%) в титановом электронагревателе, используемом для поддержания температуры 110 градусов в 60% растворе сорбита, катализирует комплексообразование ионов титана и ускоряет общую коррозию?

Растворы сорбита в концентрации 60 % и температуре 110 градусов используются в качестве увлажнителей и подсластителей в фармацевтической и пищевой промышленности. Сорбитол, получаемый в результате гидролиза крахмала, обычно загрязнен редуцирующими сахарами, такими как глюкоза и фруктоза. Скорость коррозии титана в 0,1%-ном сахаре-восстановителе составляет 0,01–0,03 мм/год. Скорость возрастает до 0,08–0,15 мм/год при снижении сахара на 1,0%. Катализ комплексообразования ионов титана редуцирующими сахарами происходит за счет образования стабильных титан-сахарных комплексов. Соединения препятствуют образованию защитного пассивного покрытия, что приводит к равномерной ускоренной коррозии.

Декстроза-Механизм ускоренной коррозии

Titanium ions (Ti⁴⁺) have a considerable affinity for hydroxyl and carbonyl moieties. Reducing sugars have several vicinal hydroxyl groups in cis configuration which act as bidentate ligands. The reaction is Ti4+ + 3C6H12O6 -->[Ti(C6H12O6)3]4+ Этот растворимый комплекс извлекает Ti4+ с поверхности металла сразу после его образования, предотвращая тем самым образование защитного слоя TiO2. Коррозия является гомогенной и диффузионно-контролируемой. Скорость комплексообразования и скорость устойчивой-коррозии возрастают с увеличением концентрации редуцирующего сахара.

Количественная скорость коррозии в зависимости от снижения содержания сахара

Для контролируемых испытаний титана Grade 2 в 60%-ном сорбите с различным содержанием редуцирующих сахаров установлена ​​установка при температуре 110°С в течение 1000 часов. Выделение титана из 0% редуцирующего сахара (чистого сорбита) составляет 0,5–1,0 ppm, скорость коррозии – 0,005–0,010 мм/год при блестящей поверхности. При 0,1% восстанавливающем сахаре выделение Ti составляет 2–5 ppm, скорость коррозии 0,01–0,03 мм/год и наблюдается легкое травление. При содержании редуцирующего сахара 0,5% выделение Ti составляет 10-20 ppm, а скорость коррозии - 0,05-0,10 мм/год. Наблюдается равномерное травление. Выделение Ti при содержании 1,0% редуцирующего сахара составляет 20-40 ppm, скорость коррозии 0,08-0,15 мм/год и однородная матовая поверхность. Выделение Ti составляет 40-80 ppm, скорость коррозии - 0,15-0,25 мм в год, а сильное травление происходит при 2,0% восстанавливающем сахаре.

Влияние температуры и концентрации сорбита на скорость комплексообразования

Скорость комплексообразования аналогична аррениусовской-подобной с энергией активации 50 кДж/моль. При 80 градусах и 1 % редукции сахара скорость коррозии составляет 0,03-0,06 мм в год. Скорость при 100 градусах составляет 0,06–0,12 мм/год. При 110 градусах скорость составляет 0,08–0,15 мм в год. Скорость 0,12-0,22 мм/год при 120 град. Скорость зависит также от содержания сорбита, а при 50% сорбита с 1% редуцирующего сахара и 110 град. скорость составляет 0,06-0,12 мм/год. 60% сорбита, скорость 0,08-0,15 мм в год. При 70% сорбите скорость составляет 0,10–0,20 мм/год. Более высокий процент сорбита улучшает вязкость, а более высокое содержание сахара контролирует скорость коррозии.

Руководство по снижению содержания сахара в нагревателях с сорбитом

В следующей таблице показано максимально допустимое содержание редуцирующего сахара для титановых нагревателей классов 2 и 7 в 60% сорбите при температуре 110 градусов в зависимости от предполагаемого срока службы и приемлемой скорости коррозии.

Required Service Life (years) Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 2 Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 7 Predicted Corrosion Rate (mm/year)Recommended Action >10 <0.2 <0.5 <0.03 None 5-10 0.2-0.5 0.5-1.0 0.03-0.08Annual monitoring 3–5 0.5–1.0 1.0–2.0 0.08–0.16Use Grade 7 1-3 1.0-1.5 2.0-3.0 0.15-0.25 Lower temperature to 100°C <1 >1.5 >3.0 >0,25 Очистить сорбит
Инженерия за пределами контроля сахара

Марка титана оказывает большое влияние на устойчивость к комплексообразованию с сахарами. Марка 7 (стабилизированная палладием) имеет в 2-3 раза меньшую скорость коррозии, чем марка 2, при той же концентрации редуцирующих сахаров. Толщина стенки обеспечивает допуск на коррозию; Стенка толщиной 2,0 мм при коррозии 0,10 мм/год рассчитана на 20 лет. Сорбитол следует изготавливать из глюкозы высокой чистоты, чтобы снизить концентрацию редуцирующих сахаров. После производства раствор сорбита гидрируют для снижения содержания оставшихся редуцирующих сахаров. Химическое восстановление редуцирующих сахаров добавлением 0,1% боргидрида натрия. Азотная подушка уменьшает поступление кислорода. Попадание кислорода замедляет реакцию коррозии.

Указываем с уверенностью

60% сорбит, 110 градусов, титановый электрический нагреватель. Максимальное количество редуцирующих сахаров: 0,2% для класса 2 или 0,5% для класса 7. Требуйте от поставщика сорбита сертификации сорбита, снижающего содержание сахара. Для существующих нагревателей еженедельно определяйте содержание редуцирующего сахара с помощью раствора Фелинга или ВЭЖХ. Если количество восстанавливающего сахара превышает допустимый предел, уменьшите количество восстанавливающего сахара с помощью 0,1% борогидрида натрия или уменьшите температуру до 100 градусов. Инженер использует контроль уровня редуцирующего сахара ниже критического уровня, чтобы предотвратить комплексообразование ионов титана и поддерживать низкую равномерную скорость коррозии при работе с горячим сорбитом.