Pro techniky údržby odpovědné za čisté-na místě-systémy ve zpracování nápojů, mlékárenství a výrobě potravin je kyselina citronová široce používána jako prostředek na odstraňování vodního kamene a čisticí prostředek. Typické roztoky CIP používají 1–3% kyselinu citrónovou při teplotách 70–85 °C. 1,2 mm plášť z nerezové oceli 316 je pro tyto ohřívače běžný kvůli požadavkům na rychlou tepelnou odezvu a prostorovým omezením v CIP ližinách. Avšak při specifických kombinacích koncentrace kyseliny citrónové a zvýšené povrchové teploty pláště z wattové hustoty může zrychlená obecná koroze zkrátit životnost na devět měsíců nebo méně. Tento článek uvádí přesné prahové hodnoty, kdy 1,2 mm 316 pouzdro vyžaduje výměnu každých devět měsíců ve službě CIP s kyselinou citronovou.
Korozní chování 316 v kyselině citronové při zvýšených teplotách
Kyselina citronová je slabá organická kyselina, která je méně agresivní než minerální kyseliny, ale při zvýšených teplotách může stále způsobit značnou korozi nerezové oceli 316. Na rozdíl od kyseliny sírové nebo chlorovodíkové nezpůsobuje kyselina citrónová důlkovou korozi, ale spíše rovnoměrnou obecnou korozi. Při koncentracích pod 5 % při teplotách pod 70 °C vykazuje 316 rychlost koroze pod 0,05 mm za rok. Jak se teplota zvyšuje, rychlost koroze sleduje Arrheniův vztah. Při 80 °C je rychlost 2% kyseliny citrónové přibližně 0,1–0,2 mm za rok. Při 90°C dosahuje 0,3–0,6 mm za rok. Při 100 °C překračují rychlosti 1 mm za rok. Pro plášť o tloušťce 1,2 mm je minimální konstrukční tloušťka pro tlakovou izolaci přibližně 0,5 mm. Průnik koroze 0,7 mm (od 1,2 mm do 0,5 mm) nastane za 9 měsíců při rychlosti koroze 0,93 mm za rok. Devítiměsíční-práh výměny je dosažen, když kombinace koncentrace kyseliny citrónové a povrchové teploty pláště vytváří rychlost koroze přibližně 0,8–1,2 mm za rok.
Kritické prahy pro devíti-měsíční životnost
Na základě testování ponořením 316 vzorků v roztocích kyseliny citronové při teplotách relevantních pro provoz CIP pro nápoje, následující kombinace koncentrace kyseliny a povrchové teploty pláště poskytují maximální životnost devět- měsíců pro 1,2 mm stěnu.
| Koncentrace kyseliny citronové (hmotnostní %) | Teplota roztoku | Povrchová teplota pláště při 8 W/cm² (nárůst o 20 °C) | Očekávaná míra koroze při povrchové teplotě | Čas pro snížení z 1,2 mm na 0,5 mm | Životnost do výměny |
|---|---|---|---|---|---|
| 1% | 75 °C | 95 °C | 0,20 – 0,35 mm/rok | 2,0 – 3,5 roku | 2,5 – 4 roky |
| 1% | 80 °C | 100 °C | 0,35 – 0,60 mm/rok | 1,2 – 2,0 let | 1,5 – 2,5 roku |
| 1% | 85 °C | 105 °C | 0,60 – 1,00 mm/rok | 0,7 – 1,2 roku | 0,9 – 1,5 roku |
| 2% | 70 °C | 90 °C | 0,20 – 0,35 mm/rok | 2,0 – 3,5 roku | 2,5 – 4 roky |
| 2% | 75 °C | 95 °C | 0,35 – 0,60 mm/rok | 1,2 – 2,0 let | 1,5 – 2,5 roku |
| 2% | 80 °C | 100 °C | 0,60 – 1,00 mm/rok | 0,7 – 1,2 roku | 0,9 – 1,5 roku |
| 2% | 85 °C | 105 °C | 1,00 – 1,50 mm/rok | 0,5 – 0,7 roku | 0,6 – 0,9 roku |
| 3% | 65 °C | 85 °C | 0,20 – 0,35 mm/rok | 2,0 – 3,5 roku | 2,5 – 4 roky |
| 3% | 70 °C | 90 °C | 0,35 – 0,60 mm/rok | 1,2 – 2,0 let | 1,5 – 2,5 roku |
| 3% | 75 °C | 95 °C | 0,60 – 1,00 mm/rok | 0,7 – 1,2 roku | 0,9 – 1,5 roku |
| 3% | 80 °C | 100 °C | 1,00 – 1,50 mm/rok | 0,5 – 0,7 roku | 0,6 – 0,9 roku |
| 4% | 60 °C | 80 °C | 0,25 – 0,40 mm/rok | 1,8 – 2,8 roku | 2 – 3,5 roku |
| 4% | 65 °C | 85 °C | 0,40 – 0,70 mm/rok | 1,0 – 1,8 roku | 1,2 – 2 roky |
| 4% | 70 °C | 90 °C | 0,70 – 1,20 mm/rok | 0,6 – 1,0 roku | 0,8 – 1,2 roku |
| 4% | 75 °C | 95 °C | 1,20 – 2,00 mm/rok | 0,4 – 0,6 roku | 0,5 – 0,7 roku |
U nápojového CIP systému využívajícího 2% kyselinu citrónovou při 80 °C objemové teplotě s 1,2 mm pláštěm při 8 W/cm² dosahuje povrch pláště přibližně 100 °C. Očekávaná rychlost koroze je 0,6–1,0 mm za rok, čímž se zmenší 1,2 mm stěna na 0,5 mm za 0,7–1,2 roku. Výměna za devět{14}}měsíců je vhodná. Snížení objemové teploty na 75 °C snižuje povrchovou teplotu na 95 °C, snižuje rychlost koroze na 0,35–0,60 mm za rok a prodlužuje životnost na 1,5–2,5 roku.
Bezpečná provozní obálka na devíti{0}}měsíční plán výměn
Následující tabulka uvádí maximální bezpečnou objemovou teplotu kyseliny citronové pro plášť 1,2 mm 316 při různých hustotách wattů, aby bylo dosaženo životnosti nejméně devět měsíců, než bude nutné zmenšení stěny na 0,5 mm vyměnit.
| Wattová hustota (nárůst teploty) | Maximální objemová teplota pro 1% kyselinu citrónovou | Maximální objemová teplota pro 2% kyselinu citrónovou | Maximální objemová teplota pro 3% kyselinu citrónovou | Maximální objemová teplota pro 4% kyselinu citrónovou |
|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (10°C nárůst) | 88 °C | 83 °C | 78 °C | 73 °C |
| 6 W/cm² (15°C nárůst) | 83 °C | 78 °C | 73 °C | 68 °C |
| 8 W/cm² (nárůst 20°C) | 78 °C | 73 °C | 68 °C | 63 °C |
| 10 W/cm² (nárůst 25°C) | 73 °C | 68 °C | 63 °C | 58 °C |
| 12 W/cm² (30°C nárůst) | 68 °C | 63 °C | 58 °C | 53 °C |
Pro typický nápojový CIP systém využívající 2% kyselinu citrónovou při 80°C objemové teplotě s 8 W/cm² (20°C nárůst, 100°C povrch), bezpečný limit objemu je 73°C. Při 80 °C ohřívač překračuje bezpečnou mez a devíti{9}}měsíční životnost není zaručena. Snížení hustoty wattů na 4 W/cm² (10°C nárůst, 90°C povrch) poskytuje bezpečný limit objemu 83°C, takže 80°C je přijatelných pro výměnu za devět-měsíců.
Úpravy designu pro prodloužení životnosti na více než devět měsíců
Pokud podmínky CIP pro nápoje vyžadují 1,2 mm 316 pouzdro a devíti-měsíční životnost je nedostatečná, mohou životnost prodloužit tři modifikace. První je snížit hustotu wattu použitím delšího ohřívače. Snížením z 8 W/cm² na 4 W/cm² se sníží nárůst povrchové teploty z 20 °C na 10 °C, čímž se z režimu 9-měsíců přejde na režim 1,5–2,5 roku. Druhou úpravou je omezení doby působení kyseliny citronové používáním ohřívače pouze během fází ohřevu, nikoli během recirkulace. Ohřívač, který je v provozu 2 hodiny denně místo 24 hodin denně, vydrží v kalendářním vyjádření 12krát déle. Třetí modifikací je přidání inhibitoru koroze. Komerční inhibitory kyseliny citrónové mohou snížit rychlost koroze o 40–60 %. U systémů CIP vyžadujících 3–4 % kyseliny citrónové při 80–85 °C s nepřetržitým provozem by inženýři měli přejít na vyšší slitinu, jako je Alloy 825 nebo titan. Tyto materiály udržují rychlost koroze pod 0,05 mm za rok v kyselině citronové při teplotách do 100 °C. Při specifikaci ohřívačů pro službu CIP pro nápoje vždy uveďte přesnou koncentraci kyseliny citronové, teplotu objemu, očekávaný pracovní cyklus a požadovaný interval výměny. Výrobce, který doporučuje 316 pro 3% kyselinu citronovou při 85 °C, aniž by diskutoval o očekávané životnosti, neposkytuje odpovědné pokyny. Devítiměsíční práh výměny pro 1,2 mm 316 pouzdro v CIP kyselině citronové je předvídatelnou funkcí koncentrace, objemové teploty a hustoty wattů, což umožňuje přesné předpovídání životnosti ohřívače a plánování údržby při operacích zpracování nápojů.
