In un riscaldatore elettrico in titanio utilizzato per mantenere una temperatura di 110 gradi in una soluzione di sorbitolo al 60%, in che modo il contenuto di zucchero riducente (0,1% rispetto a . 1%) catalizza la complessazione degli ioni di titanio e accelera la corrosione generale?

Le soluzioni di sorbitolo ad una concentrazione del 60% e ad una temperatura di 110 gradi vengono impiegate come umettanti e dolcificanti in applicazioni farmaceutiche e alimentari. Il sorbitolo, ottenuto dall'idrolisi dell'amido, è solitamente contaminato da zuccheri riducenti come glucosio e fruttosio. Il tasso di corrosione del titanio nello zucchero riducente allo 0,1% è di 0,01–0,03 mm/anno. Il tasso sale a 0,08–0,15 mm/anno con una diminuzione dello zucchero dell'1,0%. La catalisi della complessazione degli ioni titanio mediante zuccheri riducenti avviene tramite la creazione di complessi stabili di zucchero di titanio-. I composti ostacolano la formazione di un rivestimento passivo protettivo determinando una corrosione accelerata uniforme.

Destrosio-Meccanismo di corrosione accelerata

Titanium ions (Ti⁴⁺) have a considerable affinity for hydroxyl and carbonyl moieties. Reducing sugars have several vicinal hydroxyl groups in cis configuration which act as bidentate ligands. The reaction is Ti4+ + 3C6H12O6 -->[Ti(C6H12O6)3]4+ Questo complesso solubile estrae Ti4+ dalla superficie metallica immediatamente dopo la sua formazione, prevenendo così la formazione di uno strato protettivo di TiO2. La corrosione è omogenea e a diffusione controllata. Il tasso di complessazione e il tasso di corrosione-allo stato stazionario aumentano con l'aumento della concentrazione di zucchero riducente.

Velocità di corrosione quantitativa rispetto alla riduzione del contenuto di zucchero

Quanto segue è stato impostato per i test controllati del titanio di grado 2 in sorbitolo al 60% con contenuto variabile di zucchero riducente a 110°C per 1000 ore. Il rilascio di titanio dallo zucchero riducente allo 0% (sorbitolo puro) è di 0,5–1,0 ppm e il tasso di corrosione è di 0,005–0,010 mm/anno con superficie brillante. Allo 0,1% di zucchero riducente, il rilascio di Ti è di 2–5 ppm, si osserva una velocità di corrosione di 0,01–0,03 mm/anno e si osserva una leggera incisione. Con uno zucchero riducente dello 0,5%, il rilascio di Ti è di 10-20 ppm e il tasso di corrosione è di 0,05-0,10 mm/anno. Si osserva un'incisione uniforme. Il rilascio di Ti all'1,0% di zucchero riducente è di 20-40 ppm, velocità di corrosione di 0,08-0,15 mm/anno e superficie opaca uniforme. Il rilascio di Ti è di 40-80 ppm, la velocità di corrosione è di 0,15-0,25 mm all'anno e l'attacco intenso avviene con una riduzione dello zucchero del 2,0%.

Effetto della temperatura e della concentrazione di sorbitolo sulla velocità di complessazione

La velocità di complessazione è quella di Arrhenius-con un'energia di attivazione di 50 kJ mol−1. A 80 gradi e con una riduzione dell'1% di zucchero, il tasso di corrosione è di 0,03-0,06 mm all'anno. La velocità a 100 gradi è 0,06–0,12 mm/anno. A 110 gradi la velocità è di 0,08–0,15 mm all'anno. La velocità è di 0,12–0,22 mm/anno a 120 gradi. La velocità dipende anche dal contenuto di sorbitolo e al 50% di sorbitolo con 1% di zucchero riducente e 110 gradi la velocità è di 0,06-0,12 mm/anno. 60% di sorbitolo, la velocità è di 0,08-0,15 mm all'anno. Al 70% di sorbitolo, la velocità è di 0,10–0,20 mm/anno. La percentuale più elevata di sorbitolo migliora la viscosità, mentre il contenuto di zucchero più elevato controlla la velocità di corrosione.

Guida alla riduzione dello zucchero per i riscaldatori a sorbitolo

La tabella seguente fornisce il contenuto massimo consentito di zucchero riducente per i riscaldatori in titanio di grado 2 e grado 7 in sorbitolo al 60% a 110 gradi in funzione della durata di servizio prevista e del tasso di corrosione accettabile.

Required Service Life (years) Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 2 Maximum Reducing Sugar (%) for Grade 7 Predicted Corrosion Rate (mm/year)Recommended Action >10 <0.2 <0.5 <0.03 None 5-10 0.2-0.5 0.5-1.0 0.03-0.08Annual monitoring 3–5 0.5–1.0 1.0–2.0 0.08–0.16Use Grade 7 1-3 1.0-1.5 2.0-3.0 0.15-0.25 Lower temperature to 100°C <1 >1.5 >3.0 >0,25 Purificare il sorbitolo
Ingegneria oltre il controllo dello zucchero

Il tipo di titanio ha un grande effetto sulla resistenza alla complessazione con lo zucchero. Il Grado 7 (stabilizzato con palladio) ha tassi di corrosione 2-3 volte inferiori rispetto al Grado 2 alla stessa concentrazione di zucchero riducente. Lo spessore della parete offre una tolleranza alla corrosione; Una parete da 2,0 mm con una corrosione di 0,10 mm/anno ha una durata di 20 anni. Il sorbitolo dovrebbe essere ottenuto da glucosio di elevata purezza per ridurre la concentrazione di zuccheri riducenti. Dopo la produzione, la soluzione di sorbitolo viene idrogenata per ridurre gli zuccheri riducenti rimanenti. Riduzione chimica degli zuccheri riduttori mediante aggiunta di boroidruro di sodio allo 0,1%. Una coperta di azoto diminuisce l'ingresso di ossigeno. L'ingresso di ossigeno rallenta la reazione di corrosione.

Specificare con sicurezza

60% sorbitolo, 110 gradi, riscaldatore elettrico in titanio Quantità massima di zuccheri riduttori: 0,2% per il grado 2 o 0,5% per il grado 7 Richiedere al fornitore di sorbitolo di certificare il contenuto di zucchero decrescente del sorbitolo. Per i riscaldatori esistenti, determinare settimanalmente il contenuto di zucchero riducente con la soluzione di Fehling o HPLC. Se lo zucchero riduttore è superiore al limite, ridurre lo zucchero riduttore con boroidruro di sodio allo 0,1% o ridurre la temperatura a 100 gradi. L'ingegnere utilizza il controllo del livello di zucchero riducente al di sotto del livello critico per prevenire la complessazione degli ioni titanio e mantenere un tasso di corrosione basso e uniforme nel servizio con sorbitolo caldo.