Увеличение степени защиты стали от коррозии в нейтральных и кислых средах (стр. 11 из 11)
7.Методическая часть
Описание синтеза борат метилфосфита
В трехгорлый реактор, снабженный термометром, обратным холодильником, капилляром, загружали 57,7 г (0,93 моль) борной кислоты и 307,8 г (2,79 моль) диметилфосфита . Синтез вели при температуре 110–120 °С в течении двух часов до полной отгонки метилового спирта. Непрореагировавший диметилфосфит отгоняли под вакуумом при температуре 180оС в течение часа. Продукт реакции представляет собой вязкую неокрашенную жидкость, хорошо растворимую в воде, диметилформамиде, ацетоне, спиртах.
Описание кинетических исследований
В трехгорлый реактор, снабженный термометром, обратным холодильником, капилляром, загружали 57,7 г (0,93 моль) борной кислоты и 307,8 г (2,79 моль) диметилфосфита. При температуре 90, 100, 110, 120°С в течении двух часов измеряли объем выделившегося метанола.
Определение защитной способности в нейтральных средах.
Определяли по ГОСТ 9.506–87 гравиметрическим методом, на образцах изготовленных из стали Ст3 в виде полоски труб длинной 45 мм диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм (по ГОСТ 1050–74). Заранее подготовленные образцы, по ГОСТ 2789–73 отшлифованные до шероховатости 0,4 мкм, обезжиривают, взвешивают на аналитических весах с погрешностью 0,0001 г. Подготовленные образцы формируют в серию по 3 шт. в каждой:
1 серия – для определения скорости коррозии в отсутствии ингибитора;
2 серия – для определения скорости коррозии в присутствии ингибитора с концентрацией 0,02%;
3 серия – то же для ингибитора с концентрацией 0,025%;
В установку для испытаний, представляющую собой стеклянный сосуд вместимостью 2000 см3 с держателем для крепления образцов стеклянной мешалки с двумя лопастями, приводимой во вращение электромотором. Наливают 1000 мл модели минерализованной воды плотностью 1,12 г/см3, состава г/дм3:
кальций хлористый 6-водный –34,00
магний хлористый 6-водный по ГОСТ 4209-77 –17,00
натрий хлористый по ГОСТ 4233-77 –163,00
кальций сернокислый 2-водный по ГОСТ 3210-77 –0,14
Приготовленной на дистиллированной воде, используя реактивы квалификации ч.д.а.
Сосуд с раствором нагревают в термостате до температуры 40°С. Ингибитор вводят в сосуд с раствором кислоты при комнатной температуре.После достижения соответствующей температуры загружают образцы. При этом колебания температуры во время испытаний не должны превышать ±2°С. Одновременно подключают мешалку. Испытание проводит в течение 360±1 мин. После испытаний все образцы серии одновременно извлекают из раствора и промывают проточной водой.
Шлам с поверхности образцов снимают (например, мягкой карандашной резинкой).
Образцы обрабатывают по ГОСТ 2789–73 и взвешивают каждый образец.
Обработка результатов испытаний:
Удельную потерю массы каждого образца (М), г/м2, вычисляют по формуле
,где m1– масса образца до травления, г; m2– масса образца после травления, г; S– площадь протравленной поверхности образца, м2.
Значения усредняют для серии образцов, получая среднюю удельную потерю массы образцов
.Скорость коррозии (v), г/м2·ч, для каждой серии образцов вычисляют по формуле
где
– усредненная удельная потеря массы для каждой серия образцов, г/м2; τ – продолжительность травления серии образцов, ч.Степень защиты ингибиторов (Z) в процентах вычисляют по формуле
где v0– скорость коррозии серии образцов при травлении без ингибитора, г/м2·ч; vi– скорость коррозии серии образцов при травлении с ингибитором, г/м2·ч.
Определение защитной способности в кислых средах.
Определяли по ГОСТ 9.505.–86 гравиметрическим методом, на образцах изготовленных из стали Ст3 в виде полоски труб длинной 45 мм диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм (по ГОСТ 1050–74). Заранее подготовленные образцы, по ГОСТ 2789–73 отшлифованные до шероховатости 0,4 мкм, обезжиривают, взвешивают на аналитических весах с погрешностью 0,0001 г. Подготовленные образцы формируют в серию по 3 шт. в каждой:
1 серия – для определения скорости коррозии в отсутствии ингибитора;
2 серия – для определения скорости коррозии в присутствии ингибитора с концентрацией 0,05%;
3 серия – то же для ингибитора с концентрацией 0,2%;
В установку для испытаний, представляющую собой стеклянный сосуд вместимостью 500 см3 с держателем для крепления образцов стеклянной мешалки с двумя лопастями, приводимой во вращение электромотором. Наливают 100 мл 10н раствора соляной кислоты.
Сосуд с раствором соляной кислоты нагревают в термостате до температуры 40°С. Ингибитор вводят в сосуд с раствором кислоты при комнатной температуре.После достижения соответствующей температуры загружают образцы. При этом колебания температуры во время испытаний не должны превышать ±2°С. Одновременно подключают мешалку. Испытание проводит в течение 60±1 мин. После испытаний все образцы серии одновременно извлекают из кислотного раствора и промывают проточной водой.
Шлам с поверхности образцов снимают (например, мягкой карандашной резинкой).
Образцы обрабатывают по ГОСТ 2789–73 и взвешивают каждый образец.
Обработка результатов испытаний:
Удельную потерю массы каждого образца (М), г/м2, вычисляют по формуле
,где m1– масса образца до травления, г; m2– масса образца после травления, г; S– площадь протравленной поверхности образца, м2.
Значения усредняют для серии образцов, получая среднюю удельную потерю массы образцов
.Скорость коррозии (v), г/м2·ч, для каждой серии образцов вычисляют по формуле
где
– усредненная удельная потеря массы для каждой серия образцов, г/м2; τ – продолжительность травления серии образцов, ч.Степень защиты ингибиторов (Z) в процентах вычисляют по формуле
где v0– скорость коррозии серии образцов при травлении без ингибитора, г/м2·ч; vi– скорость коррозии серии образцов при травлении с ингибитором, г/м2·ч.
Определение защитной способности с помощью индуктивного датчика.
Испытания проводились согласно ГОСТ 9.505–86, ГОСТ 9.506–87. Датчик представляет собой двухплечевой мост, в котором две катушки индуктивности последовательно соединены с активными сопротивлениями. В одну из катушек вводят исследуемый образец, другую оставляют свободной.
Катушки выполнены из фторопласта в виде цилиндра 45×50 мм со сквозным отверстием диаметром 20 мм. Каждая, из которых содержит 750 витков провода ПЭВЛ-2 диаметром 0,27 мм. Параллельно им включались активные сопротивления ПЭВ–10П номиналом 250 Ом. Показания снимались с помощью цифрового вольтметра M890F. Цепь подключается к сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 3 В. Подготовленные и взвешенные образцы формируют в серию по 3 шт. в каждой:
1 серия – для определения скорости коррозии в отсутствии ингибитора в нейтральной среде;
2 серия – для определения скорости коррозии в присутствии ингибитора с концентрацией 0,02% в нейтральной среде;
3 серия – то же для ингибитора с концентрацией 0,025% в нейтральной среде;
4 серия – для определения скорости коррозии в отсутствии ингибитора в кислой среде;
5 серия – для определения скорости коррозии в присутствии ингибитора с концентрацией 0,05% в кислой среде;
6 серия – то же для ингибитора с концентрацией 0,2% в нейтральной среде;
По результатам испытаний строят график функции mобр = f(U0). После чего находят функциональную зависимость между массой образца mобр и напряжением U0.
Выводы
1. Техническим результатом при использовании предлагаемого ингибитора является – увеличение степени защиты стали Ст3 от коррозии в нейтральных и кислых средах.
2. Экспериментально подтверждена практическая целесообразность применения данного датчика для исследования процесса коррозионного разрушения стали Ст3 в кислых и нейтральных средах. Найдена зависимость между массой образца и напряжением контура, вид которой не зависит от параметров среды и хода протекания процесса.
3. Диапазон измерения скорости коррозии предлагаемого датчика составил 0,05 – 250 г/м2·ч. При уровне точности ±1%.
4. Выполнен термодинамический анализ выбранного метода получения борат метилфосфита и установлено, что реакция является эндотермической, необратимой, термодинамически возможно протекать в прямом направлении при температурах выше 388 К.
5. Анализ факторов полученных расчетов позволил предложить, использовать для получения борат метилфосфита реактор периодического действия, представляющий собой емкостной вертикальный, гладкостенный аппарат с гладкостенной рубашкой, и открытой турбинной мешалкой. Для выбранного аппарата были рассчитаны:
Мощность перемешивания,
Условия безопасности работы аппарата,
Коэффициент теплопередачи,
Расход греющего пара,
Поверхность теплообмена.
6. Предложен вариант структурно-функциональной модели процесса получения борат метилфосфита.