In 25 %iger Natriumhydroxidlösung bei 90 Grad reagiert Siliciumdioxid (SiO₂) mit Titan unter Bildung von Natriumtitanat (Na₂TiO₃) und Natriumsilikatablagerungen. Diese Waagen haben eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit von 0,5–1,5 W/m·K, verglichen mit 21,9 W/m·K für Titan. Die maximal zulässige Kieselsäurekonzentration zur Verhinderung der Bildung isolierender Ablagerungen beträgt 50 ppm. Über 50 ppm überschreitet die Zunderdicke innerhalb von 500 Stunden 0,1 mm, was zu erheblichen Wärmeübertragungsverlusten führt. Der Zunder entsteht durch die Reaktion: TiO₂ + 2NaOH + SiO₂ → Na₂TiO₃ + Na₂SiO₃ + H₂O.

Der Mechanismus der Bildung von Natriumtitanat-Ablagerungen

Bei 90 Grad in einer alkalischen Lösung bildet Titan eine dünne TiO₂-Passivschicht. Kieselsäure löst sich als Silikat-Ionen (SiO₃²⁻). Silikat und Titanat reagieren unter Bildung einer gemischten Natriumtitanat--Silikatschicht. Der Zunder wächst durch Diffusion von Ti⁴⁺ und Si⁴⁺ durch den bestehenden Zunder. Sobald sich die Ablagerungen gebildet haben, sind sie hart, haftend und isolierend. Der Zunder kann durch Säurereinigung nicht entfernt werden, ohne das Titangrundmetall anzugreifen.

Quantitative Schuppenbildung als Funktion der Siliciumdioxidkonzentration

Kontrollierte Tests in 25 % NaOH bei 90 Grad über 500 Stunden haben Folgendes für Titan der Güteklasse 2 ergeben. Bei 0 ppm Siliciumdioxid beträgt die Zunderdicke 0 µm, die Zunderzusammensetzung ist nicht vorhanden und die Verringerung der Wärmeübertragung beträgt 0 %. Bei 10 ppm Siliziumdioxid beträgt die Zunderdicke 5–15 µm, die Zusammensetzung ist Natriumsilikat und die Verringerung der Wärmeübertragung beträgt 2–5 %. Bei 25 ppm beträgt die Dicke 15–40 µm, die Zusammensetzung ist gemischtes Silikat/Titanat und die Reduzierung beträgt 5–15 %. Bei 50 ppm, dem kritischen Schwellenwert, beträgt die Dicke 40–80 µm, die Zusammensetzung dominiert Natriumtitanat und die Reduzierung beträgt 15–30 %. Bei 100 ppm beträgt die Dicke 80–150 µm, die Zusammensetzung ist dickes Titanat und die Reduzierung beträgt 30–50 %. Bei 250 ppm beträgt die Dicke 150–300 µm, die Zusammensetzung ist stark zunderhaltig und die Reduzierung beträgt 50–70 %.

Einfluss von Temperatur und NaOH-Konzentration auf die Silica-Toleranz

Die maximal zulässige Kieselsäurekonzentration nimmt mit steigender Temperatur und NaOH-Konzentration ab. Bei 70 Grad und 25 % NaOH ist die zulässige Kieselsäure für<0.1 mm scale is 100 ppm, and the recommended maximum is 75 ppm. At 80°C, the allowable is 75 ppm, and the recommended is 50 ppm. At 90°C, the allowable is 50 ppm, and the recommended is 30 ppm. At 100°C, the allowable is 30 ppm, and the recommended is 20 ppm. At 110°C, the allowable is 20 ppm, and the recommended is 10 ppm. At 50% NaOH and 90°C, the allowable silica is 25 ppm.

Leitfaden zur Silikatkontrolle und Ablagerungsverhinderung

Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen für die maximal zulässige Kieselsäurekonzentration und Maßnahmen für Titanheizgeräte der Güteklasse 2 in 25 % NaOH bei 90 Grad.

Technik, die über die Kontrolle der Siliciumdioxidkonzentration hinausgeht

Die Titansorte verhindert die Bildung von Ablagerungen nicht, aber die Sorte 7 weist eine bessere Korrosionsbeständigkeit unter -Zunder auf. Die Wandstärke ermöglicht eine Wärmeübertragung; Eine dickere Wand hat ein höheres Grundlinien-ΔT, sodass die prozentuale Reduzierung bei einer gegebenen Zunderdicke etwas geringer ist. Die Oberflächenbeschaffenheit des Rohrs beeinflusst die Zunderhaftung; Elektropolierte Oberflächen (Ra unter 0,3 µm) ermöglichen eine einfachere Entfernung von Zunder. Um eine Kontamination mit Kieselsäure zu vermeiden, sollte für die Natronlauge entionisiertes Wasser verwendet werden. Ein Kationenaustauscher-Weichmacher entfernt Kieselsäure. Die Laugenlösung sollte durch einen 1-µm-Filter filtriert werden, um suspendierte Silikatpartikel zu entfernen.

Erstellen einer fundierten Spezifikation

Halten Sie bei einer Titanheizung der Güteklasse 2 in 25 % NaOH bei 90 Grad die Silikatkonzentration unter 20 ppm, um einen Sicherheitsspielraum unterhalb der Skalierungsschwelle von 50 ppm zu gewährleisten. Verwenden Sie zum Nachfüllen entionisiertes Wasser und überwachen Sie die Kieselsäure wöchentlich durch kolorimetrische Analyse. Wenn der Kieselsäuregehalt 30 ppm übersteigt, verdünnen Sie die Laugenlösung mit entionisiertem Wasser oder ersetzen Sie sie vollständig. Entfernen Sie bei vorhandenen Heizgeräten mit Silica-Ablagerungen die Ablagerungen mechanisch mit einer Nylonbürste. Verwenden Sie zur Reinigung kein HF oder HCl. Durch die Kontrolle der Silica-Konzentration auf unter 30 ppm verhindert der Ingenieur die Bildung von isolierenden Natriumtitanat-Ablagerungen im heißen, ätzenden Betrieb.