Per a una barra de calor de titani que funcioni en una salmorra de clorur de calci al 30% a 100 graus amb una impuresa de magnesi del 2%, quina és la duresa màxima permesa de l'aigua (com CaCO₃) per evitar l'escalada preferent d'hidròxid de magnesi?

A 100 graus en salmorra al 30% de clorur de calci (CaCl 2 ) amb un 2% d'impuresa de magnesi (com MgCl 2 ), les escales d'hidròxid de magnesi (Mg(OH) 2 ) precipiten preferentment sobre el carbonat de calci o el sulfat de calci. L'hidròxid de magnesi és particularment baixa en solubilitat a temperatures elevades i crea una escala dura i adherida a les superfícies de l'escalfador de titani. L'escala té una conductivitat tèrmica baixa (1-2 W/mK) que provoca un sobreescalfament local. La duresa total (com a CaCO3) permesa per evitar l'escalat preferent d'hidròxid de magnesi és de 200 ppm. Amb aquesta configuració, el gruix de l'escala és de 0,2 mm en 500 hores i la transferència de calor es redueix entre un 30 i un 50 %.

Mecanisme de formació preferent d'escala d'hidròxid de magnesi

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Aquesta reacció és endotèrmica i com més alta és la temperatura, més ràpid transcorre. La reducció de l'aigua afavoreix el pH local a la superfície de titani escalfada, augmentant la precipitació de Mg(OH)2. Els ions de calci precipiten l'escala de carbonat de calci i sulfat de calci, però aquests són menys adherents i es poden eliminar més fàcilment. Si la duresa de l'aigua és superior a 200 ppm, l'escala es compon principalment de Mg(OH)2 fins i tot amb un 2% d'impuresa de magnesi. a mesura que l'escala s'expandeix, els cristalls-com a plaques s'entrellacen, creant una capa dura.

Escala quantitativa de formació versus duresa de l'aigua

Les proves controlades en salmorra sintètica (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 graus) durant 500 hores amb duresa total variada (expressada en ppm CaCO3) han establert el següent. Gruix de l'escala 10-30 µm Escala de carbonat de calci amb un mínim de Mg(OH) 2 Eliminació possible mitjançant rentat àcid Reducció de transferència de calor 5-15% Duresa < 100 ppm A 100-200 ppm, el gruix de l'escala de duresa és de 30-70 µm, l'escala es barreja amb carbonat i reducció de transferència d'àcid Mg (OH)₂, eliminació de calor i Mg (OH)₂ és 15–30%. 200-300 ppm Llindar crític Gruix de l'escala 60-120 µm Tipus d'escala Mg(OH)2 dominant, alta adherència Eliminació Raspat mecànic Reducció de transferència de calor 25-45% A una duresa de 300-500 ppm, el gruix de l'escala és de 100 µm–20, és molt difícil d'hidroxir de magnesi, és molt dur eliminar, la reducció de la transmissió de calor és del 40-60%. Si la concentració és superior a 500 ppm, el gruix de l'escala és superior a 200 μm, es produeix una escalada severa i la reducció de la transferència de calor és superior al 60%.

Efecte de la concentració i la temperatura de magnesi sobre la tolerància a la duresa

La duresa màxima permesa de l'aigua disminueix amb l'augment de la concentració de magnesi. Per a una escala de 0,1 mm i un 1% d'impuresa de magnesi, la duresa acceptable és de 300 ppm. La duresa permesa baixa a 200 ppm al 2% de magnesi. Amb un 3% de magnesi, la duresa permesa disminueix a 150 ppm. Amb un 5% de magnesi, la duresa permesa és de només 80 ppm. La temperatura també influeix en el llindar amb una duresa admissible al 2% de magnesi que és de 350 ppm a 80 graus. La duresa permesa a 100 graus C és de 200 ppm . 120 ppm és una duresa correcta a 120 graus C sota pressió. La duresa admissible a 140 graus és de 80 ppm.

Control de la duresa de l'aigua a la salmorra de clorur de calci contaminat de magnesi-: una guia

La taula següent mostra la duresa de l'aigua màxima acceptable recomanada per a una salmorra al 30% de CaCl2 amb un 2% d'impuresa de magnesi a 100 graus. Les recomanacions es basen en el gruix de l'escala desitjat i la freqüència de neteja.

Gruix de l'escala desitjat després de 500 hores (µm) Duresa de l'aigua màxima permesa (ppm CaCO₃) Composició de l'escala Mètode de neteja recomanat<30 (low scaling) <100 Calcium carbonate Acid cleaning (5% HCl) 30–70 (moderate) 100–200 Mixed carbonate/Mg(OH)₂ Acid + brushing 70–120 (high) 200–250 Mg(OH)₂ dominant Mechanical scraping >120 (severe) >250 Mg(OH)₂ dur No recomanat Enginyeria més enllà del control de la duresa de l'aigua

El grau de titani té poca influència en el desenvolupament de l'escala; no obstant això, el grau 7 presenta una resistència superior a la corrosió a -escala. El gruix de la paret ofereix una capacitat de transferència de calor; La paret de 2,0 mm amb una escala de 0,3 mm ha reduït, però encara es pot utilitzar la transmissió de calor. Les superfícies electropoliades (Ra < 0,3 µm) minimitzen l'adherència de l'escala i faciliten l'eliminació. Els poliacrilats i fosfonats són inhibidors d'escala efectius per al carbonat de calci, però no són molt efectius per a l'hidròxid de magnesi. El pH de la salmorra s'ha de mantenir per sota de 7,5, ja que un pH més alt accelera la precipitació de Mg(OH)₂. La neteja periòdica d'àcid al 5% d'àcid clorhídric a 50 graus durant 2 hores pot dissoldre l'escala de carbonat de calci, però el Mg (OH) 2 no es dissol fàcilment.

Elaboració d'una especificació-ben informada

La duresa global de l'aigua ha de ser inferior a 100 ppm en salmorra de clorur de calci al 30% a 100 graus amb un 2% d'impuresa de magnesi per evitar l'escalat preferent d'hidròxid de magnesi per a una barra de calor de titani. Utilitzeu aigua suavitzada per fer la salmorra-. Comprovar la duresa setmanalment per valoració. Si la duresa és superior a 200 ppm, precipitar el magnesi augmentant el pH a 9,5 amb calç i filtrar abans de tornar al servei. Per als escalfadors existents amb escala de Mg(OH)2, utilitzeu àcid cítric al 10% a 70 graus durant 4 hores seguit d'un raspallat mecànic. L'escala d'hidròxid de magnesi adherent no es forma per reduir la transferència de calor i provocar un sobreescalfament localitzat controlant la duresa de l'aigua a menys de 200 ppm.