A quina combinació específica de concentració d'àcid orgànic i temperatura de la superfície de la funda requereix la substitució d'una funda d'acer inoxidable 316 d'1,2 mil·límetres cada nou mesos al servei CIP d'àcid cítric per al processament de begudes?

L'àcid cítric és un producte químic de neteja i descalcificació estàndard de la indústria per a sistemes de neteja{0}}in situ-per als enginyers de manteniment en el processament de begudes, lactis i fabricació d'aliments. Les solucions CIP típiques utilitzen 1-3% d'àcid cítric a 70-85 °C. Aquests escalfadors solen tenir una funda d'acer inoxidable 316 d'1,2 mm, per permetre una resposta ràpida a la temperatura i per adaptar-se a l'àrea limitada disponible als patins CIP. Tanmateix, per a algunes combinacions de concentració d'àcid cítric i alta temperatura superficial de la funda a causa de la densitat de watts, l'augment de la corrosió general pot limitar la vida útil a nou mesos o menys. Aquest document especifica les ubicacions exactes on s'ha de substituir una funda 316 d'1,2 mm cada nou mesos durant el servei CIP d'àcid cítric.

Comportament a la corrosió a alta temperatura de 316 en àcid cítric
L'àcid cítric és un àcid orgànic feble i no tan agressiu com els àcids minerals, però, no obstant això, pot causar una corrosió considerable de l'acer inoxidable 316 a temperatures extremes. L'àcid cítric és diferent de l'àcid clorhídric o sulfúric perquè no causa picades, però una corrosió global uniforme. 316 mostra taxes de corrosió inferiors a 0,05 mm per any a concentracions inferiors al 5% a temperatures inferiors a 70 °C. La velocitat de corrosió obeeix a la llei d'Arrhenius amb l'augment de la temperatura. A 80 °C, la taxa d'àcid cítric al 2% és d'aproximadament 0,1-0,2 mm per any. A 90 graus ascendeix a 0,3-0,6 mm cada any. Les velocitats són superiors a 1 mm/any a 100 °C. Per a una jaqueta d'1,2 mm, el gruix estructural mínim per a la contenció de la pressió és de l'ordre de 0,5 mm. La taxa de corrosió és de 0,93 mm/any. La penetració de la corrosió després de 9 mesos és de 0,7 mm (d'1,2 mm a 0,5 mm). El límit de substitució de nou mesos es compleix quan la combinació de la concentració d'àcid cítric i la temperatura de la superfície de la funda produeix una taxa de corrosió d'uns 0,8-1,2 mm per any.

Llindars crítics de vida útil de 9 mesos
Les proves d'immersió de 316 mostres en solucions d'àcid cítric a temperatures representatives del servei CIP de begudes indiquen que les combinacions següents de concentració d'àcid i temperatura superficial de la funda proporcionaran una vida útil màxima de nou-mesos per a un gruix de paret d'1,2 mm.

Concentració d'àcid cítric (%) Temperatura de la solució a granel Temperatura de la superfície de la funda a 8 W/cm² (20 °C d'augment) Taxa de corrosió esperada a la temperatura de la superfície Temps per reduir 1,2 mm a 0,5 mm Vida útil fins a la substitució 1% 75 °C 95 °C 0,20 – 0,25 mm – . 2,5 – 4 anys 1% 80 °C 100 °C 0,35 – 0,60 mm/any 1,2 – 2,0 anys 1,5 – 2,5 anys 1% 85 °C 105 °C 0,60 – 1,00 mm/any 0,7 – 1,9 °C anys 0,7 – 1,9 – 1,7 °C anys . 90 °C 0,20 – 0,35 mm/any 2,0 – 3,5 anys 2,5 – 4 anys 2% 75 °C 95 °C 0,35 – 0,60 mm/any 1,2 – 2,0 anys 1,5 – 2,5 anys 2% 80 °C –/any 1,000 mm 1,00 °C 1,000 mm/any 0,7 – 1,2 anys 0,9 – 1,5 anys 2% 85 °C 105 °C 1,00 – 1,50 mm/any 0,5 – 0,7 anys 0,6 – 0,9 anys 3% 65 °C 85 °C 0,20 – 0,35 °C 0,20 – 0,35 mm/any –2,35 mm/any .35,4 anys .3% .3% 70 °C 90 °C 0,35 – 0,60 mm/any 1,2 – 2,0 anys 1,5 – 2,5 anys 3% 75 °C 95 °C 0,60 – 1,00 mm/any 0,7 – 1,2 anys 0,9 – 1,5 anys – 1,0 °C 3% – 1,080 °C 3% mm/any 0,5 – 0,7 anys 0,6 – 0,9 anys 4% 60 °C 80 °C 0,25 – 0,40 mm/any 1,8 – 2,8 anys 2 – 3,5 anys 4% 65 °C 85 °C 0,40 – 0,70 °C 0,40 – 0,70 anys –1,2 anys –1,2 anys 2 – 3,5 anys 4% 70 °C 90 °C 0,70 – 1,20 mm/any 0,6 – 1,0 anys 0,8 – 1,2 anys 4% 75 °C 95 °C 1,20 – 2,00 mm/any 0,4 – 0,6 anys 0,5 – 0,7 anys
Per a un sistema CIP de begudes amb un 2% d'àcid cítric a una temperatura a granel de 80 graus i una funda d'1,2 mm a 8 W/cm2, la temperatura de la superfície de la funda és d'uns 100 graus. La taxa de corrosió projectada és de 0,6-1,0 mm/any, cosa que reduirà la paret d'1,2 mm a 0,5 mm en 0,7-1,2 anys. Es justifica una substitució de nou mesos. La reducció de la temperatura a granel a 75 °C redueix la temperatura superficial a 95 °C, la taxa de corrosió a 0,35-0,60 mm/any i la vida útil a 1,5-2,5 anys.

Programa de substitució de nou mesos Sobre de funcionament segur
El gràfic següent mostra la temperatura màxima segura d'àcid cítric a granel per a una funda 316 d'1,2 mm per donar almenys nou mesos de vida útil abans que la degradació de la paret a 0,5 mm requereixi la substitució a diferents densitats de watts.

Densitat en watts (augment de temperatura) Temperatura màxima a granel per a un 1% d'àcid cítric. Temperatura màxima a granel per a un 2% d'àcid cítric. Temperatura màxima a granel per a un àcid cítric al 3%. pujada) 83°C 78°C 73°C 68°C 8 W/cm² (20°C pujada) 78°C 73°C 68°C 63°C 10 W/cm² (25°C pujada) 73°C 68°C 63°C 58°C 12°C 68°C 63°C augment 58°C 53°C
El límit de seguretat a granel és de 73 graus per a un sistema CIP de begudes típic que utilitza un 2% d'àcid cítric a una temperatura a granel de 80 graus amb 8 W/cm2 (augment de 20 graus, superfície de 100 graus). L'escalfador funciona per sobre del límit de seguretat a 80 graus C i no es pot garantir una vida útil de nou mesos. La reducció de la densitat de watts a 4 W/cm2 (augment de 10 graus, superfície de 90 graus) dóna com a resultat un límit de volum segur de 83 graus , que és adequat per a nou-mesos de substitució a 80 graus .

Modificacions de disseny per a la vida més enllà dels nou mesos
Si les condicions CIP de la beguda requereixen una funda 316 d'1,2 mm i una vida útil de nou-mesos no és suficient, tres ajustos poden allargar la vida útil. El primer és utilitzar un escalfador més llarg per minimitzar la densitat de watts. La reducció de la densitat de potència de 8 W/cm² a 4 W/cm² fa que l'augment de la temperatura superficial disminueixi de 20 °C a 10 °C i el règim canvia de 9 mesos a 1,5-2,5 anys. El segon ajust és minimitzar el període d'exposició a l'àcid cítric activant l'escalfador exclusivament durant les fases d'escalfament i no durant la recirculació. Un escalfador que funcioni 2 hores al dia en lloc de 24 hores al dia durarà 12 vegades més en el temps natural. L'alteració final és l'addició d'un inhibidor de corrosió. Els inhibidors comercials d'àcid cítric poden reduir les taxes de corrosió del 40 al 60%. Els enginyers haurien d'especificar un aliatge superior com l'aliatge 825 o el titani per als sistemes CIP que funcionen contínuament i requereixen un 3-4% d'àcid cítric a 80-85 graus. Aquests materials mostren taxes de corrosió inferiors a 0,05 mm/any en àcid cítric a temperatures de fins a 100 °C. Quan especifiqueu escalfadors per al servei CIP de begudes, esmenteu sempre el contingut real d'àcid cítric, la temperatura a granel, el cicle de treball esperat i l'interval de substitució desitjat. Un fabricant que especifica 316 per àcid cítric al 3% a 85 graus sense discutir la vida útil prevista no és responsable. Existeix una relació predictible de concentració, temperatura a granel i densitat de watts per al llindar de substitució de nou mesos per a una funda 316 d'1,2 mm en el servei CIP d'àcid cítric, que proporciona una previsió precisa de la vida útil de l'escalfador i la planificació del manteniment a les instal·lacions de processament de begudes.