Ako eliminovať koróziu stagnácie vzduchových bublín na titánových vykurovacích rúrach v uzavretých fermentačných nádržiach

# Dokument: Technický článok č Keď sa tieto kvapôčky prilepia na vonkajšiu stenu titánových vykurovacích rúrok dlhší čas, vytvorí sa plynová-kvapalina dvoj-fázová stagnujúca zóna. Súvislý tekutý film potrebný na samo-opravu pasívneho filmu oxidu titaničitého je zničený týmto jedinečným mikroprostredím, ktoré vyvoláva lokalizovanú koncentrovanú bodovú koróziu. Táto korózia sa často prejavuje na hornej polovici telesa rúry a hornej časti prírubových vykurovacích zostáv. Tento článok poskytuje komplexnú analýzu korózneho mechanizmu stagnácie bublín a poskytuje komplexný súbor konštrukčných riešení a riešení na úpravu prevádzky, aby sa zásadne eliminovalo nebezpečenstvo zadržiavania bublín. ## 1. Mechanizmus korózie pre stagnujúce vzduchové bubliny na titánových povrchoch 1. Neúplná oprava pasívneho filmu je dôsledkom prerušovaného prívodu kyslíka. V kvapalnej fáze rozpustený kyslík sa izoluje z oblasti pokrytej bublinami. Príslušný pasívny film TiO₂ nie je možné doplniť kyslíkom, aby sa zahojili škrabance a stenčujúce sa miesta. Kvapalinou{15}}pokrytá stena trubice je neporušená katóda bohatá na kyslík,-zatiaľ čo oblasť pokrytá bublinami sa stáva aktívnou anódou s nedostatkom kyslíka{18}, čo má za následok samovoľnú{19}}galvanickú koróziu na tej istej titánovej trubici. Cyklus po cykle sa korózne trhliny naďalej zväčšujú smerom nadol. 2. Obohacovanie koncentrácie rozpustenej látky na okrajoch bublín Plyn{22}}kvapalná hranica bublín je miestom nepretržitého vyparovania kvapaliny. Výsledkom je, že organické kyseliny, chloridy a cukrové látky sa vyzrážajú a hromadia pozdĺž bublinového prstenca, čo vedie k vytvoreniu vysoko koncentrovanej mikrozóny, ktorá je vysoko korozívna. Táto mikrozóna urýchľuje lokálne leptanie matrice. 3. Pasívna fólia zažíva zlomy tepelného napätia, ktoré sa striedajú medzi suchými a vlhkými podmienkami. Periodické striedanie kontaktu so suchým plynom a ponorením do vlhkej kvapaliny na povrchu trubice je spôsobené expanziou a kontrakciou bublín v reakcii na kolísanie teploty. Husté mikrotrhliny vznikajú opakovaným namáhaním v ťahu a tlaku na krehký pasívny film, čo zase vytvára kanály na prenikanie korozívnych iónov. ## 2. Primárne faktory prispievajúce k stagnácii bublín 1. Usporiadanie inštalácie vykurovacieho potrubia je nerozumné. Najzávažnejší scenár akumulácie bublín zahŕňa horizontálnu inštaláciu dlhých titánových vykurovacích rúrok. Bubliny stúpajú a hromadia sa na hornom oblúku trubice, čo im znemožňuje uniknúť. Bubliny, ktoré stúpajú nad zostavu, sú tiež zachytené hadičkami, ktoré sú nainštalované príliš blízko vrchu nádrže. 2. Nedostatočná rýchlosť prúdenia média Mikrobubliny vznikajúce pri zahrievaní nie je možné odstrániť statickým alebo- prietokom kvapaliny. Čistiaci účinok na povrchu trubice sa stratí, keď je rýchlosť prúdenia nižšia ako 0,6 m/s. 3. Nadmerná hustota povrchového výkonu Kapacita toku kvapaliny prepravovať bubliny je výrazne prekročená vysokým tepelným zaťažením, ktoré okamžite generuje veľké množstvo malých bublín pary, čo má za následok kumulatívne pokrytie bublinami. 4. Nízky{39}} Nízke{40} utesnenie neprítomnosť tlaku v nádobe a nepretržitá prevádzka rozpustený plyn nie je možné vypustiť zo systému a nové bubliny sa počas zahrievania nepretržite oddeľujú. 5. Slepé oblasti na zachytávanie bublín sú tvorené zapustenou výstužou zvarov a medzerami medzi podperami z PTFE a stenami rúr, ktoré sú miestnymi mŕtvymi zónami. V týchto oblastiach sa hromadia malé bublinky a spájajú sa do veľkých pretrvávajúcich vzduchových vreciek. ## 3. Optimalizácia konštrukčného riešenia, aby sa zabránilo zadržiavaniu bublín 1. Zväčšite sklon inštalácie vykurovacieho potrubia. Titánové vykurovacie rúrky musia byť inštalované so sklonom 10 až 15 stupňov smerom nahor od konca príruby k voľnému koncu; horizontálne usporiadanie je zakázané. Bubliny stúpajú k povrchu kvapaliny v nádrži a vypúšťajú sa posúvaním pozdĺž nakloneného povrchu rúrky k voľnému koncu. Vertikálne usporiadanie rúr je optimálnou voľbou pre malé{51}}objemové nádoby, pretože prakticky eliminuje hromadenie bublín{52}} Zväčšite vzdialenosť medzi vrchnou časťou nádrže a zväzkami rúr. Vertikálna vzdialenosť medzi hornou časťou skupiny vykurovacích rúrok a minimálnou hladinou prevádzkovej kvapaliny nesmie byť menšia ako 300 mm, čím sa zabezpečí dostatočný priestor na únik bublín smerom nahor. 3. Zvarové a nosné plochy sú vyleštené do hladka. Prebrúste všetky zvarové švy na hladký oblúkový prechod bez vyčnievajúcej výstuže; vyberte si podpery z PTFE so širokým{57}}povrchovým oblúkovým tvarom, aby ste predišli konkávnym medzerám, ktoré zachytávajú bubliny{58}} Nainštalujte usmerňovače prietoku okolo vykurovacej trubice. Na vytvorenie špirálovitého prúdenia čistiacej kvapaliny okolo steny rúrky nainštalujte odvádzacie platne na stranu zväzku rúrok proti prúdu. Tým sa budú priebežne odstraňovať prichytené mikrobubliny. ## 4. Štandardizované ovládanie prevádzky na minimalizáciu tvorby a zadržiavania bublín 1. Regulácia primeranej hustoty výkonu na povrchu Aby sa znížilo množstvo ohrievaných-oddelených mikrobublín, hustota výkonu utesnených fermentačných nádrží je znížená o 20 % v porovnaní s otvorenými nádržami, podľa štandardného dizajnu vysokého-zaťaženia a nízkej tepelnej záťaže{{67}0 Udržiavanie minimálnej strednej rýchlosti10} Udržiavanie rýchlosti m/s. Pred ohrevom aktivujte obehové čerpadlo, aby ste sa uistili, že sa vytvorí stabilné pranie kvapaliny; je dôležité vyhnúť sa jedinému statickému ohrevu bez cirkulácie. 3. Nepretržité mierne prevzdušňovanie počas kultivácie pri konštantnej teplote Podpora celkového miešania kvapalín, vypúšťanie presýteného rozpusteného plynu z nádrže a znižovanie zrážania nových bublín na stene skúmavky sú uľahčené stopovým prevzdušňovaním stlačeným vzduchom. 4. Prevádzka zvyšovania gradientu teploty, odporúča sa, aby sa v dôsledku okamžitého nárastu teploty bubliny oddeľovali bubliny. rýchlosť Menšia alebo rovná 3 stupňom/min počas fázy spúšťania. 5. Konzistentné vypúšťanie nádrže počas údržby Aby sa znížilo nasýtenie rozpusteným plynom v médiu a vypustil plyn nahromadený v hornej časti nádrže, výfukový ventil nádrže by sa mal každé tri dni otvoriť na 10-15 minút. ## 5. Technika kontroly a hodnotenia korózie stagnácie bublín Po dokončení údržby vyprázdňovania nádrže použite jasné svetlo na preskúmanie povrchu trubice: - Typický znak: Tmavosivá zóna bodovej korózie v tvare prstenca, rozmiestnená na hornom polkruhu vodorovných rúrok, v súlade s dlhodobým-dráhou pokrytia bublinami. - Potenciál testu elektrochemického potenciálu 08V je nižší ako potenciál 20 8m oblasti bublín 0V: spodná oblasť ponorenia do kvapaliny tej istej trubice, čo naznačuje vážne poškodenie pasívneho filmu{82}} Meranie hrúbky ultrazvukom: Strata hrúbky steny horného oblúka je podstatne väčšia ako na dne trubice.|Zdroj nebezpečenstva stagnácie bublín|Cielené eliminačné opatrenie|Základný efekt|| ----|----|----|| Horizontálne usporiadanie trubice zachytávajúce bubliny|Inštalujte rúrky so sklonom 10 až 15 stupňov nahor alebo zvislým usporiadaním|Bubliny kĺžu a unikajú bez dlhodobého uchytenia povrchu|Nízky prietok kvapaliny nie je schopný odstrániť mikrobubliny|Udržujte cirkulačný prietok 1,0 m/s alebo vyšší a nainštalujte usmerňovače prietoku.|Nepretržité čistenie kvapalinou eliminuje novovzniknuté drobné bublinky.|Zrážanie bublín s vysokou hustotou výkonu.|Znížte hustotu povrchového výkonu o 20 % v prípade uzavretých nádrží.|Potlačiť okamžité oddeľovanie bublín vo veľkom meradle.|Statická utesnená nádrž presýteného rozpusteného plynu.|Nepretržité mikroprevzdušňovanie + pravidelné odsávanie nádrže.|Znížte obsah rozpusteného plynu, aby ste znížili tvorbu bublín.|Zvarová/podporná medzera bublina Plynovo-kvapalné dvojfázové mikrozóny s nedostatkom kyslíka sú tvorené stagnujúcimi vzduchovými vreckami na titánových vykurovacích rúrach, čo má za následok samogalvanicky lokalizovanú bodovú koróziu. Aby sa zabránilo dlhodobému prichytávaniu bublín na stene rúrky, základné riešenie zahŕňa konštrukčné usporiadanie naklonenej rúrky, vysokorýchlostné cirkulačné pranie, dizajn s nízkou tepelnou záťažou a nepretržitú prevzdušňovaciu prevádzku. Včasnú detekciu skorých defektov korózie bublín a prevenciu netesnosti titánových vykurovacích rúrok cez stenu možno dosiahnuť pravidelnou vizuálnou kontrolou a prípadným testovaním počas údržby.