Para uma barra de aquecimento de titânio operando em salmoura de cloreto de cálcio a 30% a 100 graus com uma impureza de magnésio de 2%, qual é a dureza máxima permitida da água (como CaCO₃) para evitar incrustações preferenciais de hidróxido de magnésio?

A 100 graus em salmoura de cloreto de cálcio a 30% (CaCl 2 ) com 2% de impureza de magnésio (como MgCl 2 ), escamas de hidróxido de magnésio (Mg (OH) 2) precipitam preferencialmente sobre carbonato de cálcio ou sulfato de cálcio. O hidróxido de magnésio tem solubilidade particularmente baixa em temperaturas elevadas e forma uma incrustação dura e aderente nas superfícies do aquecedor de titânio. A balança tem baixa condutividade térmica (1-2 W/mK), o que resulta em superaquecimento local. A dureza global (como CaCO3) permitida para evitar a incrustação preferencial do hidróxido de magnésio é de 200 ppm. Nesta configuração, a espessura da incrustação é de 0,2 mm em 500 horas e a transferência de calor é reduzida em 30–50%.

Mecanismo preferencial de formação de incrustações de hidróxido de magnésio

At high temperature brine Mg2+ hydrolysis: Mg2+ + 2H2O ->Mg(OH)2 + 2H+. Esta reação é endotérmica e quanto maior a temperatura, mais rápido ela ocorre. A redução da água promove o pH local na superfície aquecida do titânio, favorecendo a precipitação de Mg(OH)2. Os íons de cálcio precipitam incrustações de carbonato de cálcio e sulfato de cálcio, mas estes são menos aderentes e podem ser removidos mais facilmente. Se a dureza da água for superior a 200 ppm, a incrustação é composta principalmente por Mg(OH)2, mesmo com 2% de impureza de magnésio. à medida que a escama se expande, cristais semelhantes a placas se interligam, criando uma camada resistente.

Escala quantitativa de formação versus dureza da água

Testes controlados em salmoura sintética (30% CaCl2, 2% MgCl2, 100 graus) durante 500 horas com dureza total variada (expressa como ppm CaCO3) estabeleceram o seguinte. Espessura da incrustação 10-30 µm Carbonato de cálcio em incrustação com mínimo de Mg(OH) 2 Remoção obtida por lavagem com ácido Redução da transferência de calor 5-15% Dureza < 100 ppm A 100–200 ppm de dureza a espessura da escala é de 30–70 µm, a incrustação é misturada de carbonato e Mg(OH)₂, a remoção é feita por escovação mais ácido, e a redução da transferência de calor é de 15–30%. 200-300 ppm Limiar crítico Espessura da escala 60-120 µm Tipo de escala Mg(OH)2 dominante, alta aderência Remoção Raspagem mecânica Redução da transferência de calor 25-45% Na dureza de 300–500 ppm a espessura da escala é 100–200 µm, é hidróxido de magnésio duro, é muito difícil de remover, a redução da transmissão de calor é de 40–60%. Se a concentração estiver acima de 500 ppm, a espessura da incrustação for superior a 200 μm, ocorrerá incrustação severa e a redução na transferência de calor será superior a 60%.

Efeito da concentração e temperatura de magnésio na tolerância à dureza

A dureza máxima permitida da água diminui com o aumento da concentração de magnésio. Para escala de 0,1 mm e 1% de impureza de magnésio, a dureza aceitável é 300 ppm. A dureza permitida desce para 200 ppm com 2% de magnésio. Com 3% de magnésio, a dureza permitida diminui para 150 ppm. Com 5% de magnésio a dureza permitida é de apenas 80ppm. A temperatura também influencia o limite com dureza permitida a 2% de magnésio sendo 350 ppm a 80 graus. A dureza permitida a 100 graus C é 200 ppm. 120 ppm é uma dureza OK a 120 graus C sob pressão. A dureza permitida a 140 graus é de 80 ppm.

Controle da dureza da água em salmoura contaminada com cloreto de cálcio com magnésio-: um guia

A tabela a seguir mostra a dureza máxima aceitável recomendada da água para salmoura com 30% de CaCl2 com 2% de impureza de magnésio a 100 graus. As recomendações baseiam-se na espessura desejada da incrustação e na frequência de limpeza.

Espessura desejada da incrustação após 500 horas (µm) Dureza máxima permitida da água (ppm CaCO₃) Composição da incrustação Método de limpeza recomendado<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 Hard Mg(OH)₂ Não recomendado Engenharia além do controle de dureza da água

O grau de titânio tem pouca influência no desenvolvimento de incrustações; no entanto, o Grau 7 apresenta uma resistência superior à corrosão em-escala. A espessura da parede oferece uma tolerância à transferência de calor; A parede de 2,0 mm com escala de 0,3 mm diminuiu, mas ainda é utilizável, na transmissão de calor. Superfícies eletropolidas (Ra < 0,3 µm) minimizam a aderência de incrustações e facilitam a remoção. Os poliacrilatos e os fosfonatos são inibidores de incrustação eficazes para o carbonato de cálcio, mas não muito eficazes para o hidróxido de magnésio. O pH da salmoura deve ser mantido abaixo de 7,5, pois um pH mais alto acelera a precipitação de Mg(OH)₂. A limpeza periódica com ácido clorídrico a 5% a 50 graus por 2 horas pode dissolver a incrustação de carbonato de cálcio, mas o Mg (OH) 2 não é facilmente dissolvido.

Fazendo uma especificação-bem informada

A dureza geral da água deve ser inferior a 100 ppm em salmoura de cloreto de cálcio a 30% a 100 graus com 2% de impureza de magnésio para evitar incrustações preferenciais de hidróxido de magnésio para uma barra de aquecimento de titânio. Use água descalcificada para preparar a salmoura-. Verifique a dureza semanalmente por titulação. Se a dureza for superior a 200 ppm, precipitar o magnésio elevando o pH para 9,5 com cal e filtrar antes de voltar ao serviço. Para aquecedores existentes com incrustações de Mg(OH)2, use ácido cítrico a 10% a 70 graus por 4 horas seguido de escovação mecânica. A incrustação de hidróxido de magnésio aderente não é formada para reduzir a transferência de calor e causar superaquecimento localizado, controlando a dureza da água para menos de 200 ppm.