Sut Mae Datrysiad Potasiwm Permanganad Crynhoad Poeth (3-6%) ar 70-90 gradd yn Addasu Trwch Wal Gwain Chwarts Gofynnol ar gyfer Trin Dŵr a Gwresogyddion Ocsidiad Organig?

Ymosodiad o Silica Ymdoddedig a Achoswyd gan Ocsidiol gan Potasiwm Permanganad Poeth

Mae potasiwm permanganad (KMnO 4 ) yn gemegyn ocsideiddio cryf a ddefnyddir wrth drin dŵr (tynnu haearn, manganîs a hydrogen sylffid), synthesis organig (ocsidiad alcoholau ac aldehydau) a phuro aer. Crynodiadau diwydiannol nodweddiadol yw 3-6% yn ôl pwysau mewn hydoddiant dyfrllyd, tymheredd gweithredu o 70-90 gradd i gyflymu adweithiau ocsideiddio neu i gadw hydoddedd (hydoddedd potasiwm permanganad yn codi gyda thymheredd). Weithiau mae gwresogyddion trochi cwarts yn cael eu pennu ar gyfer gwasanaeth permanganad oherwydd bod silica ymdoddedig yn gallu gwrthsefyll ocsideiddio iawn ac nid yw'n gatalydd wrth ddadelfennu permanganad. Fodd bynnag, mae permanganad potasiwm dwys poeth yn darparu dull diraddio newydd o chwarts nad yw'n gyrydiad cemegol yn yr ystyr clasurol ond yn hytrach yn gyfuniad o ddyddodiad manganîs deuocsid (MnO₂) a straen thermol. Ar dymheredd uchel mae permanganad yn ansefydlog ac yn dadelfennu i roi 4MnO₂ + 4KOH + 3O₂ o 4KMnO₄ + 2H₂O. Mae gwres, golau a chatalyddion penodol yn cyflymu'r adwaith. Mae'r cynnyrch dadelfennu, manganîs deuocsid, yn gwaddodi fel dyddodiad brown tywyll i ddu ar wyneb y cwarts. Mae'r blaendal hwn yn inswleiddio gwres ac yn ludiog ac yn cynhyrchu mannau poeth, a all arwain at orboethi lleol a straen thermol. Gall potasiwm hydrocsid, a ffurfiwyd trwy ddadelfennu, hefyd niweidio cwarts trwy gyrydiad alcalïaidd. Mae'r ymchwiliad yn asesu effaith crynodiad KMnO₄ (3–6%), tymheredd (70–90 gradd ) a pH hydoddiant ar gyfradd dyddodiad MnO₂ ac felly ar berfformiad gwresogydd cwarts. Mae'r trwch wal gwain cwarts sydd ei angen ar gyfer cyfnodau gwasanaeth ymarferol (1,000 - 5,000 o oriau) mewn gwresogyddion trin dŵr a gwresogyddion ocsideiddio yn cael ei gyfrifo, ynghyd â chosb thermol waliau mwy trwchus yn yr ateb gwres trwchus, uchel-benodol hwn.

Cineteg Dadelfeniad Permanganad a Dyddodiad MnO2

Mae dadansoddiad thermol potasiwm permanganad mewn hydoddiant dyfrllyd yn dilyn cineteg gradd gyntaf yn y crynodiad o bermanganad. Gyda thymheredd mae'r gyfradd dadelfennu yn cynyddu'n esbonyddol gydag egni actifadu o tua 75–85 kJ/mol. Mae hanner-oes 5% KMnO4 tua 200–300 awr ar 70 gradd , 80–120 awr ar 80 gradd a 30–50 awr ar 90 gradd . Mae dadelfeniad permanganad yn dyddodi gronyn mân o MnO₂. Bydd y gronynnau hyn yn cysylltu'n hawdd ag arwynebau poeth, gan gynnwys gwain cwarts. Nid yw'r gyfradd adneuo yn dilyn y gyfradd dadansoddi yn unig. Mewn mwy o lifau gwres, mae'r gronynnau MnO 2 yn profi grymoedd thermofforetig sy'n eu hannog tuag at yr wyneb cwarts wedi'i gynhesu. Felly mae haen y blaendal yn cynyddu ar y gwresogydd ar gyfradd uwch nag yn y toddiant swmp.

Mae gan yr haen MnO₂ a adneuwyd ddargludedd thermol isel iawn (tua 0.5–1.0 W/(m·K) ar gyfer y ffurf hydraidd, sy'n sylweddol is na chwarts ar 1.38 W/(m·K)). Mae'r blaendal MnO2 0.1 mm o drwch yn cynnig gwrthiant thermol tebyg i tua 0.1-0.2 mm o drwch wal cwarts ychwanegol, ond y gwahaniaeth pwysig yw nad yw'r blaendal yn unffurf a gall ddiflannu. Yn bwysicach fyth, mae'r blaendal yn ffurfio mannau poeth, lleoliadau lle mae'r blaendal yn fwy trwchus, sy'n inswleiddio'r cwarts ac yn cynyddu tymheredd y cwarts gwaelodol. Gall blaendal 0.2-mm MnO₂ gyda llif gwres o 8 W / cm² godi tymheredd wyneb cwarts 15 i 25 gradd. Mae'r tymheredd uwch yn lleol yn gwella dadansoddiad permanganad, gan arwain at ddolen adborth cadarnhaol. O fewn oriau i ddyddiau gall blaendal crystiog trwchus adeiladu. Mae hyn yn lleihau trosglwyddo gwres yn fawr a gall achosi i'r cwarts orboethi a thorri o straen thermol.

The decomposition yields potassium hydroxide (4KOH for 4KMnO4, i.e. equimolar) which elevates the pH of the solution. Complete decomposition of 5% KMnO4 would generate about 1.5% KOH which is very alkaline (pH>13). Yn ymarferol mae'r hydoddiant yn cael ei glustogi gan y MnO 2 a rhywogaethau manganîs eraill. Fodd bynnag, efallai y bydd y pH yn cynyddu i 10-12 ger yr wyneb cwarts lle mae dadansoddiad yn fwyaf gweithredol. Mewn amodau alcalïaidd (pH 10 i 12), mae cwarts wedi'i gyrydu ar gyfraddau o 0.0005 i 0.005 mm yr awr, yn dibynnu ar y tymheredd. Gall yr ymosodiad cemegol hwn ynghyd â'r straen thermol a achosir gan ddyddodion MnO2 arwain at fethiant trwy wanhau wal neu gracio.

Dylanwad Trwch Wal ar Oes Gwasanaeth Gwresogyddion Parhaol

Y prif fecanweithiau diraddio yw straen thermol oherwydd dyddodion a chorydiad alcalïaidd oherwydd sgil-gynhyrchion chwalu. Felly mae cynnydd mewn trwch wal yn cael effaith gymhleth. Ar gyfer cyrydiad alcalïaidd yn unig, mae bywyd yn gymesur â thrwch wal. Er enghraifft, ar 85 gradd a pH lleol o 11 (cyfradd cyrydu ~ 0.001 mm/awr) wal 2.0 mm yn rhoi 2,000 o oriau, wal 3.0 mm yn rhoi 3,000 awr. Fodd bynnag, mae methiant gan gracio oherwydd blaendal a gynhyrchir straen thermol weithiau'n digwydd ymhell cyn trydylliad wal gan cyrydu unffurf. Mae waliau mwy trwchus yn gallu gwrthsefyll cracio'n well oherwydd eu cryfder mecanyddol uwch a'u gallu i gynnal graddiannau tymheredd uwch heb dorri. Gall wal 3.0 mm wrthsefyll gwahaniaeth tymheredd o tua 60-70 gradd ar draws ei drwch tra bod wal 1.5 mm yn gallu gwrthsefyll 40-50 gradd yn unig. Felly mae waliau mwy trwchus yn rhoi ymyl diogelwch ehangach i sioc thermol oherwydd dyddodiad MnO2 anghyfartal. Mae'r dull a awgrymir ar gyfer gwasanaeth permanganate yn cynnwys wal weddol drwchus (2.5-3.0 mm) i roi lwfans cyrydiad a gwrthiant straen thermol a glanhau cyfnodol i gael gwared ar ddyddodion MnO2.

Ar gyfer y rhan fwyaf o gymwysiadau trin dŵr, lle mae permanganad yn cael ei fwydo'n barhaus ar grynodiadau isel (1-3%) a bod gwresogyddion yn cael eu gweithredu ar 70-80 gradd, mae trwch wal o 2.0-2.5 mm gyda glanhau wythnosol yn ymarferol. Ar grynodiadau uwch, neu ar dymheredd uchel mae angen glanhau'n amlach neu ddulliau gwresogi amgen (e.e. pigiad ager).

Cosb thermol o waliau mwy trwchus mewn toddiannau o bermanganad

Mae dargludedd thermol hydoddiannau potasiwm permanganad 5% ar 80 gradd tua 0.55–0.60 W/(m·K), yn debyg i ddŵr. Dwysedd: 1.03-1.05 g/cm3, gludedd: 0.8-1.0 cP. Agitated tanks Convective heat transfer coefficients of 600-1,200 W/(m2-K) For a 2.0 mm wall R_cond=0.00145 m²·K/W For a 3.0 mm wall R_cond=0.00217 h=800 W/m 2 K, R limit=0.00125. 2.0 mm total resistance=0.00270 → U=370 W/(m2K) 3.0 mm=0.00342 → U=292 W/(m2K) gostyngiad o 21% Mae'r gosb hon yn gymedrol ond yn dderbyniol o ystyried yr angen i wrthsefyll straen thermol.

Matrics Dethol Trwch Wal Gwain Quartz ar gyfer Gwasanaeth KMnO4 Poeth (Seiliedig ar Senario)

Defnyddio Achos ac Amodau Gweithredu Rhesymeg Graidd Trwch Wal a Argymhellir gyda Masnach Feintiol-Diffodd
Trin dŵr (3% KMnO4, 75 gradd, glanhau parhaus, wythnosol, cynnal a chadw 6 mis) 2.0 - 2.5 mm, gradd safonol, fflam caboledig Crynhoad blaendal cymedrol. Rhoddir ymyl straen thermol gan 2.5 mm. Mae sgleinio fflam yn lleihau ymlyniad blaendal. U ≈ 380 W/m2 · K.
Adweithydd ocsideiddio organig (5% KMnO4, 85 gradd , swp, cylchoedd 8 awr, wedi'i lanhau ar ôl pob swp) 2.5 – 3.0 mm, fel-tynnu Dadansoddi cyflym. 3.0 mm Sioc thermol sy'n gallu gwrthsefyll mannau poeth dyddodi. Rhaid glanhau ar ôl pob swp. U ≈ 320 W/m 2 K ).
Tymheredd uchel (90 gradd , 6%, unrhyw gylchred dyletswydd) permanganateNid cwarts – ewch am ditaniwm neu ddur gyda leinin gwydr Hanner-bywyd dadelfennu<30 hours. Deposit in days. Another way to heat the room is recommended.
1.5 – 2.0 mm, standard grade Slow decomposition. Low concentration permanganate (1%, 70°C, continuous, good filtering) 2.0 mm yields >5,000 o oriau gyda glanhau misol. U ~ 450 W/(m2.K).
Newidiadau Dyluniad Atodol: Gwneir glanhau rheolaidd gydag asid oxalig gwan neu bisulfite sodiwm i doddi cronni MnO2. Mae dadelfeniad yn cael ei leihau gyda llif gwres < 5 W/cm2. Mae'r gronynnau MnO2 yn cael eu hidlo i osgoi ffurfio blaendal.