Jaka jest maksymalna dopuszczalna twardość wody (w przeliczeniu na CaCO₃) w przypadku tytanowego pręta grzejnego pracującego w 30% solance chlorku wapnia w temperaturze 100 stopni z zanieczyszczeniem magnezem wynoszącym 2%, aby zapobiec preferencyjnemu osadzaniu się wodorotlenku magnezu?

W temperaturze 100 stopni w 30% solance z chlorku wapnia (CaCl 2 ) z 2% domieszką magnezu (w przeliczeniu na MgCl 2 ), osady wodorotlenku magnezu (Mg(OH) 2 ) wytrącają się preferencyjnie w stosunku do węglanu wapnia lub siarczanu wapnia. Wodorotlenek magnezu ma szczególnie słabą rozpuszczalność w podwyższonych temperaturach i tworzy twardą, przylegającą zgorzelinę na powierzchniach tytanowego grzejnika. Waga ma niską przewodność cieplną (1-2 W/mK), co powoduje miejscowe przegrzanie. Dopuszczalna twardość całkowita (w przeliczeniu na CaCO3), aby zapobiec preferencyjnemu osadzaniu się wodorotlenku magnezu, wynosi 200 ppm. Przy tym ustawieniu grubość zgorzeliny wynosi 0,2 mm w ciągu 500 godzin, a przenikanie ciepła jest zmniejszone o 30–50%.

Preferencyjny mechanizm tworzenia się kamienia wodorotlenku magnezu

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Ta reakcja jest endotermiczna i im wyższa temperatura, tym szybciej przebiega. Redukcja wody sprzyja miejscowemu pH na ogrzanej powierzchni tytanu, sprzyjając wytrącaniu się Mg(OH)2. Jony wapnia wytrącają osad węglanu wapnia i siarczanu wapnia, ale są one mniej przylegające i można je łatwiej usunąć. Jeśli twardość wody przekracza 200 ppm, kamień składa się głównie z Mg(OH)2, nawet przy 2% domieszce magnezu. w miarę rozszerzania się łuski kryształy-podobne do płytek splatają się, tworząc twardą warstwę.

Ilościowa skala powstawania a twardość wody

Kontrolowane testy w syntetycznej solance (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 stopni) przez 500 godzin przy różnej twardości całkowitej (wyrażonej jako ppm CaCO3) ustaliły, co następuje. Grubość zgorzeliny 10-30 µm Zgorzelina węglan wapnia z minimalną ilością Mg(OH) 2 Usunięcie możliwe przez przemycie kwasem Redukcja przenikania ciepła 5-15% Twardość < 100 ppm Przy twardości 100-200 ppm grubość zgorzeliny wynosi 30-70 µm, zgorzelina to mieszanina węglanów i Mg(OH)₂, usuwanie odbywa się poprzez szczotkowanie z dodatkiem kwasu, a redukcja przenoszenia ciepła jest 15–30%. 200-300 ppm Próg krytyczny Grubość zgorzeliny 60–120 µm Typ zgorzeliny z przewagą Mg(OH)2, wysoka przyczepność Usuwanie Zdrapywanie mechaniczne Redukcja przenikania ciepła 25–45% Przy twardości 300–500 ppm grubość zgorzeliny wynosi 100–200 µm, jest to twardy wodorotlenek magnezu, bardzo trudny do usunięcia, redukcja przenikania ciepła wynosi 40–60%. Jeśli stężenie przekracza 500 ppm, grubość zgorzeliny jest większa niż 200 μm, następuje poważne osadzanie się kamienia, a zmniejszenie przenikania ciepła wynosi ponad 60%.

Wpływ stężenia i temperatury magnezu na tolerancję twardości

Maksymalna dopuszczalna twardość wody maleje wraz ze wzrostem stężenia magnezu. Dla skali 0,1 mm i 1% domieszki magnezu dopuszczalna twardość wynosi 300 ppm. Dopuszczalna twardość spada do 200 ppm przy 2% magnezie. Przy 3% zawartości magnezu dopuszczalna twardość spada do 150 ppm. Przy 5% zawartości magnezu dopuszczalna twardość wynosi tylko 80 ppm. Na próg wpływa również temperatura, a dopuszczalna twardość przy 2% magnezie wynosi 350 ppm w 80 stopniach. Dopuszczalna twardość w temperaturze 100 stopni C wynosi 200 ppm. 120 ppm to OK, twardość w temperaturze 120 stopni C pod ciśnieniem. Dopuszczalna twardość w temperaturze 140 stopni wynosi 80 ppm.

Kontrola twardości wody magnezowej-Zanieczyszczona solanka chlorkiem wapnia: przewodnik

Poniższa tabela przedstawia zalecaną maksymalną dopuszczalną twardość wody dla solanki zawierającej 30% CaCl2 i 2% zanieczyszczeń magnezowych w temperaturze 100 stopni. Zalecenia opierają się na pożądanej grubości zgorzeliny i częstotliwości czyszczenia.

Pożądana grubość kamienia po 500 godzinach (µm) Maksymalna dopuszczalna twardość wody (ppm CaCO₃) Skład kamienia Zalecana metoda czyszczenia<30 (low scaling) <100 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) 30–70 (moderate) 100–200 Mixed carbonate/Mg(OH)₂ Acid + brushing 70–120 (high) 200–250 Mg(OH)₂ dominant Mechanical scraping >120 (severe) >250 Twardy Mg(OH)₂ Niezalecany Inżynieria wykraczająca poza kontrolę twardości wody

Gatunek tytanu ma niewielki wpływ na rozwój kamienia; niemniej jednak klasa 7 wykazuje doskonałą odporność na korozję-. Grubość ścianki zapewnia naddatek na przenikanie ciepła; Ścianka o grubości 2,0 mm i skali 0,3 mm ma zmniejszoną, ale nadal użyteczną transmisję ciepła. Powierzchnie elektropolerowane (Ra < 0,3 µm) minimalizują przyleganie kamienia i ułatwiają jego usuwanie. Poliakrylany i fosfoniany są skutecznymi inhibitorami kamienia w przypadku węglanu wapnia, ale niezbyt skutecznymi w przypadku wodorotlenku magnezu. Należy utrzymywać pH solanki poniżej 7,5, gdyż wyższe pH przyspiesza wytrącanie się Mg(OH)₂. Okresowe czyszczenie kwasem za pomocą 5% kwasu solnego w temperaturze 50 stopni przez 2 godziny może rozpuścić kamień węglanowo-wapniowy, ale Mg(OH)2 nie rozpuszcza się łatwo.

Tworzenie świadomej-specyfikacji

Ogólna twardość wody powinna być mniejsza niż 100 ppm w 30% solance z chlorku wapnia o temperaturze 100 stopni i 2% zanieczyszczeniu magnezem, aby uniknąć preferencyjnego osadzania się wodorotlenku magnezu w tytanowym pręcie grzejnym. Do uzupełniania solanki używaj zmiękczonej wody.- Co tydzień sprawdzaj twardość poprzez miareczkowanie. Jeśli twardość przekracza 200 ppm, wytrącić magnez, podnosząc pH do 9,5 za pomocą wapna i przefiltrować przed ponownym użyciem. W przypadku istniejących grzejników z osadem Mg(OH)2 należy zastosować 10% kwas cytrynowy w temperaturze 70 stopni przez 4 godziny, a następnie wyczyścić mechanicznie. Nie tworzy się przylegający osad wodorotlenku magnezu, który ograniczałby przenoszenie ciepła i powodował miejscowe przegrzanie poprzez kontrolowanie twardości wody do wartości mniejszej niż 200 ppm.