Yr Uchafswm Crynodiad a Ganiateir o Asidau Organig (Asetig/Fformig) ar 100 gradd Tymheredd Swmp Sy'n Atal Cyrydiad Cyffredinol o 316 Gwain Gwresogydd Dur Di-staen mewn Elifion Prosesu Bwyd

Trothwy Cyrydiad Asid Organig ar gyfer Cymwysiadau Bwyd a Biobrosesau

The maximum permissible concentration for the general corrosion resistance for 316 stainless steel sheathed electric heating tubes used in food processing, beverage production or bioprocess effluent heating – where organic acids such as acetic acid (CH 3 COOH) and formic acid (HCOOH) are present from fermentation, cleaning in place (CIP) solutions or food degradation products – is not a single value but depends strongly on temperature, pH and the presence of oxygen. 316 stainless steel is passive in concentrations of acetic acid up to around 10-15% at neutral pH and up to 20-25% at pH >5 at 100°C (boiling water temperature). However, formic acid is more aggressive. Active corrosion at rates of 0.1-0.5 mm/year is possible at 100°C at concentrations >1-2%. Ar gyfer systemau asid organig cymysg (ee brothau eplesu sy'n cynnwys dau asid), gallai'r gyfradd cyrydu fod ddwy i bum gwaith yn uwch nag ar gyfer yr asidau unigol. Mae'r erthygl hon yn cyfrifo trothwyon y crynodiadau asid organig ar gyfer trawsnewid goddefol i 316 gradd 100 gradd .

316 Mecanwaith Cyrydiad Dur Di-staen o Asid Organig

Organic acids are weak acids that do not entirely dissociate like mineral acids (e.g. HCl, H 2 SO 4 ). Their corrosiveness to 316 is a function of the undissociated molecule form which penetrates the passive film more readily than the dissociated anion. Acetic acid (pKa=4.76) is weakly corrosive below 10-15% concentration as the passive film remains stable. Formic acid is more aggressive as it is lower pKa (more dissociated) and the formate ion can form soluble complexes with chromium, pKa = 3.75. At higher temperatures (>80 gradd ) mae daduniad asidau organig yn codi a hefyd cyfradd trylediad rhywogaethau gelyniaethus i'r wyneb metel. Mae ocsigen (cyflyrau awyredig) fel arfer yn hybu goddefedd, tra bod amodau gwan (anaerobig) yn annog cyrydiad gweithredol. Mae lefelau ocsigen isel mewn elifion prosesu bwyd yn cael eu hachosi'n gyffredin gan y galw biolegol am ocsigen.

Terfynau meintiol ar gyfer cyrydiad cyffredinol ar 100 gradd

Mae'r cyfraddau cyrydiad cyffredinol ar gyfer 316 o ddur di-staen wedi'u sefydlu o brofion trochi rheoledig mewn hydoddiannau asid organig awyredig a deerated ar 100 gradd am 1,000 h.

Crynodiad Asid Organig (wt%) pH (tua 100 gradd )Cyfradd cyrydiad gan ocsigen toddedig (mm/blwyddyn) Argymhellir ar gyfer 100 gradd Amser Gwasanaeth i 0.2 mm Colled Metel (awr)
Asetig<5 >4.0 Wedi'i awyru<0.02 >10,000 Bydd
Asetig 5-10 3.5-4.0 Awyredig 0.02-0.05 4,000-10,000 Ie
Asetig 10-15 3.0-3.5 Aeredig 0.05-0.10 2,000-4,000 Derbyniol
Asetig 15-20 2.8-3.0 Awyredig 0.10-0.20 1,000-2,000 Ymylol
Asetig 20-25 2.6-2.8 Awyredig 0.20-0.35 600-1,000Heb ei argymell
Acetic >25 <2.6 Aerated >0.35 <600 Unacceptable
Awyredig<0.02 >10,000 Ie Formic<0.5 >3.5
Ffurfig 0.5-1.0 3.0-3.5 Awyredig 0.03-0.08 2,500-7,000 Derbyniol
Ffurfig 2.7-3.0 1.0-2.0 awyru 1,000-2,500 0.08-0.20 ymylol
Ffurfig 2.0-3.0 2.5-2.7 Awyredig 0.20-0.40 500-1,000Heb ei gynghori
Formic >3.0 <2.5 Aerated >0.40 <500 Unacceptable
Asetig (10%) + Ffurfig (0.5%) Cymysg 2.8-3.2 Wedi'i awyru 0.15-0.30 700-1,300 Heb ei gynghori (synergedd)
Unrhyw ffurf o asid organigAny<2.5 Aerated >0.30 <700 Not acceptable
Unrhyw asid organig Unrhyw Wedi Wedi'i Ddau (<0.5 ppm O₂) 2-5× aerated rate 2-5× quicker Unacceptable for most
Effaith Synergaidd Asidau Organig Cymysg

Anaml y mae elifion prosesu bwyd go iawn ac eplesu yn cynnwys un asid organig. Mae effaith synergig asidau asetig a ffurfig yn cael ei achosi gan newid pH a chynhyrchiad y cyfadeiladau cymysg.

Asid Ffurfig (w%) Asid Asetig (w%) Cyfwerth Sengl-Cyfradd Cyrydiad Crynodiad Asid (mm/blwyddyn, awyredig) pH (100 gradd ) Crynodiad Cyfunol Argymhellir y cam nesaf
5 0.1 5.1 3.5 0.05 8% acetic Acceptable 5 0.5 5.5 3.2 0.12 15% acetic Marginal 5 1.0 6.0 3.0 0.25 >20% asetig Heb ei argymell
10 0.1 10.1 3.2 0.10 12 % asetig Ymylol 10 0.5 10.5 2.9 0.30 AnnerbyniolNa 10 1.0 11.0 2.7 0.60 Annerbyniol Na
Manylebau Cemeg Dŵr Ymarferol ar gyfer Dŵr Gwastraff Prosesu Bwyd

Cynghorir y cyfyngiadau asid organig canlynol ar gyfer 316 o wresogyddion gwain mewn prosesu bwyd neu wresogi elifiant biobroses ar 100 gradd.

Cymhwysiad Asidau Organig Cyffredin Wedi'u Canfod Uchafswm. Cyfanswm Asid Organig (wt%) Uchafswm Asid Ffurfig Unigol % wt pH a awgrymir (ar 100 gradd ) Oes Rhagamcanol Gwresogydd (Blynyddoedd)
Lactic acid (dairy waste)Lactic (not covered) 5 N/A >4.5 >10
Concentrated fruit juice (citric/malic acid)Citric, malic 8 N/A >4.0 8-12 Acetic fermentation brothAcetic 10 N/A >3.5 5 i 10
Vinegar and WinemakingAcetic 15 N/A >3.0 3-6 (arsylwi)
Food waste digestate Mixed (acetic + formic) 5 0.3 >3.5 5-8
High-formic effluents Formic 2 2 >3.0 2-4 (ffiniol)
Adnabod Maes Cyrydiad Asid Organig

Methodd gwresogydd 316 mewn elifiant prosesu bwyd oherwydd cyrydiad asid organig, gan arwain at ysgythru arwyneb cyffredinol homogenaidd heb unrhyw byllau arwahanol. Gall yr arwyneb edrych yn ddiflas, yn llwyd neu'n rhewllyd a bydd trwch y wal yn cael ei ostwng yn gyson. Mae cynhyrchion cyrydiad yn aml yn hydawdd ac nid ydynt yn ffurfio graddfa weladwy. Bydd y cemeg elifiant yn cael ei nodweddu gan gyfanswm crynodiadau asid organig dros y meini prawf, a pH o dan 3.0-3.5. Ar gyfer asid fformig, y dull arferol o fethiant yw teneuo eang heb bylu, ond ar gyfer asid asetig mae'n teneuo ynghyd â pheth ymosodiad lleol ar ffiniau grawn. Yr ateb yw lleihau crynodiad asidau organig (trwy wanhau neu niwtraleiddio), cynyddu'r pH (trwy ychwanegu sodiwm hydrocsid neu sodiwm bicarbonad i godi'r pH uwchlaw 4.0-4.5), neu uwchraddio i aloi sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn fwy fel Alloy 20 neu Alloy 825.

Strategaethau Rheoli Prosesau a Niwtraleiddio

Os na ellir cyflawni gostyngiad economaidd mewn crynodiadau asid organig, gall y technegau lliniaru canlynol ymestyn oes gwresogydd:

Addasiad pH: Addaswch pH i 4.5-5.5 gyda sodiwm hydrocsid neu sodiwm carbonad. Mae cyfradd cyrydiad yn gostwng tua 50% ar gyfer 0.5 uned pH dros 3.5.

Awyru: Cynnal DO ar 2-3 ppm neu uwch. Mae awyru'n arwain at oddefiad, tra bod dirywiad yn cynyddu cyfradd y cyrydiad gweithredol 2-5 gwaith.

Tymheredd is: Mae rhedeg ar 80C yn lle 100C yn lleihau'r gyfradd cyrydu 60-80% (egni actifadu ~50 kJ/mol).

Uwchraddio aloi: Mae gan aloi 825 (42Ni - 21Cr - 3Mo) neu Alloy 20 (32Ni - 20Cr - 2Mo - Cu) 5-10 × ymwrthedd uwch i asidau organig na 316.

Casgliad: Terfyn Asid Organig ar 100 gradd 316

For 316 stainless steel encased heaters in food processing effluents at 100°C, the maximum permitted acetic acid concentration for >5 year life is 10-15% at aerated conditions and pH>3.5. Mae asid fformig yn 3-5 × yn fwy ymosodol, uchafswm o 1-2% ar gyfer gwasanaeth boddhaol. Cyrydiad synergaidd o asidau organig cymysg. Cyfanswm asid organig > 5-6% (gan gynnwys > 0.3-0.5% ffurfig) yn achosi perfformiad ymylol. 316 Mae gwain ar gyfer gweithredu ag asidau organig yn ei gwneud yn ofynnol i'r peiriannydd gael dadansoddiad asid cyflawn (math a chrynodiad) a pH ar dymheredd gweithredu wrth nodi. Os yw crynodiadau'n rhagori ar y meini prawf, mae angen addasiad pH, awyru neu wella aloi. Mae'r fethodoleg a ddatblygir yma yn cysylltu cynnwys asid organig â chyfraddau cyrydiad cyffredinol mesuradwy ar 100 gradd ac yn rhoi'r opsiwn i brynwyr nodi 316 o weinau neu amnewid aloion eraill ar gyfer cymwysiadau prosesu bwyd a gwresogi biobrosesau.