Đối với các kỹ sư bảo trì chịu trách nhiệm làm sạch hệ thống-tại-trong chế biến đồ uống, sản xuất sữa và thực phẩm, axit xitric được sử dụng rộng rãi làm chất tẩy cặn và làm sạch. Các giải pháp CIP điển hình sử dụng axit xitric 1–3% ở nhiệt độ 70–85°C. Vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 1,2 mm thường được sử dụng cho các máy sưởi này do yêu cầu phản ứng nhiệt nhanh và hạn chế về không gian trong các thanh trượt CIP. Tuy nhiên, dưới sự kết hợp cụ thể giữa nồng độ axit xitric và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tăng lên từ mật độ watt, sự ăn mòn chung tăng tốc có thể làm giảm tuổi thọ sử dụng xuống còn 9 tháng hoặc ít hơn. Bài viết này xác định các ngưỡng chính xác trong đó vỏ bọc 1,2 mm 316 cần được thay thế chín tháng một lần trong dịch vụ CIP axit citric.
Hành vi ăn mòn của 316 trong axit citric ở nhiệt độ cao
Axit citric là một axit hữu cơ yếu, ít mạnh hơn axit khoáng, nhưng ở nhiệt độ cao, nó vẫn có thể gây ra sự ăn mòn đáng kể đối với thép không gỉ 316. Không giống như axit sulfuric hoặc axit clohydric, axit xitric không gây rỗ mà ăn mòn tổng thể đồng đều. Ở nồng độ dưới 5% ở nhiệt độ dưới 70°C, 316 có tốc độ ăn mòn dưới 0,05 mm mỗi năm. Khi nhiệt độ tăng, tốc độ ăn mòn tuân theo mối quan hệ Arrhenius. Ở 80°C, tỷ lệ trong axit xitric 2% là khoảng 0,1–0,2 mm mỗi năm. Ở 90°C, nó đạt 0,3–0,6 mm mỗi năm. Ở 100°C, tốc độ vượt quá 1 mm mỗi năm. Đối với vỏ bọc 1,2 mm, độ dày kết cấu tối thiểu để ngăn chặn áp suất là khoảng 0,5 mm. Sự ăn mòn xuyên thấu 0,7 mm (từ 1,2 mm đến 0,5 mm) xảy ra trong 9 tháng với tốc độ ăn mòn 0,93 mm mỗi năm. Ngưỡng thay thế chín{30}}tháng đạt được khi sự kết hợp giữa nồng độ axit xitric và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tạo ra tốc độ ăn mòn khoảng 0,8–1,2 mm mỗi năm.
Ngưỡng quan trọng cho thời gian sử dụng 9{0}}tháng
Dựa trên thử nghiệm ngâm 316 mẫu trong dung dịch axit xitric ở nhiệt độ phù hợp với dịch vụ CIP đồ uống, sự kết hợp sau đây giữa nồng độ axit và nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tạo ra tuổi thọ sử dụng tối đa 9{1}}tháng cho bức tường 1,2 mm.
| Nồng độ axit citric (% trọng lượng) | Nhiệt độ giải pháp số lượng lớn | Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc ở mức 8 W/cm2 (tăng 20°C) | Tốc độ ăn mòn dự kiến ở nhiệt độ bề mặt | Thời gian giảm 1,2 mm xuống 0,5 mm | Tuổi thọ sử dụng để thay thế |
|---|---|---|---|---|---|
| 1% | 75°C | 95°C | 0,20 – 0,35 mm/năm | 2,0 – 3,5 năm | 2,5 – 4 năm |
| 1% | 80°C | 100°C | 0,35 – 0,60 mm/năm | 1,2 – 2,0 năm | 1,5 – 2,5 năm |
| 1% | 85°C | 105°C | 0,60 – 1,00 mm/năm | 0,7 – 1,2 năm | 0,9 – 1,5 năm |
| 2% | 70°C | 90°C | 0,20 – 0,35 mm/năm | 2,0 – 3,5 năm | 2,5 – 4 năm |
| 2% | 75°C | 95°C | 0,35 – 0,60 mm/năm | 1,2 – 2,0 năm | 1,5 – 2,5 năm |
| 2% | 80°C | 100°C | 0,60 – 1,00 mm/năm | 0,7 – 1,2 năm | 0,9 – 1,5 năm |
| 2% | 85°C | 105°C | 1,00 – 1,50 mm/năm | 0,5 – 0,7 năm | 0,6 – 0,9 năm |
| 3% | 65°C | 85°C | 0,20 – 0,35 mm/năm | 2,0 – 3,5 năm | 2,5 – 4 năm |
| 3% | 70°C | 90°C | 0,35 – 0,60 mm/năm | 1,2 – 2,0 năm | 1,5 – 2,5 năm |
| 3% | 75°C | 95°C | 0,60 – 1,00 mm/năm | 0,7 – 1,2 năm | 0,9 – 1,5 năm |
| 3% | 80°C | 100°C | 1,00 – 1,50 mm/năm | 0,5 – 0,7 năm | 0,6 – 0,9 năm |
| 4% | 60°C | 80°C | 0,25 – 0,40 mm/năm | 1,8 – 2,8 năm | 2 – 3,5 năm |
| 4% | 65°C | 85°C | 0,40 – 0,70 mm/năm | 1,0 – 1,8 năm | 1,2 – 2 năm |
| 4% | 70°C | 90°C | 0,70 – 1,20 mm/năm | 0,6 – 1,0 năm | 0,8 – 1,2 năm |
| 4% | 75°C | 95°C | 1,20 – 2,00 mm/năm | 0,4 – 0,6 năm | 0,5 – 0,7 năm |
Đối với hệ thống CIP đồ uống sử dụng axit xitric 2% ở nhiệt độ khối 80°C với vỏ bọc 1,2 mm ở tốc độ 8 W/cm2, bề mặt vỏ bọc đạt khoảng 100°C. Tốc độ ăn mòn dự kiến là 0,6–1,0 mm mỗi năm, giảm độ dày thành 1,2 mm xuống còn 0,5 mm trong 0,7–1,2 năm. Thay thế chín{14}}tháng là phù hợp. Giảm nhiệt độ khối xuống 75°C sẽ làm giảm nhiệt độ bề mặt xuống 95°C, giảm tốc độ ăn mòn xuống 0,35–0,60 mm mỗi năm và kéo dài tuổi thọ lên 1,5–2,5 năm.
Lịch thay thế phong bì vận hành an toàn trong chín{0}}tháng
Bảng sau đây cung cấp nhiệt độ axit citric số lượng lớn an toàn tối đa cho vỏ bọc 1,2 mm 316 ở các mật độ watt khác nhau để đạt được tuổi thọ sử dụng ít nhất chín tháng trước khi cần thay thế thành giảm xuống 0,5 mm.
| Mật độ Watt (Nhiệt độ tăng) | Nhiệt độ khối tối đa cho axit citric 1% | Nhiệt độ khối tối đa cho axit citric 2% | Nhiệt độ khối tối đa cho axit citric 3% | Nhiệt độ khối tối đa cho axit citric 4% |
|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm2 (tăng 10°C) | 88°C | 83°C | 78°C | 73°C |
| 6 W/cm2 (tăng 15°C) | 83°C | 78°C | 73°C | 68°C |
| 8 W/cm2 (tăng 20°C) | 78°C | 73°C | 68°C | 63°C |
| 10 W/cm2 (tăng 25°C) | 73°C | 68°C | 63°C | 58°C |
| 12 W/cm2 (tăng 30°C) | 68°C | 63°C | 58°C | 53°C |
Đối với hệ thống CIP đồ uống điển hình sử dụng axit xitric 2% ở nhiệt độ khối 80°C với 8 W/cm2 (độ tăng 20°C, bề mặt 100°C), giới hạn khối lượng an toàn là 73°C. Ở nhiệt độ 80°C, máy sưởi vượt quá giới hạn an toàn và không đảm bảo tuổi thọ sử dụng là 9{9}}tháng. Việc giảm mật độ watt xuống 4 W/cm2 (tăng 10°C, bề mặt 90°C) sẽ mang lại giới hạn tổng thể an toàn là 83°C, khiến 80°C có thể chấp nhận được sau chín{17}}tháng thay thế.
Sửa đổi thiết kế để kéo dài tuổi thọ hơn chín tháng
Khi điều kiện CIP đồ uống yêu cầu vỏ bọc 1,2 mm 316 và tuổi thọ 9{2}}tháng là không đủ thì ba lần sửa đổi có thể kéo dài tuổi thọ sử dụng. Đầu tiên là giảm mật độ watt bằng cách sử dụng lò sưởi dài hơn. Việc giảm từ 8 W/cm2 xuống 4 W/cm2 sẽ làm giảm mức tăng nhiệt độ bề mặt từ 20°C xuống 10°C, chuyển từ chế độ 9{38}}tháng sang chế độ 1,5–2,5 năm. Sửa đổi thứ hai là hạn chế thời gian tiếp xúc với axit xitric bằng cách chỉ sử dụng bộ gia nhiệt trong giai đoạn gia nhiệt chứ không phải trong quá trình tuần hoàn. Một máy sưởi hoạt động 2 giờ mỗi ngày thay vì 24 giờ mỗi ngày sẽ có tuổi thọ cao hơn 12 lần theo lịch. Sửa đổi thứ ba là thêm chất ức chế ăn mòn. Các chất ức chế thương mại đối với axit xitric có thể làm giảm tốc độ ăn mòn từ 40–60%. Đối với hệ thống CIP cần 3–4% axit xitric ở 80–85°C hoạt động liên tục, các kỹ sư nên nâng cấp lên hợp kim cao hơn như Hợp kim 825 hoặc titan. Những vật liệu này duy trì tốc độ ăn mòn dưới 0,05 mm mỗi năm trong axit xitric ở nhiệt độ lên tới 100°C. Khi chỉ định máy sưởi cho dịch vụ CIP đồ uống, hãy luôn cung cấp nồng độ axit xitric chính xác, nhiệt độ khối, chu kỳ hoạt động dự kiến và khoảng thời gian thay thế mong muốn. Một nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng 316 cho axit xitric 3% ở 85°C mà không thảo luận về thời gian sử dụng dự kiến là không đưa ra hướng dẫn có trách nhiệm. Ngưỡng thay thế chín tháng cho vỏ bọc 1,2 mm 316 trong dịch vụ CIP axit citric là hàm có thể dự đoán được về nồng độ, nhiệt độ khối và mật độ watt, cho phép dự báo chính xác tuổi thọ của bộ gia nhiệt và lập kế hoạch bảo trì trong hoạt động chế biến đồ uống.
