Hvaða hámarks leyfilegur styrkur lífrænna sýra (ediks/maurasýru) við 100 gráðu magn hitastig kemur í veg fyrir almenna tæringu á 316 hitaslíður úr ryðfríu stáli í frárennsli matvælavinnslu

Tæringarþröskuldur lífrænna sýru fyrir matvæla- og lífvinnsluforrit

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%. Fyrir blönduð lífræn sýrukerfi (td gerjunarsoð sem inniheldur tvær sýrur) gæti tæringarhraðinn verið tvisvar til fimm sinnum hærri en fyrir einstakar sýrur. Þessi grein reiknar út viðmiðunarmörk lífrænna sýrustyrks fyrir óvirka-í-virka umbreytingu 316 við 100 gráður.

316 Ryðfrítt stál tæringarkerfi lífrænna sýru

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 gráður) eykst sundrun lífrænna sýra og einnig dreifingarhraði fjandsamlegra tegunda til málmyfirborðsins. Súrefni (loftað skilyrði) stuðlar venjulega að aðgerðaleysi, en loftað (loftfirrt) aðstæður hvetja til virkrar tæringar. Lágt súrefnismagn í frárennsli matvælavinnslu stafar almennt af líffræðilegri súrefnisþörf.

Magngreind mörk fyrir almenna tæringu við 100 gráður

Almennt tæringarhlutfall fyrir 316 ryðfríu stáli hefur verið ákvarðað með stýrðum dýfingarprófum í loftblanduðum og loftblanduðum lífrænum sýrulausnum við 100 gráður í 1.000 klst.

Styrkur lífræns sýru (wt%) pH (u.þ.b. við 100 gráður) Tæringarhraði uppleysts súrefnis (mm/ári) Mælt með fyrir 100 gráðu þjónustutíma til 0,2 mm málmtap (klst.)
Edik<5 >4.0 Loftræst<0.02 >10.000 Já
Edik 5-10 3.5-4.0 loftblandað 0.02-0.05 4.000-10.000 Já
Edik 10-15 3.0-3.5 loftblandað 0.05-0.10 2.000-4.000 ásættanlegt
Edik 15-20 2.8-3.0 loftblandað 0.10-0.20 1,000-2,000 jaðar
Edik 20-25 2.6-2.8 loftblandað 0.20-0.35 600-1,000Ekki mælt með
Acetic >25 <2.6 Aerated >0.35 <600 Unacceptable
Loftað<0.02 >10.000 Já Formic<0.5 >3.5
Formic 0.5-1.0 3.0-3.5 loftað 0.03-0.08 2,500-7.000 ásættanlegt
Formic 2.7-3.0 1.0-2.0 loftað 1.000-2,500 0.08-0.20 lélegur
Formic 2.0-3.0 2.5-2.7 loftað 0.20-0.40 500-1,000Ekki ráðlagt
Formic >3.0 <2.5 Aerated >0.40 <500 Unacceptable
Edik (10%) + maura (0,5%) Blandað 2,8-3,2 loftað 0.15-0.30 700-1,300 Ekki ráðlagt (samlegð)
Hvers konar lífræn sýruHver sem er<2.5 Aerated >0.30 <700 Not acceptable
Hvaða lífræn sýra sem er. Öll loftlaus (<0.5 ppm O₂) 2-5× aerated rate 2-5× quicker Unacceptable for most
Samverkandi áhrif blandaðra lífrænna sýra

Raunveruleg matvælavinnsla og gerjunarafrennsli innihalda sjaldan eina lífræna sýru. Samverkandi áhrif ediks og maurasýru stafa af breytingu á pH og framleiðslu á blönduðu fléttunum.

Maurasýra (w%) Ediksýra (w%) Jafngildir stakur-Tæringarhraði sýrustyrks (mm/ári, loftað) pH (100 gráður) Samsett styrkur Ráðlagt næsta skref
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% edik Ekki mælt með því
10 0.1 10.1 3.2 0.10 12% acetic Jaðar 10 0.5 10.5 2.9 0.30 ÓásættanlegtNei 10 1.0 11.0 2.7 0.60 Óásættanlegt Nei
Hagnýtar forskriftir um vatnsefnafræði fyrir afrennsli úr matvælum

Mælt er með eftirfarandi takmörkunum á lífrænum sýrum fyrir 316 hlífðar hitara í matvælavinnslu eða lífvinnslu frárennslishitunar við 100 gráður.

Umsókn Algengar lífrænar sýrur fundnar Max. Heildar lífræn sýra (wt%) Hámark einstaklings maurasýru% wt Ráðlagt pH (við 100 gráður) Áætluð líftími hitara (ár)
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 til 10
Vinegar and WinemakingAcetic 15 N/A >3.0 3-6 (fylgjast með)
Food waste digestate Mixed (acetic + formic) 5 0.3 >3.5 5-8
High-formic effluents Formic 2 2 >3.0 2-4 (mörk)
Auðkenning lífræns sýra tæringarsviðs

316 hitari í frárennsli matvælavinnslu bilaði vegna tæringar á lífrænum sýrum, sem leiddi til einsleitrar, almennrar yfirborðsætingar án stakra gryfja. Yfirborðið getur verið dauft, grátt eða frostlegt og veggþykktin verður stöðugt lækkuð. Tæringarvörur eru oft leysanlegar og mynda ekki sýnilegan hreistur. Efnafræði frárennslis mun einkennast af heildarstyrk lífrænna sýru yfir viðmiðunum og pH undir 3,0-3,5. Fyrir maurasýru er venjulegur bilunarmáti breiðþynning án gryfju, en fyrir ediksýru þynnist hún auk nokkurrar staðbundinnar árásar við kornmörk. Úrræðið er að minnka styrk lífrænna sýra (með þynningu eða hlutleysingu), hækka pH (með því að bæta við natríumhýdroxíði eða natríumbíkarbónati til að hækka pH yfir 4,0-4,5), eða uppfæra í tæringarþolnara málmblöndu eins og Alloy 20 eða Alloy 825.

Aðferðir til að stjórna ferli og hlutleysingu

Ef ekki er hægt að draga úr styrk lífrænna sýru á hagkvæman hátt geta eftirfarandi mótvægisaðferðir lengt endingu hitara:

pH-stilling: Stilltu pH í 4,5-5,5 með natríumhýdroxíði eða natríumkarbónati. Tæringarhraði minnkar um um það bil 50% fyrir 0,5 pH einingu yfir 3,5.

Loftun: Haltu DO við 2-3 ppm eða hærra. Loftun leiðir til aðgerðaleysis en afloftun eykur hraða virkrar tæringar um 2-5 sinnum.

Lægra hitastig: Að keyra við 80C í stað 100C dregur úr tæringarhraða um 60-80% (virkjunarorka ~50 kJ/mól).

Uppfærsla á málmblöndu: Alloy 825 (42Ni - 21Cr - 3Mo) eða Alloy 20 (32Ni - 20Cr - 2Mo - Cu) hafa 5-10× meiri viðnám gegn lífrænum sýrum en 316.

Ályktun: Lífræn sýrumörk við 100 gráður 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. Maurasýra er 3-5× árásargjarnari, max 1-2% fyrir fullnægjandi þjónustu. Samvirk tæring frá blönduðum lífrænum sýrum. Heildar lífræn sýra > 5-6% (þar á meðal > 0,3-0,5% maurasýru) veldur jaðarframmistöðu. 316 slíður til notkunar með lífrænum sýrum krefjast þess að verkfræðingur fái fullkomna sýrugreiningu (gerð og styrk) og pH við vinnsluhita þegar tilgreint er. Ef styrkur fer yfir viðmið, er pH-stilling, loftun eða endurbætur á málmblöndu nauðsynleg. Aðferðafræðin sem þróuð er hér tengir innihald lífrænna sýru við mælanlegt almennt tæringarhraða við 100 gráður og veitir kaupendum möguleika á að tilgreina 316 slíður eða koma í staðinn fyrir aðrar málmblöndur fyrir matvælavinnslu og lífvinnsluhitunar.