در چه ترکیب خاصی از غلظت اسید آلی و دمای سطح غلاف، یک غلاف فولادی ضد زنگ 1.2 میلی متری 316 نیاز به تعویض هر نه ماه در سرویس CIP اسید سیتریک برای پردازش نوشیدنی دارد؟

اسید سیتریک یک ماده شیمیایی رسوب‌زدا و تمیزکننده استاندارد صنعتی برای سیستم‌های-در{1} تمیز برای مهندسان تعمیر و نگهداری در فرآوری نوشیدنی، لبنیات و تولید مواد غذایی است. محلول های معمولی CIP از اسید سیتریک 1 تا 3 درصد در دمای 70 تا 85 درجه سانتی گراد استفاده می کنند. این بخاری ها معمولاً دارای غلاف 1.2 میلی متری 316 استیل ضد زنگ هستند تا امکان پاسخ سریع دما و متناسب با ناحیه محدود موجود در اسکیدهای CIP را فراهم کنند. با این حال، برای برخی از ترکیبات غلظت اسید سیتریک و دمای سطح بالای غلاف به دلیل چگالی وات، افزایش خوردگی عمومی می تواند عمر مفید را به 9 ماه یا کمتر محدود کند. این مقاله مکان های دقیقی را مشخص می کند که یک غلاف 1.2 میلی متری 316 باید هر 9 ماه یکبار در طول سرویس CIP اسید سیتریک تعویض شود.

رفتار خوردگی دمای بالا 316 در اسید سیتریک
اسید سیتریک یک اسید آلی ضعیف است و به اندازه اسیدهای معدنی تهاجمی نیست، اما با این وجود می تواند باعث خوردگی قابل توجه فولاد زنگ نزن 316 در دماهای شدید شود. اسید سیتریک با اسید کلریدریک یا سولفوریک متفاوت است زیرا باعث ایجاد حفره نمی‌شود، بلکه یک خوردگی کلی یکنواخت را نشان می‌دهد. 316 نرخ خوردگی کمتر از 0.05 میلی‌متر در سال را در غلظت‌های کمتر از 5 درصد در دمای زیر 70 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد. نرخ خوردگی با افزایش دما از قانون آرنیوس پیروی می کند. در دمای 80 درجه سانتیگراد میزان اسید سیتریک 2 درصد تقریباً 0.1-0.2 میلی متر در سال است. در 90 درجه هر سال به 0.3-0.6 میلی متر می رسد. نرخ ها بیشتر از 1 میلی متر در سال در 100 درجه سانتی گراد است. برای یک ژاکت 1.2 میلی متری، حداقل ضخامت ساختاری برای مهار فشار در حد 0.5 میلی متر است. نرخ خوردگی 0.93 میلی متر در سال است. نفوذ خوردگی پس از 9 ماه 0.7 میلی متر (از 1.2 میلی متر تا 0.5 میلی متر) است. محدودیت نه ماهه جایگزینی زمانی برآورده می شود که ترکیب غلظت اسید سیتریک و دمای سطح غلاف نرخ خوردگی حدود 0.8-1.2 میلی متر در سال را ایجاد کند.

آستانه های حیاتی عمر خدمات 9 ماهه
آزمایش غوطه‌وری 316 نمونه در محلول‌های اسید سیتریک در دمایی که نماینده سرویس CIP نوشیدنی است، نشان می‌دهد که ترکیب‌های زیر از غلظت اسید و دمای سطح غلاف، حداکثر عمر مفید 9 ماهه را برای ضخامت دیواره 1.2 میلی‌متری فراهم می‌کند.

غلظت اسید سیتریک (وزن %) دمای محلول انبوه دمای سطح غلاف در 8 وات بر سانتی متر مربع (افزایش 20 درجه سانتی گراد) نرخ خوردگی مورد انتظار در دمای سطح زمان کاهش 1.2 میلی متر تا 0.5 میلی متر عمر مفید تا تعویض 1% 75 درجه سانتی گراد 95 درجه سانتی گراد 0.20 - 0.20 - سال 0.20 - 0.20 درجه سانتی گراد 2.5 - 4 سال 1٪ 80 درجه سانتی گراد 100 درجه سانتی گراد 0.35 - 0.60 میلی متر در سال 1.2 - 2.0 سال 1.5 - 2.5 سال 1٪ 85 درجه سانتی گراد 105 درجه سانتی گراد 0.60 - 1.00 میلی متر در سال 0.7 - 1.2٪ سانتی گراد 0.7 - 1.2 درصد سال 0.5 سال 0.20 - 0.35 میلی متر در سال 2.0 - 3.5 سال 2.5 - 4 سال 2٪ 75 درجه سانتی گراد 95 درجه سانتی گراد 0.35 - 0.60 میلی متر در سال 1.2 - 2.0 سال 1.5 - 2.5 سال 2% 80 درجه سانتی گراد 100 درجه سانتی گراد 100 - 100 درجه سانتی گراد سال 0.6 0.9 - 1.5 سال 2% 85 درجه سانتی گراد 105 درجه سانتی گراد 1.00 - 1.50 میلی متر در سال 0.5 - 0.7 سال 0.6 - 0.9 سال 3% 65 درجه سانتی گراد 85 درجه سانتی گراد 0.20 - 0.35 میلی متر در سال 2.0 - 3.5% 0.5 درجه سانتی گراد 0.35 - 0.60 میلی متر در سال 1.2 - 2.0 سال 1.5 - 2.5 سال 3% 75 درجه سانتی گراد 95 درجه سانتی گراد 0.60 - 1.00 میلی متر در سال 0.7 - 1.2 سال 0.9 - 1.5 سال 3% 80 درجه سانتی گراد 100 - 0.5 میلی متر در سال سال 0.6 - 0.9 سال 4% 60 درجه سانتی گراد 80 درجه سانتی گراد 0.25 - 0.40 میلی متر در سال 1.8 - 2.8 سال 2 تا 3.5 سال 4% 65 درجه سانتی گراد 85 درجه سانتی گراد 0.40 - 0.70 میلی متر در سال 1.0 - 1.8 درجه سانتی گراد 9% 20 درجه سانتی گراد 4 سال 1. 0.70 - 1.20 میلی متر در سال 0.6 - 1.0 سال 0.8 - 1.2 سال 4% 75 درجه سانتی گراد 95 درجه سانتی گراد 1.20 - 2.00 میلی متر در سال 0.4 - 0.6 سال 0.5 - 0.7 سال
برای یک سیستم CIP نوشیدنی با اسید سیتریک 2 درصد در دمای توده 80 درجه و غلاف 1.2 میلی متر در 8 وات بر سانتی متر مربع، دمای سطح غلاف حدود 100 درجه است. نرخ خوردگی پیش بینی شده 0.6-1.0 میلی متر در سال است که دیواره 1.2 میلی متری را در 0.7-1.2 سال به 0.5 میلی متر کاهش می دهد. تعویض نه ماهه موجه است. کاهش دمای توده به 75 درجه سانتی گراد، دمای سطح را به 95 درجه سانتی گراد، نرخ خوردگی را به 0.35-0.60 میلی متر در سال و عمر را به 1.5-2.5 سال کاهش می دهد.

پاکت عملیات ایمن برنامه نه ماهه تعویض
نمودار زیر حداکثر دمای ایمن اسید سیتریک فله ای را برای یک غلاف 1.2 میلی متری 316 نشان می دهد تا حداقل 9 ماه عمر مفید داشته باشد قبل از تخریب دیواره به 0.5 میلی متر و نیاز به تعویض در تراکم های مختلف وات داشته باشد.

چگالی وات (افزایش دما) حداکثر دمای حجیم برای 1% اسید سیتریک حداکثر دمای توده برای 2% اسید سیتریک حداکثر دمای توده برای 3% اسید سیتریک حداکثر دمای حجمی برای 4% اسید سیتریک 4 وات بر سانتی متر مربع (افزایش 10 درجه سانتی گراد درجه سانتی گراد 7 درجه سانتی گراد/8 درجه سانتی گراد) 88 درجه سانتی گراد (افزایش 15 درجه سانتی گراد) 83 درجه سانتی گراد 78 درجه سانتی گراد 73 درجه سانتی گراد 68 درجه سانتی گراد 8 وات بر سانتی متر مربع (افزایش 20 درجه سانتی گراد) 78 درجه سانتی گراد 73 درجه سانتی گراد 68 درجه سانتی گراد 63 درجه سانتی گراد 10 وات بر سانتی متر مربع (بالای 25 درجه سانتی گراد) 73 درجه سانتی گراد 68 درجه سانتی گراد 63 درجه سانتی گراد 63 درجه سانتی گراد 58 درجه سانتی گراد 58 درجه سانتی گراد 53 درجه سانتی گراد
محدودیت حجم ایمن 73 درجه برای یک سیستم CIP نوشیدنی معمولی است که از اسید سیتریک 2٪ در دمای 80 درجه فله با 8 W/cm2 (20 درجه افزایش، 100 درجه سطح) استفاده می کند. بخاری بیش از حد ایمن در دمای 80 درجه سانتیگراد کار می کند و نمی توان عمر مفید 9 ماهه را تضمین کرد. کاهش چگالی وات به 4 وات بر سانتی‌متر مربع (10 درجه افزایش، 90 درجه سطح) منجر به محدودیت حجم ایمن 83 درجه می‌شود که برای تعویض 9 ماهه در 80 درجه کافی است.

اصلاحات طراحی برای زندگی فراتر از نه ماه
اگر شرایط CIP نوشیدنی مستلزم غلاف 1.2 میلی متری 316 باشد و عمر 9 ماهه کافی نباشد، سه تنظیم می تواند عمر مفید را افزایش دهد. اولین مورد استفاده از بخاری بلندتر برای به حداقل رساندن چگالی وات است. کاهش چگالی توان از 8 وات بر سانتی‌متر مربع به 4 وات بر سانتی‌متر مربع باعث افزایش دمای سطح از 20 درجه سانتی‌گراد به 10 درجه سانتی‌گراد می‌شود و رژیم از 9 ماه به 1.5-2.5 سال تغییر می‌کند. تنظیم دوم برای به حداقل رساندن دوره قرار گرفتن در معرض اسید سیتریک با فعال کردن بخاری منحصراً در طی مراحل گرمایش و نه در هنگام گردش مجدد است. یک بخاری که به جای 24 ساعت در روز 2 ساعت در روز کار می کند، در زمان تقویمی 12 برابر بیشتر عمر می کند. آخرین تغییر، افزودن یک بازدارنده خوردگی است. بازدارنده های تجاری اسید سیتریک می توانند نرخ خوردگی را 40 تا 60 درصد کاهش دهند. مهندسان باید یک آلیاژ بالاتر مانند آلیاژ 825 یا تیتانیوم را برای سیستم های CIP که به طور مداوم کار می کنند و به اسید سیتریک 3-4٪ در 80-85 درجه نیاز دارند، مشخص کنند. این مواد نرخ خوردگی کمتر از 0.05 میلی متر در سال در اسید سیتریک در دمای تا 100 درجه سانتیگراد نشان می دهند. هنگام مشخص کردن بخاری برای سرویس CIP نوشیدنی، همیشه محتوای اسید سیتریک واقعی، دمای حجم، چرخه کاری مورد انتظار و فاصله زمانی تعویض مورد نظر را ذکر کنید. سازنده ای که 316 را برای اسید سیتریک 3 درصد در دمای 85 درجه بدون بحث در مورد عمر مورد انتظار مشخص می کند، مسئولیتی ندارد. یک رابطه قابل پیش بینی از غلظت، دمای حجمی و چگالی وات برای آستانه جایگزینی نه ماهه برای یک غلاف 1.2 میلی متری 316 در سرویس CIP اسید سیتریک وجود دارد که پیش بینی دقیق عمر بخاری و برنامه ریزی تعمیر و نگهداری در تاسیسات فرآوری نوشیدنی را ارائه می دهد.