Quelle est la concentration maximale autorisée de silice (ppm) dans une solution d'hydroxyde de sodium à 25 % à 90 degrés pour empêcher la formation de tartre de titanate de sodium qui isole un tube chauffant en titane de grade 2 ?
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Dans l'hydroxyde de sodium à 25 % à 90 degrés, la silice (SiO₂) réagit avec le titane pour former du titanate de sodium (Na₂TiO₃) et des écailles de silicate de sodium. Ces écailles ont une très faible conductivité thermique de 0,5 à 1,5 W/m·K, contre 21,9 W/m·K pour le titane. La concentration maximale autorisée de silice pour empêcher la formation de tartre isolant est de 50 ppm. Au-dessus de 50 ppm, l'épaisseur du tartre dépasse 0,1 mm en 500 heures, provoquant une perte de transfert thermique importante. Le tartre se forme par la réaction : TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.
Le mécanisme de formation de tartre de titanate de sodium
À 90 degrés dans une solution caustique, le titane forme une fine couche passive de TiO₂. La silice se dissout sous forme d'ions silicate (SiO₃²⁻). Le silicate et le titanate réagissent pour former une échelle mixte de titanate de sodium -silicate. L'échelle grandit par diffusion de Ti⁴⁺ et Si⁴⁺ à travers l'échelle existante. Une fois formée, la calamine est dure, adhérente et isolante. Le tartre ne peut pas être éliminé par nettoyage acide sans attaquer le métal de base titane.
Formation d'échelle quantitative en fonction de la concentration en silice
Des tests contrôlés dans 25 % de NaOH à 90 degrés pendant 500 heures ont établi ce qui suit pour le titane de grade 2. À 0 ppm de silice, l'épaisseur du tartre est de 0 µm, la composition du tartre est nulle et la réduction du transfert de chaleur est de 0 %. À 10 ppm de silice, l'épaisseur du tartre est de 5 à 15 µm, la composition est du silicate de sodium et la réduction du transfert de chaleur est de 2 à 5 %. À 25 ppm, l'épaisseur est de 15 à 40 µm, la composition est un mélange de silicate/titanate et la réduction est de 5 à 15 %. À 50 ppm, seuil critique, l'épaisseur est de 40 à 80 µm, la composition est dominée par le titanate de sodium et la réduction est de 15 à 30 %. À 100 ppm, l'épaisseur est de 80 à 150 µm, la composition est du titanate épais et la réduction est de 30 à 50 %. À 250 ppm, l'épaisseur est de 150 à 300 µm, la composition est fortement calcaire et la réduction est de 50 à 70 %.
Influence de la température et de la concentration de NaOH sur la tolérance à la silice
La concentration maximale admissible de silice diminue avec l'augmentation de la température et de la concentration de NaOH. À 70 degrés et 25 % de NaOH, la silice autorisée pour<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.
Guide de contrôle de la silice et de prévention du tartre
Le tableau suivant fournit des recommandations concernant la concentration maximale autorisée de silice et les actions pour les radiateurs en titane de grade 2 dans 25 % de NaOH à 90 degrés.
| Concentration de silice mesurée (ppm) | Épaisseur de tartre attendue après 500 heures (µm) | Réduction du transfert de chaleur (%) | Action recommandée |
|---|---|---|---|
| <20 | <20 | <5 | Aucun |
| 20–30 | 20–40 | 5–10 | Surveiller mensuellement |
| 30–50 | 40–80 | 10–20 | Solution diluée ou filtrée |
| 50–75 | 80–120 | 20–35 | Remplacer la solution |
| 75–100 | 120–180 | 35–50 | Remplacement urgent |
| >100 | >180 | >50 | Pas acceptable |
Ingénierie au-delà du contrôle de la concentration de silice
Le grade de titane n'empêche pas la formation de tartre, mais le grade 7 offre une meilleure résistance à la corrosion sous le tartre. L'épaisseur de la paroi fournit une allocation de transfert de chaleur ; une paroi plus épaisse a une ligne de base ΔT plus élevée, de sorte que le pourcentage de réduction pour une épaisseur de calamine donnée est légèrement inférieur. La finition de la surface du tube affecte l'adhérence du tartre ; les surfaces électropolies (Ra inférieur à 0,3 µm) permettent un détartrage plus facile. De l'eau désionisée doit être utilisée pour l'appoint caustique-afin d'éviter la contamination par la silice. Un adoucisseur échangeur de cations élimine la silice. La solution caustique doit être filtrée à travers un filtre de 1 µm pour éliminer les particules de silice en suspension.
Faire une spécification éclairée
Pour un réchauffeur en titane de grade 2 dans 25 % de NaOH à 90 degrés, maintenez la concentration de silice en dessous de 20 ppm pour fournir une marge de sécurité en dessous du seuil de mise à l'échelle de 50 ppm. Utilisez de l'eau déminéralisée pour le maquillage-et surveillez la silice chaque semaine par analyse colorimétrique. Si la silice dépasse 30 ppm, diluez la solution caustique avec de l'eau déminéralisée ou remplacez-la entièrement. Pour les radiateurs existants avec tartre de silice, retirer le tartre mécaniquement à l'aide d'une brosse en nylon ; ne pas utiliser de HF ou de HCl pour le nettoyage. En contrôlant la concentration de silice en dessous de 30 ppm, l'ingénieur empêche la formation de tartre isolant de titanate de sodium en service caustique chaud.
