Qaynayotgan shakar eritmasini isituvchi titanli isitgich uchun nima uchun maksimal issiqlik oqimi korroziya darajasi bilan emas, balki yonish nuqtasi bilan cheklangan?

Qaynayotgan shakar eritmasida (saxaroza yoki glyukoza siropi) titanli suv isitgichidan foydalanadigan texnologik muhandis uchun erishish mumkin bo'lgan eng katta issiqlik oqimi titanning korroziya tezligi bilan emas, balki yonish nuqtasi (kritik issiqlik oqimi, CHF) bilan cheklanadi. Shakar eritmalari juda yopishqoq, yuqori sirt tarangligiga ega va yuqori haroratlarda karamellanishga moyil. Qaynayotgan shakar eritmasidagi (40{4}}60 daraja Brix) titanli isitgich uchun CHF odatda suvdagiga qaraganda 30-50% past - taxminan 6-10 Vt/sm2, suv uchun 12-15 Vt/sm2. Ushbu CHF dan yuqorida plyonkaning qaynashi sodir bo'ladi va isitgich yuzasida barqaror bug 'qatlami hosil bo'ladi. Bug 'qatlami isitgichni izolyatsiya qiladi va sirt harorati tezda ko'tariladi (200-300 darajagacha ) va karamellanadi, yonadi va yonib ketadi. Shakar eritmalarida titanning korroziya darajasi juda past (< 0.01 mm/year) even at high temperature. This is because sugar solutions are neutral (pH 5-7) and non-corrosive. The limiting factor is thermal, not chemical.

Shakar eritmalari qanday yonib ketadi
Kritik issiqlik oqimi (CHF) - yadroli qaynashdan plyonka qaynashiga o'tish sodir bo'lgan maksimal issiqlik oqimi. Yadroli qaynashda pufakchalar nuqtalarda yadrolanadi, ajralib chiqadi va ko'tariladi. Qabariqning ajralishi shakar eritmalarining yuqori yopishqoqligi (10-100 × suv) va sirt tarangligi (1,2-1,5 × suv) bilan bostiriladi. Pufakchalar kattaroq va sirtda uzoqroq turadi, bu esa bug 'plyonkasiga erta birlashishni rag'batlantiradi. Bug 'plyonkasi barqarorlashadi va sirt harorati suvga qaraganda kamroq issiqlik oqimida ko'tariladi. Yuqori harorat shakarning karamellanishiga olib keladi (160 darajadan yuqori) kuchli izolyatsiya qiluvchi karbonli qoplama hosil qiladi. Cho'kindi sirtni yanada izolyatsiya qiladi, haroratni 300 darajaga ko'taradi, bu erda titan oksidlanadi va isitgich yonib ketadi. Shakar eritmalarida titanning korroziya darajasi (pH 5-7, 100-120 daraja) yiliga 0,01 mm dan kam va 1,5 mm devor faqat korroziyadan 150 yil davom etadi.

Suvga nisbatan shakar eritmalarida CHF va yonish xavfini o'lchash
Suyuqlik konsentratsiyasi (Brix)Yopishqoqlik @ 100ºC (cP) CHF (Vt/sm2) Silliq Ti CHF (Vt/sm2) Kuyish chegarasi Tavsiya etilgan Maks. Ishlash oqimi (Vt/sm2)
Suv 0 0.28 12-15 15-18 CHF 8-10
Shakar eritmasi 20 1.5 10-12 12-15 CHF 6-8
40 15 7-9 9-11 Karamellash 4-6
Shakar eritmasi 60 80 4-6 6-8 Karamelizatsiya 3-4
Shakar eritmasi 70 (konsentrlangan) 200 2-3 3-4 Karamelizatsiya 1,5-2 Karamellangan cho'kma (kuygandan keyin) YO'Q < 1 Yo'q Depozit Yo'q
Shakar eritmasini isitish: stsenariyga asoslangan qo'llanma
Shakar eritmasining konsentratsiyasi Brix darajasi Ishlash harorati (C) Tavsiya etilgan maksimal issiqlik oqimi (Vt/sm2) Kutilayotgan titan korroziya darajasi (mm/yil) Cheklovchi omil
20 100 6-8 < 0,005 CHF (yoqish-)
40 105 4-6 < 0,005 Karamelizatsiya 50 110 3-4 < 0,005 Karamelizatsiya 60 115 2-3 < 0,005 Karamelizatsiya 70 120 1.5-2 < 0,005 Yopishqoqlik (oqim kerak)
Suyultirilgan shakar (< 20° Brix) 100 8-10 < 0,005 CHF (as water)
Har qanday majburiy aylanma konsentratsiyasiHar qanday 2 × yuqori qiymatlardan < 0,005 Oqim CHF ko'tariladi
Shakar eritmalarida CHFni yaxshilash uchun muhandislik yumshatishlari
Three mitigations increasing CHF for heating of sugar solution when higher heat flow is necessary. The first mitigation is through forced circulation (pumping) over the heater surface. An increase in flow velocity from 0.5 to 1.0 m/s increases CHF by 50 to 100%. It sweeps away bubbles before they cluster. In a 40° Brix sugar solution forced circulation enhances CHF from 6 W/cm² to 10-12 W/cm². The second mitigation is the roughened heating surface. The density of nucleation sites is increased by sandblasting or milling the grooves, which promotes bubble separation and retards film boiling. The roughened titanium surface (Ra 2–3 µm) is used for enhanced CHF in sugar solutions (20–30 %). The third mitigation is a polished surface (Ra < 0.2 µm) for sugar at high concentration (>60 daraja Brix). Silliq sirt karamellangan cho'kindilarning yopishishini pasaytiradi, bu esa cho'kindilarning cho'kishi qizib ketishiga olib kelgunga qadar isitgichning yuqori issiqlik oqimida ishlashiga imkon beradi.

Xulosa: Kuyish (CHF) shakar eritmalarida korroziya tezligini emas, balki issiqlik oqimini cheklaydi
Qaynayotgan shakar eritmasini isitish vaqtida titaniumli isitgich uchun maksimal issiqlik oqimi titanning korroziya tezligi bilan emas, balki yonish nuqtasi (kritik issiqlik oqimi) bilan chegaralanadi. Shakar eritmalari-titan uchun korroziy emas (pH 5-7, korroziya darajasi < 0,01 mm/yil) va faqat korroziya tufayli xizmat muddati > 100 yilga olib kelishi mumkin. Shu bilan birga, shakar eritmalarining yuqori yopishqoqligi va sirt tarangligi CHFni suv uchun 12-15 Vt/sm² ga nisbatan 4-10 Vt/sm² gacha (kontsentratsiyaga qarab) kamaytiradi. CHF dan yuqori bo'lgan operatsiya plyonkaning qaynashiga, sirt haroratining 200-300 darajaga ko'tarilishiga, karamelizatsiyaga, kuyishga va yonib ketishga olib keladi. 40-60 daraja Brix shakar eritmalari uchun atmosfera qaynashi uchun tavsiya etilgan maksimal issiqlik oqimi 3-6 Vt / sm ^ 2 ni tashkil qiladi. Issiqlik oqimini ko'paytirish kerak bo'lganda, qo'pol yoki jilolangan yuzalar majburiy aylanish bilan CHF ni 20-100% ga oshirishi mumkin. Misol uchun, shakar eritmasi xizmatida titanli isitgichdan foydalanganda, etkazib beruvchi CHFni bashorat qilish va kuyishning oldini olish uchun sirtni tozalashni tanlash uchun eritmaning konsentratsiyasini, taxmin qilingan oqim sharoitlarini va quvvat zichligini bilishi kerak.