سلفر ڈائی آکسائیڈ-فیوزڈ سلیکا پر گرم میٹابی سلفائٹ حل کا حملہ
سوڈیم میٹابیسلفائٹ (Na₂S₂O₅) ایک وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا فوڈ پرزرویٹیو (E223) ہے، فوٹو گرافی کی پروسیسنگ میں کم کرنے والا ایجنٹ، ٹیکسٹائل بلیچنگ میں اینٹی کلور، اور پانی کے علاج میں آکسیجن سکیوینجر۔ عام ارتکاز پانی کے محلول میں وزن کے لحاظ سے 5-15% تک ہوتا ہے، تحلیل کرنے والے ٹینکوں، فوڈ پروسیسنگ کے آلات، اور کیمیائی ری ایکٹرز میں آپریٹنگ درجہ حرارت 60-80 ڈگری کے ساتھ ہوتا ہے۔ کوارٹز وسرجن ہیٹر کو بعض اوقات میٹابیسلفائٹ سروس کے لیے مخصوص کیا جاتا ہے کیونکہ فیوزڈ سلیکا زیادہ تر سلفائٹ سلوشنز کے لیے اچھی مزاحمت پیش کرتا ہے۔ تاہم، گرم مرتکز سوڈیم میٹابیسلفائٹ دوہری تنزلی کا طریقہ کار پیش کرتا ہے۔ سب سے پہلے، میٹابی سلفائٹ پانی میں ہائیڈولائز کرکے بیسلفائٹ (HSO₃⁻) اور سلفائٹ (SO₃²⁻) بناتی ہے، جس میں توازن سلفر ڈائی آکسائیڈ (SO₂) گیس جاری کرتا ہے: Na₂S₂O₅ + H₂O ⇌ 2 NaH₃ SO⇌ + NaH₃ SO₂↑ + H₂O۔ جاری کردہ SO₂ تیزابی اور سنکنرن ہے، خاص طور پر جب ٹھنڈی سطحوں پر گاڑھا ہو۔ دوسرا، بلند درجہ حرارت پر، SO₂ کے مزید اخراج کے ساتھ، metabisulfite سلفیٹ اور thiosulfate میں گل جاتا ہے۔ SO₂ گیس اعلی درجہ حرارت پر کوارٹج پر حملہ کر سکتی ہے، جس سے سلکان سلفائٹ کمپلیکس بنتے ہیں۔ مزید برآں، بیسلفائٹ کی تشکیل کی وجہ سے محلول تیزابیت والا (pH 3.5–5.0) ہو جاتا ہے، جس سے کوارٹج کی تیزابیت آہستہ ہوتی ہے۔ یہ تجزیہ اس بات کی مقدار بتاتا ہے کہ کس طرح سوڈیم میٹابیسلفائٹ کا ارتکاز (5–15%)، درجہ حرارت (60–80 ڈگری)، اور محلول pH یکساں سنکنرن کی شرحوں اور SO₂-فیوزڈ سلیکا کی حوصلہ افزائی شدہ پٹنگ کو متاثر کرتا ہے۔ فوڈ پروسیسنگ اور کم کرنے والے ایجنٹ ہیٹر میں عملی خدمت کے وقفوں (2,000-8,000 گھنٹے) کو حاصل کرنے کے لیے درکار کوارٹج میان کی دیوار کی موٹائی اخذ کی گئی ہے۔
گرم سوڈیم میٹابیسلفائٹ میں فیوزڈ سلیکا کی سنکنرن حرکیات
سوڈیم میٹابیسلفائٹ محلول میں کوارٹج کی سنکنرن دو میکانزم سے چلتی ہے۔ سب سے پہلے، بیسلفائٹ کی تشکیل سے تیزابی پی ایچ (3.5–5.0) سلوکسین بانڈز کے تیز تیزابیت کا سبب بنتا ہے۔ 10% سوڈیم میٹابیسلفائٹ (pH 4.0) میں 70 ڈگری پر، یکساں سنکنرن کی شرح 0.0001–0.0003 ملی میٹر فی گھنٹہ-بہت کم ہے۔ دوسرا، محلول سے خارج ہونے والی سلفر ڈائی آکسائیڈ گیس (SO₂) کولر کوارٹج سطحوں پر گاڑھا ہو سکتی ہے (مثلاً، مائع لائن کے اوپر) اور نمی کے ساتھ رد عمل ظاہر کر کے سلفرس ایسڈ (H₂SO₃) بناتی ہے، جو کوارٹج پر زیادہ جارحانہ حملہ کرتی ہے۔ SO₂-سے چلنے والا حملہ مقامی ہے اور اس کی وجہ سے گڑھا پڑ سکتا ہے۔
70 ڈگری پر 10% سوڈیم میٹا بائیسلفائٹ میں اعلی-پاکیزگی کے فیوزڈ کوارٹج کی وسرجن جانچ 0.00015–0.0003 ملی میٹر فی گھنٹہ کی یکساں سنکنرن کی شرح کو ظاہر کرتی ہے۔ 80 ڈگری پر، شرح 0.0003–0.0006 ملی میٹر فی گھنٹہ تک بڑھ جاتی ہے۔ 60 ڈگری پر، شرح 0.0001 ملی میٹر فی گھنٹہ سے کم ہے۔ 70 ڈگری پر، ایک 2.0 ملی میٹر کوارٹج میان 0.0002 ملی میٹر/گھنٹہ × 10,000 گھنٹے=2.0 ملی میٹر کھو دے گا، جو تقریباً 10,000 گھنٹے (1.1 سال) کی زندگی دے گا۔ 1.5 ملی میٹر کی دیوار 7,500 گھنٹے فراہم کرتی ہے۔ 2.5 ملی میٹر کی دیوار 12,500 گھنٹے فراہم کرتی ہے۔ یہ زندگی بھر فوڈ پروسیسنگ ایپلی کیشنز کے لیے بہترین ہے۔ بنیادی تشویش یکساں سنکنرن نہیں بلکہ بخارات کے زون میں SO₂ گاڑھا ہونا ہے۔
SO₂ کنڈینسیشن سے لوکلائزڈ پٹنگ
میٹابیسلفائٹ سروس میں سب سے اہم انحطاط کا طریقہ کار سلفر ڈائی آکسائیڈ گیس سے پیدا ہونا ہے۔ SO₂ گرم محلول سے خارج ہوتا ہے، خاص طور پر ہیٹر کی سطح کے قریب جہاں درجہ حرارت سب سے زیادہ ہوتا ہے۔ گیس مائع لائن کے اوپر ٹھنڈی کوارٹج سطحوں پر بڑھتی اور گاڑھتی ہے (مثال کے طور پر، اوپری میان یا بڑھتے ہوئے فلینج)۔ کنڈینسیٹ سلفرس ایسڈ (H₂SO₃) ہے، جس کا pH 1–2 ہے اور 0.002–0.005 ملی میٹر فی گھنٹہ کی شرح سے کوارٹج پر حملہ کرتا ہے{21}}مائع میں یکساں سنکنرن سے 10–20 گنا تیز گڑھے کی ترقی کی شرح 70 ڈگری غسل کے درجہ حرارت پر k_pit ≈ 0.003–0.008 ملی میٹر فی گھنٹہ کے ساتھ ایک لکیری قانون (مستقل شرح) کی پیروی کرتی ہے۔ 2.0 ملی میٹر دیوار کے لیے، گڑھے 250-650 گھنٹے میں سوراخ کر سکتے ہیں۔ اس طرح، بخارات کے زون کا انتظام اہم ہے۔ اوپری میان کو گرم کرنے سے اس کے درجہ حرارت کو SO₂ کے اوس پوائنٹ سے اوپر رکھنا (عام ارتکاز کے لیے تقریباً 60-70 ڈگری) گاڑھا ہونے سے بچاتا ہے۔ متبادل طور پر، بخارات کی ڈھال یا غیر فعال گیس صاف کرنے والا (نائٹروجن) SO₂ گیس کو صاف کر سکتا ہے۔
مینیسکس زون بھی کمزور ہے۔ وانپیکرن میٹابیسلفائٹ کو مرتکز کرتا ہے، جس کی وجہ سے گلنا اور SO₂ جاری ہوتا ہے۔ سوڈیم سلفائٹ/سلفیٹ کا ایک کرسٹ اکثر مائع لائن پر بنتا ہے۔
دیوار کی موٹائی میٹا بائیسلفائٹ ہیٹر میں سروس لائف کو کیسے تبدیل کرتی ہے۔
For uniform corrosion in the liquid, life scales linearly with wall thickness, but rates are so low that standard 1.5–2.0 mm walls provide >5,000 گھنٹے بخارات کے زون میں SO₂ پٹنگ کے لیے، موٹی دیواریں لکیری تحفظ فراہم کرتی ہیں (گڑھے کی شرح مستقل ہے)۔ 0.005 ملی میٹر فی گھنٹہ کی پٹنگ ریٹ کے ساتھ 2.0 ملی میٹر دیوار سوراخ کرنے کے لیے 400 گھنٹے فراہم کرتی ہے۔ 3.0 ملی میٹر کی دیوار 600 گھنٹے فراہم کرتی ہے۔ 4.0 ملی میٹر کی دیوار 800 گھنٹے فراہم کرتی ہے۔ چونکہ پٹنگ کی شرحیں زیادہ ہیں، موٹی دیواریں محدود فائدہ پیش کرتی ہیں۔ بہترین حل یہ ہے کہ بخارات-زون ہیٹنگ یا گیس صاف کرنے کے ذریعے گاڑھا ہونے کو روکا جائے، دیوار کی معیاری موٹائی کی اجازت دی جائے۔
موٹی دیواروں کا تھرمل پنالٹی
10% اور 70 ڈگری پر سوڈیم میٹا بائی سلفائٹ محلول میں پانی کی طرح تقریباً 0.55–0.60 W/(m·K)-کی تھرمل چالکتا ہوتی ہے۔ 1.5 ملی میٹر دیوار کے لیے، R_cond=0.00109; 3.0 ملی میٹر دیوار کے لیے، R_cond=0.00217. h=800 W/(m²·K) کے ساتھ، U 427 سے 292 W/(m²·K) تک گرتا ہے، 32% کمی۔ توانائی کی بچت کے لیے پتلی دیواروں کو ترجیح دی جاتی ہے۔
منظر نامہ-بیسڈ سلیکشن میٹرکس
| درخواست کا منظر نامہ اور آپریٹنگ پیرامیٹرز | تجویز کردہ دیوار کی موٹائی | کوانٹیفائیڈ ٹریڈ-آف کے ساتھ بنیادی دلیل |
|---|---|---|
| فوڈ پریزرویٹو ڈسولور (10% Na₂S₂O₅، 70 ڈگری، مسلسل، بخارات-زون گرم) | 1.5 – 2.0 ملی میٹر، معیاری درجہ، شعلہ-پالش | مائع سنکنرن نہ ہونے کے برابر ہے۔ وانپ-زون ہیٹنگ گڑھے کو روکتی ہے۔ توانائی کی کارکردگی کے لیے پتلی دیوار۔ U ≈ 450 W/(m²·K)۔ |
| کم کرنے والا غسل خانہ (15% Na₂S₂O₅، 75 ڈگری، کھلا ٹینک، بخارات کا کنٹرول نہیں) | 2.5 - 3.0 ملی میٹر، بخارات کی ڈھال کے ساتھ | SO₂ پٹنگ شدید۔ موٹی دیوار لکیری تحفظ فراہم کرتی ہے، لیکن بخارات کی ڈھال زیادہ موثر ہے۔ U ≈ 350 W/(m²·K)۔ |
| کم-درجہ حرارت میٹابیسلفائٹ (60 ڈگری، 5%، بند نظام) | 1.5 ملی میٹر، جیسا کہ- کھینچا گیا ہے۔ | کم SO₂ ارتقاء۔ نہ ہونے کے برابر سنکنرن۔ U ≈ 480 W/(m²·K)۔ |
تکمیلی ڈیزائن میں تبدیلیاں: Vapor-zone heating (keeping upper sheath >70 ڈگری) SO₂ گاڑھاو کو روکتا ہے۔ نائٹروجن صاف کرنے سے SO₂ گیس ختم ہو جاتی ہے۔ اچھی وینٹیلیشن ٹینک ہیڈ اسپیس سے SO₂ کو ہٹا دیتی ہے۔ غیر جانبدار پی ایچ کو برقرار رکھنا (بفر شامل کرنا) SO₂ ریلیز کو کم کرتا ہے۔ ایک پالش سطح جمع کی آسنجن کو کم کرتی ہے۔ پتلا NaOH کے ساتھ وقتا فوقتا صفائی سلفائٹ کرسٹس کو ہٹا دیتی ہے۔
