L'acetato di sodio (CH₃COONa) alla concentrazione del 50% e a 90 gradi viene utilizzato nella tintura tessile e come agente tampone. La soluzione è alcalina (pH 8–9). Le impurità dell'acido acetico derivanti dall'idrolisi o dalla contaminazione abbassano il pH. Quando il pH scende al di sotto di 5, il film passivo di titanio diventa instabile e la reazione catodica passa dalla riduzione dell'ossigeno allo sviluppo dell'idrogeno. L'idrogeno atomico può diffondersi nel reticolo del titanio e formare idrogeno molecolare nei vuoti interni, causando vesciche sulla superficie. L'impurità massima consentita dell'acido acetico per prevenire la formazione di bolle da idrogeno è 500 ppm (0,05%). Al di sopra di questo livello, il pH scende al di sotto di 5 e le vesciche si formano entro 100-500 ore.

Il meccanismo della formazione di bolle di idrogeno nelle soluzioni di acetato

Nell'acetato di sodio alcalino, la reazione catodica è la riduzione dell'ossigeno, che non produce atomi di idrogeno. L'acido acetico abbassa il pH: CH₃COOH → CH₃COO⁻ + H⁺. A pH inferiore a 5, la reazione di evoluzione dell'idrogeno 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ diventa termodinamicamente favorevole. L'idrogeno atomico intermedio (H) viene prodotto sulla superficie del titanio. Una parte dell'idrogeno atomico si ricombina per formare gas H₂, ma una frazione si diffonde nel reticolo del titanio. Gli atomi di idrogeno migrano verso i vuoti interni, le inclusioni o i bordi dei grani, dove si ricombinano per formare il gas H₂. La pressione del gas aumenta, causando vesciche superficiali che possono rompersi.

Blistering quantitativo in funzione della concentrazione di acido acetico

Test controllati su acetato di sodio al 50% con diverse impurità di acido acetico a 90 gradi per 500 ore hanno stabilito quanto segue. Con acido acetico inferiore a 100 ppm, il pH è 8,5–9,0, non si verifica sviluppo di idrogeno, non si formano bolle e la superficie rimane brillante. A 100–300 ppm, il pH è 6,0–7,5, possono verificarsi tracce di sviluppo di idrogeno, ma non compaiono bolle visibili. A 300–500 ppm, il pH è 5,0–6,0, occasionalmente piccole vescicole (<0.5 mm diameter) form after 300–500 hours, and the blister density is 1–5 per cm². At 500–1,000 ppm, the pH drops to 4.0–5.0, moderate blistering occurs with blister size 0.5–2 mm, blister density reaches 5–20 per cm², and blistering initiates within 100–300 hours. Above 1,000 ppm, the pH falls below 4.0, severe blistering occurs with blister size exceeding 2 mm, blister density exceeds 20 per cm², and blistering initiates within 50–150 hours.

Influenza della temperatura e del livello di ossigeno sulla soglia della formazione di vesciche

The maximum allowable acetic acid decreases with increasing temperature. At 70°C, the allowable acetic acid is 1,000 ppm (0.1%). At 80°C, it is 750 ppm. At 90°C, it is 500 ppm. At 100°C, it is 300 ppm. At 110°C, it is 150 ppm. Dissolved oxygen level also affects the threshold; deaerated solutions cause blistering at lower acetic acid concentrations because oxygen reduction is not available to compete with hydrogen evolution. Aerated solutions (oxygen >5 ppm) aumentano l'acido acetico consentito del 30–50%.

Guida al controllo delle impurità dell'acido acetico per riscaldatori di acetato di sodio

La tabella seguente fornisce le concentrazioni massime consentite di acido acetico per i riscaldatori in titanio di grado 2 in acetato di sodio al 50% a 90 gradi, in base alla durata di servizio desiderata e alla tolleranza alla formazione di bolle.

Ingegneria oltre il controllo dell'acido acetico

Il grado di titanio influisce sulla resistenza alla formazione di vesciche. Il grado 7 (palladio-stabilizzato) ha una tolleranza 3-5 volte maggiore all'acido acetico perché il palladio catalizza la ricombinazione dell'idrogeno, riducendo la quantità di idrogeno che entra nel metallo. Il grado 12 offre un miglioramento intermedio. Lo spessore delle pareti non impedisce la formazione di vesciche, ma le pareti spesse possono tollerare più vesciche prima della fuoriuscita. Il pH della soluzione deve essere monitorato settimanalmente; se il pH scende sotto 7, aggiungere idrossido di sodio per aumentarlo. La copertura di azoto per escludere l'ossigeno riduce la soglia di acido acetico consentita. L'aggiunta di un ossidante come il nitrito di sodio (100 ppm) aumenta la soglia promuovendo la riduzione dell'ossigeno rispetto allo sviluppo di idrogeno.

Fare una specifica informata

Per un riscaldatore in titanio di grado 2 utilizzato per riscaldare il 50% di acetato di sodio a 90 gradi, mantenere l'impurità dell'acido acetico al di sotto di 300 ppm per fornire un margine di sicurezza inferiore alla soglia di formazione di bolle di 500 ppm. Monitorare settimanalmente il pH; se il pH scende sotto 7, aggiungere idrossido di sodio allo 0,1% per ripristinare l'alcalinità. Per le applicazioni in cui i livelli di acido acetico superano 500 ppm, specificare titanio di grado 7 o aggiungere un ossidante come 100 ppm di nitrito di sodio. Durante il funzionamento, ispezionare la superficie del riscaldatore per eventuali bolle ogni 3 mesi; se si riscontrano bolle neutralizzare la soluzione e sostituire il riscaldatore. Controllando l'impurità dell'acido acetico al di sotto di 500 ppm, l'ingegnere previene la formazione di bolle da idrogeno nei riscaldatori in titanio di grado 2 in servizio con acetato di sodio.