За якої конкретної комбінації концентрації органічної кислоти та температури поверхні оболонки кожні дев’ять місяців потрібна заміна оболонки з нержавіючої сталі 316 товщиною 1,2 міліметра в безразборній установці з лимонною кислотою для обробки напоїв?

Лимонна кислота є промисловим стандартом для видалення накипу та очищення хімічних речовин для чистих--систем для інженерів з технічного обслуговування у виробництві напоїв, молочних і харчових продуктів. Типові розчини CIP використовують 1–3% лимонної кислоти при 70–85°C. Ці нагрівачі зазвичай мають оболонку з нержавіючої сталі 316 товщиною 1,2 мм, що дозволяє швидко реагувати на температуру та підходить для обмеженої площі, доступної для CIP-полозів. Однак для деяких комбінацій концентрації лимонної кислоти та високої температури поверхні оболонки через щільність ват підвищена загальна корозія може обмежити термін служби до дев’яти місяців або менше. У цьому документі вказуються точні місця, де кожні дев’ять місяців необхідно замінювати кожух 316 діаметром 1,2 мм під час обслуговування без очищення лимонною кислотою.

Високотемпературна корозійна поведінка 316 у лимонній кислоті
Лимонна кислота — це слабка органічна кислота, яка не така агресивна, як мінеральні кислоти, але, тим не менш, вона може викликати значну корозію нержавіючої сталі 316 за екстремальних температур. Лимонна кислота відрізняється від соляної або сірчаної кислоти тим, що вона не спричиняє точкової корозії, але рівномірну загальну корозію. 316 демонструє швидкість корозії нижче 0,05 мм на рік при концентраціях нижче 5% за температури нижче 70°C. Швидкість корозії підкоряється закону Арреніуса зі збільшенням температури. При 80°C швидкість у 2% лимонній кислоті становить приблизно 0,1-0,2 мм на рік. При 90 градусах вона становить 0,3-0,6 мм щороку. Швидкість перевищує 1 мм/рік при 100°C. Для оболонки товщиною 1,2 мм мінімальна товщина конструкції для утримання тиску становить близько 0,5 мм. Швидкість корозії 0,93 мм/рік. Проникнення корозії через 9 місяців становить 0,7 мм (від 1,2 мм до 0,5 мм). Дев’ятимісячний ліміт заміни досягається, якщо комбінація концентрації лимонної кислоти та температури поверхні оболонки дає швидкість корозії приблизно 0,8-1,2 мм на рік.

Критичні порогові значення 9-місячного терміну служби
Випробування зануренням 316 зразків у розчини лимонної кислоти при температурах, характерних для безразборної обробки напоїв, показує, що наступні комбінації концентрації кислоти та температури поверхні оболонки забезпечать максимальний термін служби дев’ять- місяців для товщини стінки 1,2 мм.

Концентрація лимонної кислоти (Ваговий %) Температура основного розчину Температура поверхні оболонки при 8 Вт/см² (підвищення на 20°C) Очікувана швидкість корозії при температурі поверхні Час до зниження 1,2 мм до 0,5 мм Термін служби до заміни 1% 75°C 95°C 0,20–0,35 мм/рік 2,0–3,5 роки 2,5–4 роки 1% 80°C 100°C 0,35 – 0,60 мм/рік 1,2 – 2,0 року 1,5 – 2,5 року 1% 85°C 105°C 0,60 – 1,00 мм/рік 0,7 – 1,2 року 0,9 – 1,5 року 2% 70°C 90°C 0,20 – 0,35 мм/рік 2,0 – 3,5 роки 2,5 – 4 роки 2% 75°C 95°C 0,35 – 0,60 мм/рік 1,2 – 2,0 роки 1,5 – 2,5 роки 2% 80°C 100°C 0,60 – 1,00 мм/рік 0,7 – 1,2 роки 0,9 – 1,5 року 2% 85°C 105°C 1,00 – 1,50 мм/рік 0,5 – 0,7 року 0,6 – 0,9 року 3% 65°C 85°C 0,20 – 0,35 мм/рік 2,0 – 3,5 року 2,5 – 4 роки 3% 70°C 90°C 0,35 – 0,60 мм/рік 1,2 – 2,0 роки 1,5 – 2,5 роки 3% 75°C 95°C 0,60 – 1,00 мм/рік 0,7 – 1,2 роки 0,9 – 1,5 роки 3% 80°C 100°C 1,00 – 1,50 мм/рік 0,5 – 0,7 роки 0,6 – 0,9 років 4% 60°C 80°C 0,25 – 0,40 мм/рік 1,8 – 2,8 років 2 – 3,5 років 4% 65°C 85°C 0,40 – 0,70 мм/рік 1,0 – 1,8 років 1,2 – 2 роки 4% 70°C 90°C 0,70 – 1,20 мм/рік 0,6–1,0 року 0,8–1,2 року 4% 75°C 95°C 1,20–2,00 мм/рік 0,4–0,6 року 0,5–0,7 року
Для системи CIP для напоїв з 2 % лимонною кислотою при температурі об'єму 80 градусів і оболонкою 1,2 мм при 8 Вт/см 2 температура поверхні оболонки становить близько 100 градусів. Прогнозована швидкість корозії становить 0,6-1,0 мм/рік, що зменшить товщину стінки 1,2 мм до 0,5 мм за 0,7-1,2 року. Заміна на дев'ять місяців виправдана. Зниження об’ємної температури до 75 °C знижує температуру поверхні до 95 °C, швидкість корозії до 0,35–0,60 мм/рік і термін служби до 1,5–2,5 років.

Дев'ятимісячний графік заміни, безпечний робочий конверт
У наведеній нижче таблиці показано максимальну безпечну температуру лимонної кислоти в об’ємі для оболонки 316 товщиною 1,2 мм, щоб забезпечити термін служби щонайменше дев’ять місяців, перш ніж деградація стінки до 0,5 мм вимагатиме заміни на різні ватні потужності.

Щільність (підвищення температури) Максимальна об’ємна температура для 1% лимонної кислоти Максимальна об’ємна температура для 2% лимонної кислоти Максимальна об’ємна температура для 3% лимонної кислоти Максимальна об’ємна температура для 4% лимонної кислоти 4 Вт/см² (підвищення на 10°C) 88°C 83°C 78°C 73°C 6 Вт/см² (15°C) підвищення) 83°C 78°C 73°C 68°C 8 Вт/см² (підвищення 20°C) 78°C 73°C 68°C 63°C 10 Вт/см² (підвищення 25°C) 73°C 68°C 63°C 58°C 12 Вт/см² (підвищення 30°C) 68°C 63°C 58°C 53°C
Безпечний об’ємний ліміт становить 73 градуси для типової системи CIP для напоїв із використанням 2% лимонної кислоти при температурі об’єму 80 градусів і 8 Вт/см2 (зростання 20 градусів, поверхня 100 градусів). Обігрівач працює при вищій безпечній межі при температурі 80 градусів C, тому дев’ятимісячний термін служби не може бути гарантований. Зменшення щільності ватів до 4 Вт/см2 (підйом 10 градусів, поверхня 90 градусів) призводить до безпечного об’ємного обмеження 83 градуси, що є достатнім для дев’яти-місячної заміни на 80 градусів.

Модифікації конструкції для терміну служби понад дев'ять місяців
Якщо умови CIP для напоїв вимагають оболонки 316 товщиною 1,2 мм і дев’яти-місячного терміну служби недостатньо, три налаштування можуть подовжити термін служби. Перший полягає у використанні довшого нагрівача, щоб мінімізувати щільність ват. Зниження щільності потужності з 8 Вт/см² до 4 Вт/см² призводить до зниження температури поверхні з 20°C до 10°C, а режим змінюється з 9 місяців до 1,5-2,5 років. Друге налаштування полягає в мінімізації періоду впливу лимонної кислоти шляхом активації нагрівача виключно під час фаз нагрівання, а не під час рециркуляції. Обігрівач, який працює 2 години на добу замість 24 годин на добу, прослужить у 12 разів довше за календарним часом. Останньою зміною є додавання інгібітора корозії. Комерційні інгібітори лимонної кислоти можуть знизити швидкість корозії на 40–60%. Інженери повинні вказати більш високий сплав, як-от сплав 825 або титан, для систем CIP, які працюють безперервно та потребують 3-4% лимонної кислоти при 80-85 градусах. Швидкість корозії цих матеріалів становить менше 0,05 мм/рік у лимонній кислоті при температурах до 100°C. Вибираючи нагрівачі для CIP-сервісу для напоїв, завжди вказуйте фактичний вміст лимонної кислоти, об’ємну температуру, очікуваний робочий цикл і бажаний інтервал заміни. Виробник, який вказує 316 для 3% лимонної кислоти при 85 градусах без обговорення очікуваного терміну служби, не несе відповідальності. Існує передбачуваний зв’язок між концентрацією, об’ємною температурою та ватною щільністю для дев’ятимісячного порогу заміни оболонки 316 1,2 мм у лимонній кислоті CIP, що забезпечує точне прогнозування терміну служби нагрівача та планування технічного обслуговування на підприємствах з виробництва напоїв.