实验和龙格-库塔法模拟研究低碳钢腐蚀动力学的硫酸的解决方案

文摘

低碳钢是广泛应用于不同的工业应用和低碳钢的应用程序中最大的问题是腐蚀。在这部作品中,低碳钢与硫酸的反应动力学在不同浓度和不同温度下进行结合实验数据和理论方法使用龙格-库塔方法。结果显示,反应的速率常数的温度在30 - 50°C的范围从2618调整为2793 L³/摩尔³分别. h。低碳钢的反应在所有温度范围。焓、熵和软钢反应的吉布斯自由能的温度298 K估计。该反应的活化能(E / R)为4.829 K。得出结论,与低碳钢硫酸反应容易发生和抑制剂应该使用这些系统。

1。介绍

低碳钢合金已广泛用于制造作为一种物质反应容器,管道等。1]。耐蚀性差的低碳钢腐蚀电解质在很大程度上阻止了它的实现。酸解等不同过程的常用酸挑选、清洗、除锈,可能导致金属的腐蚀2,3]。低碳钢被腐蚀的合金材料,导致重大的经济损失和工业仪器的安全,造成了大量问题4]。

低碳钢腐蚀和铁的调查是一个重大的理论问题,并吸引了大量关注。许多科学家正在研究低碳钢腐蚀。两个咪唑啉衍生物缓蚀剂的研究了低碳钢和chloride-substituted发现更好的与fluoride-substituted[相比5]。4的影响,6-diamino-2-pyrimidinethiol (4 d2p)抑制剂在低碳钢在媒体盐酸酸氧化进行了研究[6]。果皮,种子和果皮提取西瓜作为缓蚀剂研究了低碳钢在媒体盐酸酸(7]。

计算方法的目的是广泛用于设计新的抑制剂的抑制特性。采用模拟调查研究耐蚀铝和不锈钢管道使用3 d有限元模型(8]。钠磷酸盐、亚硝酸钠和苯并三唑抑制剂被用来模拟钢金属混凝土孔隙的解决方案(9]。Thixoforging铝合金硅铝合金和模拟复杂的部分₇Mg研究[10]。一个数学模型进行了硫酸和铁离子扩散和硫化铜矿石浸出过程11]。碳纤维,碳/碳,有些修改碳/碳混合暴露在一个模拟原子氧环境来研究他们的态度在低地球轨道(12]。硅和氮之间的反应进行了研究使用缩芯模型(13]。采用蒙特卡罗模拟技术研究呋喃衍生物低碳钢表面上的吸附行为在盐酸14]。腐蚀的抑制机制two-mercaptoquinoline希夫基于低碳钢表面进行量子化学计算和分子动力学模拟(15]。

龙格-库塔方法广泛用于解决不同的腐蚀模型。龙格-库塔,Euler-Maruyama Milstein方法利用调查时间和腐蚀坑深度之间的关系在核电站管道系统16]。提出的模型是预测腐蚀的降水分配输出通过five-order龙格-库塔格式(17]。龙格-库塔方法被用来解决两相均匀模型数值和活化腐蚀的主要态度输出(18]。一个新的偏微分模型的监测和检测铜腐蚀产物二氧化硫(₂)污染提出了利用龙格-库塔法19]。

本文探讨了腐蚀动力学的低碳钢硫酸使用减肥技术的解决方案。温度的影响(30 - 50°C)对腐蚀彻底评估和讨论。热力学参数计算和讨论。此外龙格-库塔方法应用在一个努力获得洞察的腐蚀机理低碳钢在分子水平上。

2。实验

软钢板是机械压力机用剪刀剪成小块的测量3×2×0.1厘米。这些作品是没有抛光使用。然而,表面固化的部分包括清洗、脱脂绝对乙醇、丙酮和干燥。解决方案(0.1 - -0.5米)H₂所以₄提供稀释的硫酸97%(重量百分比)利用再蒸馏的水。这种合金试样的化学结构见表1。

减肥进行了测试使用烧杯(100毫升)的测试解决方案维持在“30°C”不同浓度(0.1,0.2,0.3,0.4,和0.5米)总浸条件下。所有的测试都是在充气的解决方案。标本的减肥决心通过保持他们在测试解决方案1 - 5天的时间范围。完成一个疗程时间后标本与毛刷擦洗自来水为了消除腐蚀产品。然后干reweighed标本。减肥是作为重量之间的差异在给定的时间和初始重量和是由使用LP 120数字平衡±1毫克的敏感性。测试进行了一式三份,保证结果的可靠性和体重的平均值报告。减肥可以计算的平均腐蚀速率毫克/厘米²h。

3所示。理论

3.1。龙格-库塔方法(20.,21]

龙格-库塔方法的分析细节可以参照概述(1)下面一个初始条件(y =在x =)。想要找到的价值(y) (x =+ h) (h)是一些给定的常数:

根据龙格-库塔方法,它可以分析表明,x =的纵坐标+ h曲线通过( , )是由 K₁K₂和K₃给出的是方程吗

公式(2)被称为三阶龙格-库塔公式,因为项对应于三阶导数项的泰勒级数y扩展关于( , )是正确的20.,21]。

一阶常微分方程的数学模型可以用于Rung-Kutta找到方法。数学模型表示温度和反应速率之间的关系说明如下:

过渡状态方程(22,23)是 r是反应的速率,是激活的焓在标准条件下,是活化熵在标准条件下,h是普朗克常数,N是阿伏伽德罗数。

方程(6)是重新获得 M = R / Nh哪里EXP (/ R)

把两边(ln)函数(7)

衍生物(9)找到

用(10)(r)和结果

方程(11)是一阶常微分方程代表之间的关系温度(T)和反应的速率(r)。这个方程可以用于Rung-Kutta方法计算不同温度下的反应速率(30 - 50°C)对不同浓度。

4所示。结果与讨论

腐蚀研究了低碳钢在结合理论和实验数据分析与硫酸反应的动力学(H₂所以₄)在不同浓度(0.1 - -0.5米),数值方法得到的理论数据,尤其是通过龙格-库塔法(20.,21]。低碳钢的腐蚀速率实验确定使用的关系: 在哪里质量损失,是区域,t是浸泡一段时间。

焓可以使用(11)。焓被发现通过绘制ln (r / T)与1 / T实验数据见表2根据(8)得到一条直线。直线的斜率代表/ R和拦截ln (M),其中M = (R / NhEXP (/ R)如表所示2和图1。

图1表明,直线的方程

因此(/ R) = 2092 K和ln (M) = 0.542和ΔS = 196.68 J /摩尔。的价值/ R可用于(11)计算不同温度下的反应速率(30岁,35岁,40岁,45岁和50°C)和在不同浓度(0.1,0.2,0.3,0.4,和0.5米)利用Rung-Kutta方法如表所示3。

吉布斯自由能在温度298 K以下的吉布斯自由能计算方程(24]:

吉布斯自由能的负号表明低碳钢与硫酸的反应是自发的反应(24]。

计算反应的顺序(n)的低碳钢硫酸ln (r)与ln (C)是根据以下方程绘制24]: 反应的速率(r), (K)的反应速率常数,并反应的顺序(n)。两边取对数函数(15)

如果ln (r)和ln (C)是根据策划(16),一条直线。直线的斜率代表反应的顺序(n)和拦截是反应的速率常数ln (K)如表所示3和图2。

反应速率方程在不同的温度下(30 - 50°C)被发现,如图2:

反应的顺序与低碳钢是硫酸所示顺序反应(17),(18),(19),(20.)和(21)温度(30 - 50°C)的范围。反应速率常数随温度的增加,因为分子的动能温度的增加而增加(24,25如表所示4和图3。找到活化能(E), ln (K)与(1 / T)策划按照下列方程(24)下面,结果如图所示3和表3:

ln的情节(K)与(1 / T)根据(23)获得一条直线,斜率代表反应的活化能(E / R)和拦截等于preexponential因素(a)。

活化能(E / R)对低碳钢与硫酸的反应估计从斜率如表所示3和图3和被发现等于4.829 K温度范围内的30 - 50°C和preexponential因素(A)是3062.54所示以下方程:

活化能的值很低,表明反应发生的轻松和自然,在协议的结果-吉布斯自由能的价值。

5。结论

低碳钢的腐蚀动力学与硫酸结合实验数据和理论方法使用龙格-库塔方法研究。硫酸反应的速率与低碳钢增加增加温度。此外,反应的速度常数(K) 30到50°C的温度范围是2618 - 2793 L³/摩尔³分别. h。低碳钢的反应顺序顺序在所有温度范围内(30 - 50°C)。反应的焓和熵是17.393焦每摩尔和196.68 J /摩尔,分别。吉布斯自由能的价值是负价值(-41.217焦每摩尔),因此得出结论,低碳钢与硫酸的反应是自发的。反应的活化能的计算低碳钢与硫酸和非常低(E / R = 4.829 K)在不同温度和不同浓度的硫酸,导致结论低碳钢与硫酸的反应容易发生。龙格-库塔模拟技术可以用来模拟不同浓度的低碳钢表面的腐蚀H₂所以₄。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. m·a·Migahed a . m . Abdul-Raheim a . m .阿塔和w·Brostow”合成和评估新的水溶性缓蚀剂用回收聚(乙烯terphethalate)”材料化学与物理,卷121,不。1 - 2、208 - 214年,2010页。视图:谷歌学术搜索
2. d·d·n·辛格·t·b·辛格(manmohan Singh)和b .白肢野牛,“金属阳离子的作用在改善钢材腐蚀的抑制的乌洛托品的性能在盐酸溶液中,“腐蚀科学,37卷,不。6,1005 - 1019年,1995页。视图:谷歌学术搜索
3. g·e·巴德尔,“一些氨基硫脲衍生品的角色作为c型钢缓蚀剂在酸性媒体,”腐蚀科学,51卷,不。11日,第2536 - 2529页,2009年。视图:谷歌学术搜索
4. d . Asefi m . Arami, n . m . Mahmoodi“电化学效应阳离子双子表面活性剂和卤化物盐腐蚀抑制低碳钢在酸性介质中,“腐蚀科学,52卷,不。3、794 - 800年,2010页。视图:谷歌学术搜索
5. b . k . Zhang, w·杨,x, y, y陈,“Halogen-substituted咪唑啉衍生物缓蚀剂的低碳钢在盐酸溶液中,“腐蚀科学卷,90年,第295 - 284页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. r . Yıldız“电化学和理论评价4,6-diamino-2-pyrimidinethiol作为低碳钢的缓蚀剂在盐酸的解决方案,“腐蚀科学卷,90年,第553 - 544页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. n . a . Odewunmi s a Umoren, z . m . Gasem“西瓜废物作为低碳钢的绿色缓蚀剂在盐酸溶液中,“环境化学工程杂志》上,3卷,不。1,第296 - 286页,2015。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. G.-F。隋,js。李,H.-W。李,f .太阳,T.-B。张,H.-Z。傅,”调查的爆炸焊接机制耐蚀铝和不锈钢管通过有限元仿真和实验中,“国际期刊的矿产、冶金和材料,19卷,不。2、151 - 158年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. j j。史和w .太阳”,电化学和分析表征的三个钢铁缓蚀剂在模拟混凝土孔隙的解决方案,“国际期刊的矿产、冶金和材料,19卷,不。1,38-47,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. K.-K。王”,Thixo-forging铝合金AlSi7Mg和模拟复杂的地区,”国际期刊的矿产、冶金和材料,17卷,不。1,53-57,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. 工程学系。阴,A.-X。吴,S.-Y。王,周宏儒。王”,模拟溶质运输在多孔粒子bioleaching过程中,“国际期刊的矿产、冶金和材料,17卷,不。4、389 - 396年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. X.-C。刘,L.-F。程,L.-T。张,X.-G。烹调的菜肴,h·梅”行为的纯和修改碳/碳复合材料在原子氧环境中,“国际期刊的矿产、冶金和材料,21卷,不。2、190 - 195年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. S.-W。阴,L.-G l . Wang。通,F.-M。杨,中州。李,“动力学研究的直接氮化硅粉末稀释α如果₃N₄在正常压力。”国际期刊的矿产、冶金和材料,20卷,不。5,493 - 498年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. k·f·哈立德和a . El-Maghraby”实验,蒙特卡罗和分子动力学模拟研究腐蚀抑制盐酸低碳钢的解决方案,“阿拉伯化学杂志,7卷,不。3、319 - 326年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. s . k .萨哈·戈什母鸡,n . c .伽和p . Banerjee”密度泛函理论和分子动力学模拟研究腐蚀抑制性能的低碳钢mercapto-quinoline席夫碱腐蚀抑制剂,”自然史E:低维系统和纳米结构卷,66年,第341 - 332页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. g . s .丰特斯p·f·f·e梅洛,和a . s . d·m·阿尔维斯核电工程和设计,第293卷,第485页,2015年。视图:出版商的网站
17. d . Lu和曾x, y . Liu”动态响应的实验和数值研究高架水箱的AP1000 PCCWST考虑FSI效应,”年报的核能卷,81年,第83 - 73页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 李l . j ., w .歌曲,y傅,x,, y,”凯特:代码激活腐蚀产物评价水冷聚变反应堆,”融合工程和设计卷,100年,第344 - 340页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. f . Clarelli b·德·菲利波,r . Natalini“铜腐蚀的数学模型”应用数学模型:工程和环境系统的模拟和计算,38卷,不。月19日至20日,第4816 - 4804页,2014年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索|MathSciNet
20. s . t .红桉使用MATLAB数值分析和电子表格果园的出版物,第二版,2004年版。
21. 诉g·简森和g·杰弗里斯诉,数学方法在化学工程、学术出版社,伦敦,英国,第二版,1981年版。
22. a . Ostovari s . m . Hoseinieh m . Peikari s . r . Shadizadeh s . j . Hashemi和科学。Corros”, 1 M盐酸溶液中腐蚀抑制低碳钢指甲花提取物:指甲花的抑制作用的比较研究及其成分(Lawsone、没食子酸、d葡萄糖和鞣酸)。”腐蚀科学,51卷,不。9日,第1949 - 1935页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a·k·辛格和m . a . Quraishi“头孢唑啉对低碳钢在盐酸溶液的腐蚀,“腐蚀科学,52卷,不。1,第160 - 152页,2010。视图:谷歌学术搜索
24. j . m . Simth化学工程动力学、新加坡、麦格劳-希尔,第3版,1981年版。
25. 答:a .接受者对聚合物物理化学伊拉克摩苏尔,Mosal大学版,1984。

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