Pour les ingénieurs de maintenance responsables du-nettoyage sur place-des systèmes dans les secteurs de la transformation des boissons, des produits laitiers et de la fabrication alimentaire, l'acide citrique est largement utilisé comme agent de détartrage et de nettoyage. Les solutions CIP typiques utilisent 1 à 3 % d'acide citrique à des températures de 70 à 85 °C. Une gaine en acier inoxydable 316 de 1,2 mm est courante pour ces appareils de chauffage en raison des exigences de réponse thermique rapide et des contraintes d'espace dans les skids CIP. Cependant, sous des combinaisons spécifiques de concentration d'acide citrique et de température de surface de gaine élevée en raison de la densité en watts, une corrosion générale accélérée peut réduire la durée de vie à neuf mois ou moins. Cet article identifie les seuils précis pour lesquels une gaine 316 de 1,2 mm doit être remplacée tous les neuf mois en service CIP à l'acide citrique.
Comportement à la corrosion du 316 dans l'acide citrique à des températures élevées
L'acide citrique est un acide organique faible, moins agressif que les acides minéraux, mais à des températures élevées, il peut néanmoins provoquer une corrosion importante de l'acier inoxydable 316. Contrairement à l’acide sulfurique ou chlorhydrique, l’acide citrique ne provoque pas de piqûres mais plutôt une corrosion générale uniforme. À des concentrations inférieures à 5 % et à des températures inférieures à 70 °C, le 316 présente des taux de corrosion inférieurs à 0,05 mm par an. À mesure que la température augmente, la vitesse de corrosion suit une relation d’Arrhenius. À 80°C, le taux dans l'acide citrique à 2 % est d'environ 0,1 à 0,2 mm par an. À 90°C, elle atteint 0,3 à 0,6 mm par an. A 100°C, les taux dépassent 1 mm par an. Pour une gaine de 1,2 mm, l'épaisseur structurelle minimale pour le confinement de la pression est d'environ 0,5 mm. Une pénétration de corrosion de 0,7 mm (de 1,2 mm à 0,5 mm) se produit en 9 mois à un taux de corrosion de 0,93 mm par an. Le seuil de remplacement de neuf mois est atteint lorsque la combinaison de la concentration d'acide citrique et de la température de la surface de la gaine produit un taux de corrosion d'environ 0,8 à 1,2 mm par an.
Seuils critiques pour une durée de vie de neuf -mois
Sur la base de tests d'immersion de 316 échantillons dans des solutions d'acide citrique à des températures pertinentes pour le service CIP des boissons, les combinaisons suivantes de concentration d'acide et de température de surface de la gaine produisent une durée de vie maximale de neuf -mois pour une paroi de 1,2 mm.
| Concentration d'acide citrique (% en poids) | Température de la solution en vrac | Température de surface de la gaine à 8 W/cm² (augmentation de 20°C) | Taux de corrosion attendu à la température de surface | Temps de réduction de 1,2 mm à 0,5 mm | Durée de vie jusqu'au remplacement |
|---|---|---|---|---|---|
| 1% | 75°C | 95°C | 0,20 – 0,35 mm/an | 2,0 à 3,5 ans | 2,5 à 4 ans |
| 1% | 80°C | 100°C | 0,35 – 0,60 mm/an | 1,2 à 2,0 ans | 1,5 à 2,5 ans |
| 1% | 85°C | 105°C | 0,60 – 1,00 mm/an | 0,7 – 1,2 ans | 0,9 – 1,5 ans |
| 2% | 70°C | 90°C | 0,20 – 0,35 mm/an | 2,0 à 3,5 ans | 2,5 à 4 ans |
| 2% | 75°C | 95°C | 0,35 – 0,60 mm/an | 1,2 à 2,0 ans | 1,5 à 2,5 ans |
| 2% | 80°C | 100°C | 0,60 – 1,00 mm/an | 0,7 – 1,2 ans | 0,9 – 1,5 ans |
| 2% | 85°C | 105°C | 1,00 – 1,50 mm/an | 0,5 – 0,7 ans | 0,6 – 0,9 ans |
| 3% | 65°C | 85°C | 0,20 – 0,35 mm/an | 2,0 à 3,5 ans | 2,5 à 4 ans |
| 3% | 70°C | 90°C | 0,35 – 0,60 mm/an | 1,2 à 2,0 ans | 1,5 à 2,5 ans |
| 3% | 75°C | 95°C | 0,60 – 1,00 mm/an | 0,7 – 1,2 ans | 0,9 – 1,5 ans |
| 3% | 80°C | 100°C | 1,00 – 1,50 mm/an | 0,5 – 0,7 ans | 0,6 – 0,9 ans |
| 4% | 60°C | 80°C | 0,25 – 0,40 mm/an | 1,8 – 2,8 ans | 2 à 3,5 ans |
| 4% | 65°C | 85°C | 0,40 – 0,70 mm/an | 1,0 – 1,8 ans | 1,2 – 2 ans |
| 4% | 70°C | 90°C | 0,70 – 1,20 mm/an | 0,6 à 1,0 ans | 0,8 – 1,2 ans |
| 4% | 75°C | 95°C | 1,20 – 2,00 mm/an | 0,4 – 0,6 ans | 0,5 – 0,7 ans |
Pour un système CIP pour boissons utilisant 2 % d'acide citrique à une température globale de 80 °C avec une gaine de 1,2 mm à 8 W/cm², la surface de la gaine atteint environ 100 °C. Le taux de corrosion attendu est de 0,6 à 1,0 mm par an, réduisant la paroi de 1,2 mm à 0,5 mm en 0,7 à 1,2 ans. Un remplacement de neuf -mois est approprié. La réduction de la température globale à 75 °C abaisse la température de surface à 95 °C, réduisant ainsi le taux de corrosion à 0,35 à 0,60 mm par an et prolongeant la durée de vie à 1,5 à 2,5 ans.
Enveloppe de fonctionnement sécurisée pour un calendrier de remplacement de -mois
Le tableau suivant indique la température maximale sûre de l'acide citrique en vrac pour une gaine 316 de 1,2 mm à différentes densités de watts pour atteindre au moins neuf mois de durée de vie avant que la réduction de la paroi à 0,5 mm ne nécessite un remplacement.
| Densité de Watt (augmentation de la température) | Température maximale en vrac pour l'acide citrique à 1 % | Température maximale en vrac pour l'acide citrique à 2 % | Température maximale en vrac pour l'acide citrique à 3 % | Température maximale en vrac pour l'acide citrique à 4 % |
|---|---|---|---|---|
| 4 W/cm² (augmentation de 10°C) | 88°C | 83°C | 78°C | 73°C |
| 6 W/cm² (augmentation de 15°C) | 83°C | 78°C | 73°C | 68°C |
| 8 W/cm² (augmentation de 20°C) | 78°C | 73°C | 68°C | 63°C |
| 10 W/cm² (augmentation de 25°C) | 73°C | 68°C | 63°C | 58°C |
| 12 W/cm² (augmentation de 30°C) | 68°C | 63°C | 58°C | 53°C |
Pour un système CIP de boisson typique utilisant 2 % d'acide citrique à une température globale de 80 °C avec 8 W/cm² (augmentation de 20 °C, surface de 100 °C), la limite de sécurité en vrac est de 73 °C. À 80 °C, le chauffage dépasse la limite de sécurité et sa durée de vie de neuf -mois n'est pas garantie. La réduction de la densité en watts à 4 W/cm² (augmentation de 10 °C, surface de 90 °C) donne une limite globale sûre de 83 °C, ce qui rend 80 °C acceptable pour un remplacement de neuf -mois.
Modifications de conception pour prolonger la durée de vie au-delà de neuf mois
Lorsque les conditions CIP des boissons nécessitent une gaine 316 de 1,2 mm et que la durée de vie de neuf -mois est insuffisante, trois modifications peuvent prolonger la durée de vie. La première consiste à réduire la densité en watts en utilisant un radiateur plus long. La réduction de 8 W/cm² à 4 W/cm² réduit l'augmentation de la température de surface de 20°C à 10°C, passant du régime de 9-mois au régime de 1,5 à 2,5 ans. La deuxième modification consiste à limiter le temps d'exposition à l'acide citrique en utilisant le réchauffeur uniquement pendant les phases de chauffage, et non pendant la recirculation. Un radiateur qui fonctionne 2 heures par jour au lieu de 24 heures par jour durera 12 fois plus longtemps en termes calendaires. La troisième modification consiste à ajouter un inhibiteur de corrosion. Les inhibiteurs commerciaux de l'acide citrique peuvent réduire les taux de corrosion de 40 à 60 %. Pour les systèmes CIP nécessitant 3 à 4 % d'acide citrique à 80 à 85 °C avec un fonctionnement continu, les ingénieurs doivent passer à un alliage supérieur tel que l'alliage 825 ou le titane. Ces matériaux maintiennent des taux de corrosion inférieurs à 0,05 mm par an dans l'acide citrique à des températures allant jusqu'à 100°C. Lors de la spécification de réchauffeurs pour le service CIP de boissons, indiquez toujours la concentration exacte d'acide citrique, la température globale, le cycle de service prévu et l'intervalle de remplacement souhaité. Un fabricant qui recommande le 316 pour 3 % d’acide citrique à 85°C sans discuter de la durée de vie attendue ne fournit pas de conseils responsables. Le seuil de remplacement de neuf mois pour une gaine 316 de 1,2 mm en service CIP à l'acide citrique est une fonction prévisible de la concentration, de la température globale et de la densité en watts, permettant une prévision précise de la durée de vie du réchauffeur et une planification de la maintenance dans les opérations de transformation des boissons.
