مخزن اسید چیست و چه کاربردی دارد؟

مخزن اسید که در محاوره با عنوان مخزن ضد اسید نیز شناخته می شود به دسته ای از مخازن اطلاق می گردد که جهت نگهداری مواد و محصولات شیمیایی اسیدی و خورنده مورد استفاده قرار می گیرد.  مخازن نگهداری اسید امروزه در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار گرفته و وجود مخازن ایمن و با کیفیت جزو لاینفک این صنایع محسوب می گردد.

امروزه در بسیاری از صنایع اسید ها به عنوان خوراک اولیه سیستم تولید یا به عناوین مختلف همچون واکنش دهنده اصلی در پروسه تولید، کاتالیزور، الکترولیت و … کاربرد دارند. از این رو شناخت مخازن مورد استفاده در نگهداری اسید ها، باز ها و مواد شدیدا خورنده بسیار حائز اهمیت می باشد. در این صفحه فیلد مخازن اسید به تفصیل معرفی، تحلیل و بررسی خواهد شد.

گروه تولیدی مهندسی سازه مخزن به عنوان سازنده و تولید کننده برتر انواع مخازن صنعتی در کشور، آمادگی طراحی و تولید مخازن نگهداری اسید با ساختار های مقاوم و مهندسی شده بر اساس سیال مورد نظر در ظرفیت ها و اشکال متنوع را دارا می باشد.

شناخت اسید ها

در تعریف کلی و ساده اسید می توان گفت اسید یک ماده شیمیایی است که در ازای جذب الکترون یون هیدروژن و یا پروتون از دست خواهد داد. مهم ترین مشخصه آن طعم ترش، خوردگی شدید، PH<7  و توانایی واکنش سریع با باز می باشد. قابل ذکر است تغییر رنگ کاغذ تورنسل از آبی به قرمز نشانه وجود اسید خواهد بود.

با توجه به دایره وسیع انواع مختلف اسید و خواص منحصر بفرد هر کدام از این اسید ها لازم میبینیم انواع اسید را به طور کلی بررسی نماییم.

سوال این است که شناخت اسید ها چه تاثیری در خرید مخزن اسید خواهد داشت؟ در جواب باید بگوییم به علت خواص متنوع و درجه خوردگی متفاوت اسید ها هر اسید مشخص در یک نوع مخزن خاص نگهداری می شود. حتی این موضوع در  یک اسید  مشخص با درصد تغلیظ متغیر نیز تفاوت خواهد داشت.

برای مثال : اسید سولفوریک ۹۸ درصد در مخزن فولادی قابل نگهداری می باشد اما اسید سوفوریک ۲۳ % در مخزن پلیمری باید نگهداری شود.

انواع اسید

در نگاه اول اسید ها به دو دسته اسید های آلی و اسید های معدنی ( غیر آلی ) دسته بندی می شود. اسید های آلی بسیار خورنده و عموما سمی می باشند . در مقابل اسید های معدنی به دور از عنصر آب یعنی H2O به شکل های گازی و جامد در طبیعت دیده می شوند.

انواع مختلف اسید های آلی یا غیر آلی بسیار وسیع بوده و از حوصله این بحث خارج است. در اینجا اسید های پر مصرف در صنایع که به نوعی خریدار مخزن اسید یا مخزن ضد اسید می باشند را بر می شمریم.

اسید ها در دسته بندی صنعتی به دو دسته ی زیر تقسیم بندی می گردد:

1. اسید قوی
2. اسید ضعیف

اسید های قوی

• Hydrobromic acid / هیدرو برمیک اسید (HBr)  با دانسیته ۱.۴۹ g/cm³
• Nitric acid / اسید نیتریک (HNO3) با دانسیته ۱.۵۱ g/cm³
• Chloric acid / کلریک اسید (HCLO3) با دانسیته ۱ g/cm³
• Hydrochloric acid /  هیدروکلریک اسید (HCL) با دانسیته (۳۳%) ۱.۱۸ g/cm³
• Hydroiodic acid / هیدرویدیک اسید (HI) با دانسیته ۱.۷ g/cm³
• Sulfuric acid / اسید سولفوریک (H2SO4) با دانسیته ۱.۸۳  g/cm³
• Perchloric acid / پر کلریک اسید (HCLO4) با دانسیته ۱.۶۷ g/cm³

اسید های قویی به آن دسته از اسید ها اطلاق می شود که ۱۰۰% آن در محلول تفکیک شود که پر مصرف ترین و معروفترین نوع آن اسید سولفوریک می باشد که در درصد های مختلف در صنایع مختلف کاربرد دارد.

اسید های ضعیف

• Boric acid / بوریک اسید (H3BO3)  با دانسیته ۱.۴۴ g/cm³
• Benzoic acid / بنزوئیک اسید (C7H6O2) با دانسیته ۱.۲۷ g/cm³
• Hydrofluoric acid / هیدروفلوئوریک اسید (HF) با دانسیته ۱.۱۳ g/cm³
• Butyric acid / بوتریک اسید (C4H8O2) با دانسیته ۰.۹۶  g/cm³
• Acetic acid / استیک اسید ( C2H4O2) با دانسیته ۱.۰۵ g/cm³
• Carbonic acid / کربنیک اسید (H2CO3) با دانسیته ۱.۶۷ g/cm³
• Phosphoric acid / اسید فسفریک (H3PO4) با دانسیته ۱.۸۸ g/cm³

اسید های ضعیف بر خلاف اسید های قوی در هنگام انحلال در اب به طور کامل تفکیک نمی شوند به عبارت بهتر یونیزه نمی گردند.  که از مهم ترین آنان می توان به اسید فسفریک و اسید کربنیک اشاره نمود.

جدول اطلاعات فنی اسید کلریدریک

غلظت			چگالی	غلظت مولار	پی‌اچ	گرانروی	ظرفیت گرمایی	فشار بخار	نقطه جوش	دمای ذوب
kg HCl/kg	kg HCl/m۳	Baumé	kg/L	mol/dm۳		mPa•s	kJ/(kg•K)	kPa	°C	°C
۱۰٪	۱۰۴٫۸۰	۶٫۶	۱٫۰۴۸	۲٫۸۷	−۰٫۵	۱٫۱۶	۳٫۴۷	۱٫۹۵	۱۰۳	−۱۸
۲۰٪	۲۱۹٫۶۰	۱۳	۱٫۰۹۸	۶٫۰۲	−۰٫۸	۱٫۳۷	۲٫۹۹	۱٫۴۰	۱۰۸	−۵۹
۳۰٪	۳۴۴٫۷۰	۱۹	۱٫۱۴۹	۹٫۴۵	−۱٫۰	۱٫۷۰	۲٫۶۰	۲٫۱۳	۹۰	−۵۲
۳۲٪	۳۷۰٫۸۸	۲۰	۱٫۱۵۹	۱۰٫۱۷	−۱٫۰	۱٫۸۰	۲٫۵۵	۳٫۷۳	۸۴	−۴۳
۳۴٪	۳۹۷٫۴۶	۲۱	۱٫۱۶۹	۱۰٫۹۰	−۱٫۰	۱٫۹۰	۲٫۵۰	۷٫۲۴	۷۱	−۳۶
۳۶٪	۴۲۴٫۴۴	۲۲	۱٫۱۷۹	۱۱٫۶۴	−۱٫۱	۱٫۹۹	۲٫۴۶	۱۴٫۵	۶۱	−۳۰
۳۸٪	۴۵۱٫۸۲	۲۳	۱٫۱۸۹	۱۲٫۳۹	−۱٫۱	۲٫۱۰	۲٫۴۳	۲۸٫۳	۴۸	−۲۶
در جدول فوق دما ۲۰ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر در نظر گرفته شده است.

با بررسی موارد  تیتر بالا مشخص می شود اسید های مختلف دارای دانسیته های یا چگالی های مختلف می باشند. حال این موضوع به چه علت برای طراحان مخزن اسید حائز اهمیت می باشد؟

طراحی مخزن اسید

طراحی مخزن اسید با توجه به اطلاعات عنوان شده در این صفحه مبنی بر وسیع بودن انواع اسید و حالات و چگونگی برخورد و واکنش آن با متریال ساخت مخزن اسید بسیار مبحث مهم و قابل توجه ای می باشد.

نکته قابل توحه در این ضمینه سمی بودن و خورندگی شدید اسید ها می باشد که در محل کارگاه، کارخانه ، انبار و … با توحه به دخالت انسان در پروسه تولید محصول بسیار حیاتی و پر اهمیت می باشد. از این رو انتخاب نوع مخزن اسید علاوه بر موارد فنی و مالی برای HSE  مجموعه ها نیز بسیار مهم می باشد.

مبحث طراحی مخزن اسید را در دو منظر مقاومت بدنه در برابر فشار های داخلی و خارجی – و مقاومت بدنه مخزن در برابر خوردگی ناشی از برخورد با اسید قابل بحث می باشد.

مبنای اولیه هر نوع سازه در علم تحلیل سازه، مقاومت آن سازه در برابر فشار یا تنش های داخلی و تنش های خارجی می باشد. از این رو نگهداری حجم مشخصی از سیال در یک مخزن بسته به نوع آن سیال بسیار متفاوت خواهد بود. برای مثال دانسیته اسید سولفوریک ( رقیق نشده) برابر ۱.۸۳ تا ۱.۸۶ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد. در مقابل استیک اسید دانسیته ای برابر ۱.۰۵ گرم بر سانتی متر مکعب دارا است.

بنابر این مخزنی که برای نگهداری ۱ متر مکعب اسید سولفوریک ۹۸ درصد طراحی و تولید می گردد بسیار مقاوم تر از مخزن نگهداری ۱ متر مکعب استیک اسید خواهد بود.

برای طراحی مخزن اسید فلزی به چند نکته زیر حتما باید توجه نمود:

• نوع اسید
• دمای اسید
• غلظت اسید و محاسبه وزن مخصوص آن
• حجم سیال
• میزان corrosion allowance یا حد مجاز خوردگی

در طراحی و تولید مخازن اسید غلیظ حتما باید این نکته در نظر گرفته شود که مخزن کاملا هوا بند باشد.زیرا اسید غلیظ به شدت جاذب رطوبت است و در صورت قرارگیری در معرض هوای آزاد رطوبت هوا را به خود جذب می نماید که موجب کاهش غلظت اسید و افزایش میزان خورندگی آن می شود.

استاندارد طراحی مخزن اسید

طراحی مخزن اسید از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار است، زیرا هرگونه خلل و نشتی در مخزن خسارات جبران ناپذیر مالی و جانی به بار خواهد آورد.

به همین دلیل انتخاب تولید کننده مخزن اسید فلزی که استاندارد های لازم را رعایت نماید و از مخاطرات آن آگاه باشد بسیار حائز اهمیت است. استاندارد های مخزن نگهداری اسید (Acid reservior) مانند سایر مخازن نگهداری می باشد. با این تفاوت که حد مجاز خوردگی بالاتری برای این مخازن در نظر گرفته می شود.

استانداردهای مورد استفاده در تولید مخزن اسید فلزی به شرح زیر می باشد:

انواع مخزن اسید تولید شرکت سازه مخرن

مخازن تولیدی شرکت مهندسی سازه مخزن جهت نگهداری اسید در نگاه اول به چهار دسته زیر تقسیم می شوند:

1. مخزن اسید فولادی یا مخرن اسید فلزی
2. مخزن اسید استنلس استیل
3. مخزن اسید پلی اتیلن
4. مخزن اسید فایبرگلاس

تولیدات مجموعه سازه مخزن در چهار رده فوق قرار می گیرند. همین طور لازم به ذکر است که هر دسته فوق دارای زیر مجموعه هایی بوده که در ادامه به تفصیل توضیح داده خواهد شد.

مخزن اسید فولادی یا مخزن اسید فلزی

همانطور که گفتیم اهمیت نگهداری اسید ها در ظرفیت بالا یکی از چالش های مهم برای برخی تولید کنندگان مانند شرکت های تولید کود شیمیایی، باطری سازی، تولید الکترود و شرکت های مرتبط با صنایع مس است. در ادامه مطلب می خواهیم مخزن اسید فلزی را به صورت تخصصی تری مورد بررسی قرار دهیم. برای بررسی دقیق تر مخزن اسید فلزی باید به مواردی مانند انتخاب نوع فلز، محدودیت ها، طراحی و قیمت مخزن اسید فلزی بپردازیم.

همانطور که قبلا نیز اشاره کردیم مقاومت مخازن نگهداری اسید بسیار حائز اهمیت است. مخزن نگهداری اسید باید طوری ساخته شود که اولا بدنه مخزن در ارتباط با سیال آسیب نبیند و ثانیا خود سیال نیز دچار تغییری در خاصیت شیمیایی و فیزیکی نشود.

مخزن نگهداری اسید غلیظ

به طور کلی تمامی اسید ها در غلظت ۹۹ و ۹۸ درصد خاصیت خورندگی خاصی ندارند. با کاهش غلظت اسید خاصیت خورندگی در آن افزوده می شود. پروسه رقیق سازی اسید همراه با آزادسازی مقدار زیادی گرما می باشد و همین امر نیز به افزایش خاصیت خورندگی سیال کمک می کند.

نکته دیگری که باید در مورد نگهداری اسید غلیظ بدانیم ان است که اسید های غلیظ چگالی بالایی نسبت به آب  دارند و به همین دلیل در هنگام محاسبه حجم مخزن و فشار وزنی سیال به چگالی اسید نیز باید دقت نمود.

نکات مهم در خرید مخزن اسید با ظرفیت بالا

معمولا استفاده از مخزن اسید فولادی در ظرفیت های بالا کاربرد دارد و به همین دلیل معمولا فولاد مورد استفاده در این مخازن از نوع ضخیم می باشد. جوشکاری فولاد ضخیم تبحر بالایی می طلبد و به همین دلیل است که توصیه ما خرید مخزن اسید فولادی از شرکت های معتبر است. زیرا در شرکت های معتبر تست و کنترل کیفیت بیشتری بر روی مخازن تولیدی انجام می گیرد. به دلیل خطرات جانی زیادی که اسید می تواند برای انسان داشته باشد هرگونه نشتی از طرف مخزن اسید فولادی خطرات جبران ناپذیری برای کسانی که در اطراف این مخازن هستند به بار خواهد آورد. از همین روی برخی از شرکت ها این مخازن را بصورت دفنی استفاده می کنند تا امکان ایجاد خطرات جانی را کاهش دهند. ولی به دلیل عدم دسترسی و امکان بازدید دوره ای از بدنه مخزن ممکن است باعث خلق خطرات زیست محیطی جبران ناپذیری گردد.

انواع متریال قابل استفاده در مخزن اسید فلزی

برای خرید مخزن اسید فولادی باید بدانیم در ابتدا که چه گرید هایی از فولاد برای این کار مناسب هستند.به طور کلی مخازن اسید فلزی از لحاظ نوع متریال به دو دسته تقسیم می شوند.مخازنی که با فولاد کربن بالا یا همان کربن استی ساخته می شوند و مخازنی که با فولاد کم کربن یا همان استنلس استیل تولید می گردند.هر کدام از این دو دسته خواص و وژگی های خاصی دارند که موجب می گردند مناس استفاده در شرایطی خاص باشند.

مخزن اسید کربن استیل

در نگهداری اسید های غلیظ ۹۸ یا ۹۹ درصد و با دمای ۵۵+ درجه سانتی گراد استفاده از فولاد کربن استیل مرسوم است.زیرا در اسید های غلیظ یون هیدروژن آزاد نمی گردد که موجب خوردگی مخزن کربن استیل شود. ورق های ST37 ، A516 و ST52 معمول ترین گرید هایی از کربن استیل یا آهن سیاه هستندکه برای مخزن اسید فلزی استفاده می شوند.

این گرید ها برای اسید هایی که خورندگی ندارند و غلیظ هستند کاربرد دارد. نکته قابل ذکر این است که چون مخزن کربن استیل برای اسید غلیظ استفاده می شود و این نوع اسید وزن مخصوص بالایی دارد معمولا ضخامت این نوع مخازن بیش از حد معمول می باشد.

مثلا برای تولید یک مخزن اسید فلزی بیست هزار لیتری که تقریبا ۴۰ تن اسید را بتوانیم در آن ذخیره سازی کنیم از ورق ضخامت ۸ میلیمتر به بالا باید استفاده نماییم. اول به دلیل وزن بالای سیال و دوم به دلیل در نظر گرفتن میزان corrosion allowance یا همان حد مجاز خوردگی .در طراحی تمامی مخازن اسید در نظر گرفتن corrosion allowance بسیار اهمیت دارد.

مخزن اسید استنلس استیل

حال اگر اسید رقیق نباشد یا در دمای بالاتر از ۵۵+ درجه قرار باشد نگهداری شود از چه نوع مخزن اسید فلزی می توان اسفاده نمود؟ گرید های دیگری از فولاد به نام استنلس استیل وجود دارند که به دلیل دارا بودن عناصری مانند کروم و نیکل مقاومت خوبی در برابر اسید های رقیق که خورنده هستند دارند.

ساده ترین نوع ورق استنلس استیل که با نام ۳۰۴ یا همان ۸-۱۸ معروف شناخته می شود مقاومت بسیار خوبی در برابرخورندگی برخی اسید ها مانند اسید نیتریک دارد. در ترکیب این نوع ورق ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل وجود دارد که همین امر موجب گردیده مقاومت خوبی در برابر یون های هیدروژن داشته باشد.

مخزن اسید با متریال استنلس استیل گرید ۳۱۶

نوع دیگر ورق استیل که به ورق استیل ضد اسید معروف است نوع ۳۱۶ آن است.استیل ۳۱۶ که در مخزن اسید کلریدریک بسیار کاربرد دارد به گرید دریایی نیز معروف است.

در تولید مخزن اسید فلزی که برای نگهداری اسید رقیق استفاده می شود ورق استیل ۳۱۶ بسیار پر کاربرد است.

تفاوت اصلی ورق استیل ۳۱۶ نسبت به ۳۰۴ در میزان نیکل آن است که حدود ۱۴ درصد می باشد.با تمام ویژگی های خوبی که برای مخزن اسید فلزی استیل بیان کردیم باز هم برخی سیال های اسیدی در غلظت و شرایط دمایی خاص ممکن است موجب خوردگی این نوع مخزن گردند.

در مواردی که استفاده از مخزن اسید فلزی وجود داشته باشد و اسید دارای دما و خورندگی بالایی باشد از ورق تیتانیوم نیز استفاده می گردد ولی به دلیل قیمت بسیار بالای این متریال موارد استفاده از آن بسیار معدود است.