Per una barra termica in titanio funzionante in una salamoia di cloruro di calcio al 30% a 100 gradi con un'impurità di magnesio del 2%, qual è la durezza massima consentita dell'acqua (come CaCO₃) per prevenire la formazione di scaglie preferenziali di idrossido di magnesio?

A 100 gradi in una salamoia al 30% di cloruro di calcio (CaCl 2 ) con il 2% di impurità di magnesio (come MgCl 2 ), le scaglie di idrossido di magnesio (Mg(OH) 2 ) precipitano preferenzialmente sul carbonato di calcio o sul solfato di calcio. L'idrossido di magnesio ha una solubilità particolarmente bassa a temperature elevate e forma una scaglia dura e aderente sulle superfici del riscaldatore in titanio. La scala ha una bassa conduttività termica (1-2 W/mK) che provoca un surriscaldamento locale. La durezza complessiva (come CaCO3) consentita per prevenire la formazione di incrostazioni preferenziali dell'idrossido di magnesio è di 200 ppm. Con questa impostazione lo spessore delle incrostazioni è di 0,2 mm in 500 ore e il trasferimento di calore si riduce del 30–50%.

Meccanismo preferenziale di formazione delle incrostazioni di idrossido di magnesio

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Questa reazione è endotermica e quanto più alta è la temperatura tanto più velocemente procede. La riduzione dell'acqua favorisce il pH locale sulla superficie riscaldata del titanio, favorendo la precipitazione di Mg(OH)2. Gli ioni calcio fanno precipitare le incrostazioni di carbonato e solfato di calcio, ma queste sono meno aderenti e possono essere rimosse più facilmente. Se la durezza dell'acqua è superiore a 200 ppm, il calcare è composto principalmente da Mg(OH)2 anche con il 2% di impurità di magnesio. man mano che la scaglia si espande, i cristalli simili a piastre-si incastrano, creando uno strato resistente.

Scala quantitativa di formazione rispetto alla durezza dell'acqua

Test controllati in salamoia sintetica (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 gradi) per 500 ore con durezza totale varia (espressa come ppm CaCO3) hanno stabilito quanto segue. Spessore delle incrostazioni 10-30 µm Carbonato di calcio con una minima quantità di Mg(OH) 2 Rimozione ottenibile con lavaggio acido Riduzione del trasferimento di calore 5-15% Durezza < 100 ppm A 100–200 ppm lo spessore delle incrostazioni è 30–70 µm, le incrostazioni sono composte da carbonato misto e Mg(OH)₂, la rimozione avviene tramite spazzolatura più acido e la riduzione del trasferimento di calore è 15–30%. 200-300 ppm Soglia critica Spessore delle incrostazioni 60-120 µm Tipo di incrostazioni Mg(OH)2 dominante, alta aderenza Rimozione Raschiatura meccanica Riduzione del trasferimento di calore 25-45% Con una durezza di 300–500 ppm lo spessore delle incrostazioni è 100–200 µm, è idrossido di magnesio duro, è molto difficile da rimuovere, la riduzione della trasmissione del calore è del 40–60%. Se la concentrazione è superiore a 500 ppm, lo spessore delle incrostazioni è superiore a 200 μm, si verificano gravi incrostazioni e la riduzione del trasferimento di calore è superiore al 60%.

Effetto della concentrazione e della temperatura del magnesio sulla tolleranza alla durezza

La durezza massima consentita dell'acqua diminuisce con l'aumentare della concentrazione di magnesio. Per scala da 0,1 mm e impurità di magnesio dell'1%, la durezza accettabile è 300 ppm. La durezza consentita scende a 200 ppm al 2% di magnesio. Al 3% di magnesio la durezza consentita diminuisce a 150 ppm. Con il 5% di magnesio la durezza consentita è di soli 80 ppm. Anche la temperatura influenza la soglia con una durezza consentita al 2% di magnesio pari a 350 ppm a 80 gradi. La durezza consentita a 100 gradi C è 200 ppm.. 120 ppm è una durezza OK a 120 gradi C sotto pressione. La durezza consentita a 140 gradi è 80 ppm.

Controllo della durezza dell'acqua nella salamoia di magnesio-cloruro di calcio contaminata: una guida

La tabella seguente mostra la durezza dell'acqua massima accettabile consigliata per una salamoia al 30% di CaCl2 con il 2% di impurità di magnesio a 100 gradi. Le raccomandazioni si basano sullo spessore del calcare desiderato e sulla frequenza di pulizia.

Spessore desiderato delle incrostazioni dopo 500 ore (μm) Durezza massima consentita dell'acqua (ppm CaCO₃) Composizione delle incrostazioni Metodo di pulizia consigliato<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 duro Non consigliato Progettazione oltre il controllo della durezza dell'acqua

Il grado di titanio ha poca influenza sullo sviluppo della scaglia; tuttavia, il grado 7 mostra una resistenza superiore alla-corrosione sottoscala. Lo spessore della parete offre un margine di trasferimento di calore; La parete da 2,0 mm con scala da 0,3 mm ha una trasmissione del calore ridotta ma ancora utilizzabile. Le superfici elettrolucidate (Ra <0,3 µm) riducono al minimo l'aderenza del calcare e facilitano la rimozione. I poliacrilati e i fosfonati sono efficaci inibitori delle incrostazioni per il carbonato di calcio, ma non molto efficaci per l'idrossido di magnesio. Il pH della salamoia deve essere mantenuto al di sotto di 7,5, poiché un pH più elevato accelera la precipitazione di Mg(OH)₂. La pulizia periodica dell'acido con acido cloridrico al 5% a 50 gradi per 2 ore può sciogliere le incrostazioni di carbonato di calcio, ma Mg(OH) 2 non si dissolve facilmente.

Elaborare una specifica ben-informata

La durezza complessiva dell'acqua deve essere inferiore a 100 ppm in salamoia al 30% di cloruro di calcio a 100 gradi con il 2% di impurità di magnesio per evitare il ridimensionamento preferenziale dell'idrossido di magnesio per una barra termica in titanio. Utilizza acqua addolcita per la preparazione della salamoia-. Controllare settimanalmente la durezza mediante titolazione. Se la durezza è superiore a 200 ppm, far precipitare il magnesio innalzando il pH a 9,5 con calce e filtrare prima di rimettere in servizio. Per i riscaldatori esistenti con scala di Mg(OH)2, utilizzare acido citrico al 10% a 70 gradi per 4 ore seguito da spazzolatura meccanica. Non si formano incrostazioni aderenti di idrossido di magnesio per ridurre il trasferimento di calore e causare surriscaldamento localizzato controllando la durezza dell'acqua a meno di 200 ppm.