Pri akej špecifickej kombinácii koncentrácie organických kyselín a teploty povrchu plášťa vyžaduje 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 výmenu každých deväť mesiacov v službe CIP kyseliny citrónovej na spracovanie nápojov?

Kyselina citrónová je priemyselná štandardná odvápňovacia a čistiaca chemikália pre čisté-na{1}}systémy pre technikov údržby v oblasti spracovania nápojov, mlieka a potravín. Typické roztoky CIP používajú 1–3 % kyselinu citrónovú pri 70–85 °C. Tieto ohrievače majú zvyčajne plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 s hrúbkou 1,2 mm, ktorý umožňuje rýchlu odozvu teploty a prispôsobí sa obmedzenej ploche dostupnej na lyžinách CIP. Avšak pri niektorých kombináciách koncentrácie kyseliny citrónovej a vysokej povrchovej teploty plášťa v dôsledku wattovej hustoty môže zvýšená všeobecná korózia obmedziť životnosť na deväť mesiacov alebo menej. Tento dokument špecifikuje presné miesta, kde je potrebné vymeniť 1,2 mm 316 plášť každých deväť mesiacov počas servisu CIP kyselinou citrónovou.

Korózne správanie pri vysokej teplote 316 v kyseline citrónovej
Kyselina citrónová je slabá organická kyselina a nie je taká agresívna ako minerálne kyseliny, ale napriek tomu môže spôsobiť značnú koróziu nehrdzavejúcej ocele 316 pri extrémnych teplotách. Kyselina citrónová sa líši od kyseliny chlorovodíkovej alebo sírovej v tom, že nespôsobuje jamkovú koróziu, ale rovnomernú celkovú koróziu. 316 vykazuje rýchlosť korózie pod 0,05 mm za rok pri koncentráciách pod 5 % pri teplotách pod 70 °C. Rýchlosť korózie sa riadi Arrheniovým zákonom so zvyšujúcou sa teplotou. Pri 80 °C je množstvo 2% kyseliny citrónovej približne 0,1-0,2 mm za rok. Pri 90 stupňoch dosahuje každý rok 0,3-0,6 mm. Rýchlosti sú vyššie ako 1 mm/rok pri 100 °C. Pre plášť s hrúbkou 1,2 mm je minimálna hrúbka konštrukcie pre tlakovú izoláciu rádovo 0,5 mm. Rýchlosť korózie je 0,93 mm/rok. Prienik korózie po 9 mesiacoch je 0,7 mm (od 1,2 mm do 0,5 mm). Deväťmesačný limit výmeny je splnený, keď kombinácia koncentrácie kyseliny citrónovej a povrchovej teploty plášťa poskytuje rýchlosť korózie približne 0,8-1,2 mm za rok.

9-mesačné kritické prahy životnosti
Testovanie ponorením 316 vzoriek do roztokov kyseliny citrónovej pri teplotách reprezentatívnych pre službu CIP pre nápoje naznačuje, že nasledujúce kombinácie koncentrácie kyseliny a povrchovej teploty plášťa poskytnú deväť{1}}mesačnú maximálnu životnosť pri hrúbke steny 1,2 mm.

Koncentrácia kyseliny citrónovej (hmotnosť %) Teplota roztoku Teplota povrchu plášťa pri 8 W/cm² (20°C nárast) Očakávaná rýchlosť korózie pri povrchovej teplote Čas redukcie 1,2 mm až 0,5 mm Životnosť na výmenu 1 % 75 °C 95 °C 0,20 – 2 mm/rok 3,5 – 5 mm/rok 3,5 – 5 rokov 4 roky 1% 80°C 100°C 0,35 – 0,60 mm/rok 1,2 – 2,0 roka 1,5 – 2,5 roka 1% 85°C 105°C 0,60 – 1,00 mm/rok 0,7 – 1,2 roka 0,9 – 0,2 roka 0,9 – 0,2 roka 0,9 – 0,2 roku 0,35 mm/rok 2,0 – 3,5 roka 2,5 – 4 roky 2% 75°C 95°C 0,35 – 0,60 mm/rok 1,2 – 2,0 roka 1,5 – 2,5 roka 2% 80°C 100°C 0,60 – 07 rokov 0,60 – 0.0.0. 1,5 roka 2 % 85 °C 105 °C 1,00 – 1,50 mm/rok 0,5 – 0,7 roka 0,6 – 0,9 roka 3 % 65 °C 85 °C 0,20 – 0,35 mm/rok 2,0 – 3,5 roka 2,0 – 3,5 roka 2,5 % 35 rokov 2,5 % 35 rokov 0,60 mm/rok 1,2 – 2,0 roka 1,5 – 2,5 roka 3% 75°C 95°C 0,60 – 1,00 mm/rok 0,7 – 1,2 roka 0,9 – 1,5 roka 3% 80°C 100°C 1.070 – 1.00.0.rok. 0,9 roka 4% 60°C 80°C 0,25 – 0,40 mm/rok 1,8 – 2,8 roka 2 – 3,5 roka 4% 65°C 85°C 0,40 – 0,70 mm/rok 1,0 – 1,90 roka 1,2 – 70°C 4% 0,70°C 4% 1,20 mm/rok 0,6 – 1,0 roka 0,8 – 1,2 roka 4 % 75°C 95°C 1,20 – 2,00 mm/rok 0,4 – 0,6 roka 0,5 – 0,7 roka
Pre nápojový CIP systém s 2 % kyselinou citrónovou pri objemovej teplote 80 stupňov a 1,2 mm plášťom pri 8 W/cm2 je povrchová teplota plášťa okolo 100 stupňov. Predpokladaná rýchlosť korózie je 0,6-1,0 mm/rok, čo zníži 1,2 mm stenu na 0,5 mm za 0,7-1,2 roka. Deväťmesačná výmena je opodstatnená. Zníženie objemovej teploty na 75 °C znižuje povrchovú teplotu na 95 °C, rýchlosť korózie na 0,35–0,60 mm/rok a životnosť na 1,5–2,5 roka.

Plán výmeny za deväť mesiacov Bezpečná prevádzková obálka
Nasledujúca tabuľka zobrazuje maximálnu bezpečnú objemovú teplotu kyseliny citrónovej pre 1,2 mm 316 plášť, ktorý poskytuje najmenej deväť mesiacov životnosti, kým si degradácia steny na 0,5 mm vyžiada výmenu pri rôznych wattových hustotách.

Wattová hustota (zvýšenie teploty) Maximálna objemová teplota pre 1 % kyseliny citrónovej Maximálna objemová teplota pre 2 % kyseliny citrónovej Maximálna objemová teplota pre 3 % kyseliny citrónovej Maximálna objemová teplota pre 4 % kyselinu citrónovú 4 W/cm² (10 °C vzostup) 88 °C 83 °C ² 78 °C (175 °C 78 °C) 83°C 78°C 73°C 68°C 8 W/cm² (nárast 20°C) 78°C 73°C 68°C 63°C 10 W/cm² (nárast 25°C) 73°C 68°C 63°C 58°C 12°C stúpanie 5°6°C 8°6°C 53 °C
Bezpečný objemový limit je 73 stupňov pre typický nápojový CIP systém využívajúci 2 % kyselinu citrónovú pri 80 stupňovej teplote objemu s 8 W/cm2 (20 stupňový nárast, 100 stupňový povrch). Ohrievač pracuje nad bezpečným limitom pri teplote 80 °C a deväťmesačnú životnosť nie je možné zaručiť. Zníženie hustoty wattov na 4 W/cm2 (10 stupňový nárast, 90 stupňový povrch) má za následok bezpečný objemový limit 83 stupňov , čo je dostatočné na deväť{15}mesačnú výmenu pri 80 stupňoch .

Úpravy dizajnu pre život po deviatich mesiacoch
Ak podmienky CIP pre nápoje vyžadujú 1,2 mm 316 puzdro a deväť-mesačná životnosť nestačí, tri úpravy môžu predĺžiť životnosť. Prvým je použitie dlhšieho ohrievača, aby sa minimalizovala hustota wattov. Zníženie hustoty výkonu z 8 W/cm² na 4 W/cm² spôsobí, že nárast povrchovej teploty sa zníži z 20 °C na 10 °C a režim sa zmení z 9 mesiacov na 1,5-2,5 roka. Druhou úpravou je minimalizovať dobu vystavenia kyseline citrónovej aktiváciou ohrievača výlučne počas fáz ohrevu a nie počas recirkulácie. Ohrievač bežiaci 2 hodiny denne namiesto 24 hodín denne vydrží 12-krát dlhšie v kalendárnom čase. Poslednou zmenou je pridanie inhibítora korózie. Komerčné inhibítory kyseliny citrónovej môžu znížiť rýchlosť korózie o 40–60 %. Inžinieri by mali špecifikovať vyššiu zliatinu ako Alloy 825 alebo titán pre CIP systémy, ktoré bežia nepretržite a vyžadujú 3-4% kyseliny citrónovej pri 80-85 stupňoch. Tieto materiály vykazujú rýchlosť korózie nižšiu ako 0,05 mm/rok v kyseline citrónovej pri teplotách do 100 °C. Pri špecifikácii ohrievačov pre službu CIP pre nápoje vždy uveďte skutočný obsah kyseliny citrónovej, objemovú teplotu, očakávaný pracovný cyklus a požadovaný interval výmeny. Výrobca špecifikujúci 316 pre 3% kyselinu citrónovú pri 85 stupňoch bez toho, aby diskutoval o predpokladanej životnosti, nie je zodpovedný. Existuje predvídateľný vzťah medzi koncentráciou, objemovou teplotou a hustotou vo wattoch pre deväťmesačný prah výmeny pre 1,2 mm 316 plášť v CIP kyseline citrónovej, ktorý poskytuje presné predpovedanie životnosti ohrievača a plánovanie údržby v zariadeniach na spracovanie nápojov.