Моделирование коррозионного процесса при взаимодействии белой жести с овощными консервами
Автор: Бессараб О.В., Платонова Т.Ф., Протункевич И.В.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Пищевая биотехнология
Статья в выпуске: 1 (79), 2019 года.
Бесплатный доступ
При выборе металлической упаковки для овощных консервов целесообразно учитывать их коррозионную агрессивность, т.к. коррозия внутренней поверхности является одним из факторов, оказывающих влияние на качество продукции в процессе хранения. Для рационализации коррозионных испытаний металлических упаковочных материалов пищевые продукты целесообразно заменять модельными средами - растворами органических кислот. Целью настоящей работы являлось изучение кинетики коррозии белой консервной жести электролитического лужения (ЭЖК) в модельных средах - водных растворах щавелевой (массовая доля 0,25-1,00%) и лимонной (массовая доля 0,25-1,50%) кислот, а также их смесей. Скорость равномерной коррозии измеряли методом линейного поляризационного сопротивления, питтинговой коррозии - амперометрии нулевого сопротивления. Испытания проводили при помощи коррозиметра «Эксперт-004», по двухэлектродной схеме. Для растворов щавелевой кислоты с массовой долей 0,25 и 0,50% и для всех растворов лимонной кислоты процесс характеризуется как равномерная коррозия - средние стационарные значения скоростей питтинговой коррозии в 7-11 раз меньше соответствующих значений скоростей равномерной коррозии (1,52-3,93 мкм/год и 17,42-26,56 мкм/год, соответственно)...
Модельная среда, щавелевая кислота, лимонная кислота, белая консервная жесть, скорость коррозии, метод поляризационного сопротивления, амперометрия нулевого сопротивления, коррозиметр "эксперт-004", консервы
Короткий адрес: https://sciup.org/140244329
IDR: 140244329 | DOI: 10.20914/2310-1202-2019-1-149-159
Текст научной статьи Моделирование коррозионного процесса при взаимодействии белой жести с овощными консервами
Металлические банки являются одним из наиболее распространённых видов упаковки для консервов. Популярность данного вида упаковки обусловлена рядом преимуществ:
─ устойчивость металлических банок к механическим воздействиям на всех этапах производства, транспортирования и хранения консервов;
─ защита упакованной продукции от воздействия светового излучения;
─ гарантия сохранения герметичности упаковки на протяжении всего срока годности;
─ высокая теплопроводность металла, что обеспечивает быстрый и равномерный прогрев в процессе стерилизации консервов.
Для рационального выбора металлической упаковки необходимо учитывать её коррозионную устойчивость, т. к. коррозия внутренней поверхности является одним из факторов, оказывающих влияние на качество консервов. Основными коррозионно-агрессивными веществами консервированных продуктов являются электролиты – органические кислоты (уксусная, лимонная, яблочная, щавелевая и др.) и их соли, а также поваренная соль. При контакте электролитов с поверхностью металлической упаковки на границе раздела фаз протекает процесс электрохимической коррозии, при котором одновременно происходят реакции анодного окисления металла и катодного восстановления ионов электролита, в результате чего металл переходит в продукт, т. е. в процессе хранения консервов в жестяной упаковке происходит накопление солей металлов [1, 2].
Для рационализации испытаний, проводимых при оценке качества металлической упаковки и упаковочных материалов, вместо пищевых продуктов обычно применяют модельные среды (растворы), что позволяет решить несколько задач:
─ упростить процедуру подготовки к лабораторным исследованиям;
─ сократить временные и материальные затраты на проведение испытаний;
─ обеспечить воспроизводимость результатов исследований, т. к. модельные среды обладают стабильным химическим составом.
В предыдущие годы в отделе применения тары ВНИИТеК (ВНИИКОП) была разработана классификация фруктовых и овощных консервов в зависимости от степени их коррозионной агрессивности (таблицы 1 и 2) [3, 4].
Таблица 1.
Классификация консервов по степени их коррозионной агрессивности
Table 1.
The classification of canned food according to the corrosivity degree
|
Наименование группы | Group name |
Коррозионно-активные компоненты | Corrosive components |
|
|
поваренная соль, % kitchen salt, % |
титруемая кислотность, % titrated acidity, % |
|
|
Слабоагрессивные | Weakly aggressive |
<1,0 |
<0,2 |
|
Среднеагрессивные | Middle aggressive |
1,0˗2,0 |
0,2˗1,0 |
|
Сильноагрессивные | Strongly aggressive |
>2,0 |
>1,0 |
Таблица 2.
Степень агрессивности консервов и коррозионная устойчивость металлических тарных материалов
Table 2.
The degree of aggressiveness of canned food and the corrosion resistance of metal packaging materials
|
Степень агрессивности консервов The canned food aggressiveness degree and the corrosion resistance of metal packaging materials |
Гравиметрический показатель скорости коррозии, г/(м2·ч) Gravimetric corrosion rate, g/(m2∙h) |
Характеристика коррозионной устойчивости металлических тарных материалов Characteristics of the metal packaging materials corrosion resistance |
|
Слабоагрессивные | Weakly aggressive |
0,3–2,0 |
Стойкие | Resistant |
|
Среднеагрессивные | Middle aggressive |
2,0–4,0 |
От пониженно-стойких к стойким From low-resistant to resistant |
|
Сильноагрессивные | Strongly aggressive |
4,0–7,5 |
Пониженно-стойкие | Low-resistant |
Приведённая классификация не учитывает химическую природу кислот, входящих в состав консервов, а также наличие в составе продуктов веществ, которые являются ингибиторами и катализаторами коррозионного процесса, например, антоциановых пигментов и пищевых волокон [5–8].
Цель работы – изучение кинетики коррозии белой консервной жести электролитического лужения (ЭЖК) в модельных средах, имитирующих овощные консервы – водных растворах щавелевой и лимонной кислот, а также их смесей.
В качестве основного компонента модельных коррозионных сред была выбрана лимонная кислота как наиболее распространённая. Она содержится практически во всех овощах, а также широко используется в качестве технологической добавки при производстве консервов. В томатах, сладком перце, моркови и других овощах содержание составляет 0,1–0,5%. Группой исследователей [9] было установлено, что при взаимодействии белой жести с растворами лимонной кислоты в аэрированной среде стальная основа является анодом по отношению к оловянному покрытию, т. е. происходит преимущественно миграция ионов железа. В дэарированных растворах анодом является олово, т. е. в раствор переходят преимущественно его ионы.
В состав овощных консервов входит щавелевая кислота в основном в виде оксалатов. Наиболее высоким содержанием оксалатов (1–4%) отличаются различные пряности, такие, как, тмин, кардамон, имбирь и др. Ревень, щавель, свёкла, мангольд, петрушка содержат до 1%. Томаты, баклажаны, брокколи, морковь, картофель, сельдерей, сладкий перец, фасоль содержат до 0,1% оксалатов [10, 11]. Наиболее распространённые консервы, содержащие щавелевую кислоту, – томатная паста, консервированные томаты, овощные и рыбные консервы в томатной заливке, а также содержащие различные пряности.
Объекты и методы
В настоящей работе в качестве модельных коррозионных сред использовали:
─ растворы щавелевой кислоты с массовой долей 0,25–1,00%;
─ растворы лимонной кислоты с массовой долей 0,25–1,50%;
─ растворы, содержащие смесь лимонной и щавелевой кислот.
Коррозионные среды готовили на дистиллированной воде по ГОСТ 6709–72.
Скорость равномерной коррозии ( K ) определяли методом поляризационного сопротивления по двухэлектродной схеме. Сущность метода заключается в создании постоянной разности потенциалов (внешней поляризации) между двумя одинаковыми пластинами металла, служащими электродами, и измерении параметров возникающего при этом тока. Скорость питтинговой (точечной) коррозии ( P ) определяли посредством амперометрии нулевого сопротивления по двухэлектродной схеме. Метод основан на измерении плотности тока, протекающего между одинаковыми электродами (пластинами металла) в условиях самопроизвольного процесса, т. е. без внешней поляризации [12–14].
тывали по формуле
Измерения проводили при помощи микропроцессорного универсального автоматического коррозиметра «Эксперт-004», обеспечивающего одновременное определение скоростей равномерной и питтинговой коррозии.
В работе использовали электрохимическую ячейку, состоящую из стеклянной основы, двух одинаковых пластин металла (электродов), двух уплотнительных прокладок из полимерного материала (пластизоль) и фиксирующего устройства. Основа изготовлена из термостойкого стекла и представляет собой открытый с двух сторон цилиндр с горловиной для заполнения. Фиксирующее устройство представляет собой две прямоугольные пластины из прозрачного пластика, соединённые двумя винтами. Электроды представляют собой пластины ЭЖК размером 60×120 мм; масса оловянного покрытия на поверхности, контактирующей со средой, составляет 2,7–2,9 г/м2, что соответствует I классу покрытия по ГОСТ 13345–85.
Испытания проводили в соответствии с методикой, разработанной во ВНИИТеК (ВНИИКОП) [15, 16]. Продолжительность одного испытания составила 160–168 ч; запись значений скоростей равномерной и питтинговой коррозии проводили в автоматическом режиме через каждые 4 ч.
По результатам измерений были построены графики, отражающие кинетику коррозионного процесса – изменение скоростей равномерной и питтинговой коррозии ЭЖК в течение испытания. Исходя из анализа графиков, были рассчитаны средние стационарные значения скоростей коррозии ЭЖК, характеризующие агрессивность коррозионных сред.
Среднее стационар н ое значение скорости равномерной коррозии К , мкм/год, рассчи- n
-
2 K i i =1
= , n
K ст
где К i – значение скорости равномерной коррозии, измеренное в стационарном режиме, мкм/год; n – количество измерений скорости равномерной коррозии в стационарном режиме.
Среднее стационарное значение скорости питтинговой коррозии Р , мкм/год, рассчиты- вали по формуле
P ст
n
2 Pi i=1
, n где Рi – значение скорости питтинговой коррозии, измеренное в стационарном режиме, мкм/год; n – количество измерений скорости питтинговой коррозии в стационарном режиме.
Среднее квадратическое отклонение результатов измерений S K , мкм/год, стационарной скорости равномерной коррозии рассчитывали по формуле
n
Я к - к)
i =1____________________________ n -1 ,
S k = ^
где К – среднее стационарное значение скорости равномерной коррозии, мкм/год; Ki – значение скорости равномерной коррозии, измеренное в стационарном режиме, мкм/год; n – количество измерений скорости равномерной коррозии в стационарном режиме.
Среднее квадратическое отклонение результатов измерений S P , мкм/год, стационарной скорости питтинговой коррозии рассчитывали по формуле
Sp =
j(p„ - Pi )2
i=1_________________________ n -1
где P – среднее стационарное значение скорости питтинговой коррозии, мкм/год; P i – значение скорости питтинговой коррозии, измеренное в стационарном режиме, мкм/год; n – количество измерений скорости питтинговой коррозии в стационарном режиме.
Для двухкомпонентных коррозионных сред рассчитывали аддитивное значение стационарной скорости равномерной коррозии Kа, мкм/год, по формуле
K = ®cKc + ®oKo a 69c + 69O где K с – среднее стационарное значение скорости равномерной коррозии для раствора лимонной кислоты, мкм/год; K о – среднее стационарное значение скорости равномерной коррозии для раствора щавелевой кислоты, мкм/год; ωс – массовая доля лимонной кислоты в растворе, %; ωо – массовая доля щавелевой кислоты в растворе, %.
Аддитивное значение стационарной скорости питтинговой коррозии P а , мкм/год, рассчитывали по формуле
P = ®cpc + «oPo
Pa ,
« + « где P с – среднее стационарное значение скорости питтинговой коррозии для раствора лимонной кислоты, мкм/год; P о – среднее стационарное значение скорости питтинговой коррозии для раствора щавелевой кислоты, мкм/год; ωс – массовая доля лимонной кислоты в растворе, %; ωо – массовая доля щавелевой кислоты в растворе, %.
Результаты и обсуждение
На рисунках 1 и 2 представлены графики, отражающие кинетику коррозионного процесса ЭЖК при взаимодействии с растворами щавелевой кислоты.
Т, часы (hours)
Рисунок 1. Кинетика скорости равномерной коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами щавелевой кислоты
Figure 1. The uniform corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with oxalic acid solutions
Как видно из рисунка 1, для растворов с массовой долей щавелевой кислоты 0,25 и 0,50% в начале испытания наблюдается максимальная скорость равномерной коррозии ЭЖК (120,77 и 223,70 мкм/год, соответственно), которая в течение 8–16 ч снижается до стационарного значения. Такой характер процесса объясняется накоплением на поверхности металла нерастворимых и труднорастворимых продуктов коррозии – преимущественно оксалатов олова [17]. Для растворов с массовой долей щавелевой кислоты 0,75 и 1,00% в начале испытания наблюдается максимальная скорость равномерной коррозии (132,95 и 194,42 мкм/год, соответственно), которая в течение 8–12 ч снижается до 48–51 мкм/год. В течение последующих 48–72 ч скорость коррозии не изменяется, а затем в течение 8–12 ч наблюдается её снижение до минимального значения (1,04 мкм/год – для 0,75% раствора и 2,95 мкм/год – для 1,00% раствора). Затем в течение 4 ч происходит увеличение скорости коррозии и устанавливается стационарный режим. Такой характер процесса объясняется осаждением оксалатов в начальном периоде и последующим их частичным растворением вследствие образования комплексных ионов [Fe(С2О4)3]3- и [Sn(С2О4)2]2- [18, 19].
^^^^^^^е раствор с массовой долей 0,25 % (0.25 mass factor solution)
^^^^^^^^е раствор с массовой долей 0,50 % (0.50% mass factor solution) ’ раствор с массовой долей 0,75 % (0.75% mass factor solution) ^^^^^^^^ераствор с массовой долей 1,00 % (1.00% mass factor solution)
72 96
Т, часы (hours)
Рисунок 2. Кинетика скорости питтинговой коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами щавелевой кислоты
Figure 2. The pitting corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with oxalic acid solutions
Из рисунка 2 видно, что для растворов щавелевой кислоты с массовой долей 0,25 и 0,50% кинетика скорости питтинговой коррозии аналогична кинетике скорости равномерной коррозии: в начале испытания наблюдается максимальная скорость питтинговой коррозии (31,59 мкм/год – для 0,25% раствора и 47,74 мкм/год – для 0,50% раствора), которая в течение 4–12 ч снижается до стационарного значения. Для растворов с массовой долей 0,75 и 1,00% скорость питтинговой коррозии в начале испытания имеет максимальное значение (45,93 мкм/год – для 0,75% раствора и 43,79 мкм/год – для 1,00% раствора); в течение 16 ч скорость снижается до значения 5–7 мкм/год. В течение последующих 56–112 ч значение скорости питинговой коррозии практически не изменяется, а затем наблюдается её увеличение и установление стационарного режима.
Параметры процесса коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами щавелевой кислоты приведены в таблице 3.
Таблица 3.
Параметры процесса коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами щавелевой кислоты
Table 3.
Corrosion process parameters of tinplate in interaction with oxalic acid solutions
|
Массовая доля щавелевой кислоты, % Oxalic acid mass fraction, % |
Параметры процесса коррозии | Corrosion process parameters |
|||
|
равномерной | uniform |
питтинговой | pitting |
|||
|
К ст ± S К , мкм/год (μm/year) |
n |
P ст ± S Р , мкм/год | μm/year |
n |
|
|
0,25 |
23,83 ± 1,24 |
38 |
3,53 ± 0,32 |
40 |
|
0,50 |
19,87 ± 1,17 |
37 |
2,54 ± 0,45 |
38 |
|
0,75 |
12,56 ± 0,86 |
8 |
21,26 ± 0,47 |
13 |
|
1,00 |
10,71 ± 0,49 |
4 |
32,80 ± 0,08 |
4 |
Из данных таблицы 3 видно, что для растворов с массовой долей щавелевой кислоты 0,25 и 0,50% стационарные значения скоростей равномерной коррозии в 7,0 – 7,5 раз больше стационарных значений скоростей питтинга, т. е. процесс характеризуется как равномерная коррозия.
Для растворов с массовой долей щавелевой кислоты 0,75 и 1,00% в начальном периоде испытания скорость равномерной коррозии в 7–10 раз больше скорости питтинга, т. е. процесс характеризуется как равномерная коррозия (рисунки 1 и 2) После установления стационарного режима скорость питтинговой коррозии в 1,5–3 раза превышает скорость равномерной коррозии, т. е. процесс характеризуется как равномерная коррозия с частичным питтингом.
Исходя из средних стационарных значений скорости равномерной коррозии, наибольшей агрессивностью по отношению к ЭЖК обладает раствор щавелевой кислоты с массовой долей 0,25%, а наименьшей – 1,00%-ный раствор
(таблица 3). Это объясняется уменьшением степени диссоциации молекул при увеличении концентрации кислоты в растворе, что следует из закона разбавления Оствальда [20].
На рисунках 3 и 4 представлены графики, отражающие кинетику коррозионного процесса ЭЖК при взаимодействии с растворами лимонной кислоты.
^^^^^^^^^ раствор с массовой долей 0,25 % (0.25% mass factor solution)
^^^^^^^^м раствор с массовой долей 0,50 % (0.50% mass factor solution)
^^^^^^^^е раствор с массовой долей 0,75 % (0.75 mass factor solution)
^^^^^^^^мраствор с массовой долей 1,00 % (1.00% mass factor solution)
раствор с массовой долей 1,25 % (1.25% mass factor solution)
^^^^^^^^мраствор с массовой долей 1,50 % (1.50% mass factor solution)
72 96
Т, часы (hours)
Рисунок 3. Кинетика скорости равномерной коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами лимонной кислоты
Figure 3. The uniform corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with citric acid solutions
Как видно из рисунка 3, для растворов лимонной кислоты с массовой долей 0,25– 1,25% в начале испытания наблюдается максимальная скорость равномерной коррозии (61,38–79,96 мкм/год), которая в течение 8–12 ч снижается до стационарного значения, что связано с осаждением на поверхность металла нерастворимых гидроксидов олова и железа, образующихся вследствие гидролиза цитратов.
Для раствора с массовой долей 1,50% в течение 4 ч от начала испытания скорость равномерной коррозии увеличивается с 16,71 до 50,10 мкм/год, затем в течение 32 ч снижается до стационарного значения. Такая кинетика процесса объясняется растворением пассивационной плёнки (соединений хрома) и последующим заполнением поверхности жести нерастворимыми продуктами коррозии.
^^^^^^^^^^^ раствор с массовой долей 0,25 % (0.25% mass factor solution)
^^^^^^^^м раствор с массовой долей 0,50 % (0.50 mass factor solution)
раствор с массовой долей 0,75 % (0.75% mass factor solution)
раствор с массовой долей 1,00 % (1.00% mass factor solution)
раствор с массовой долей 1,25 % (1.25% mass factor solution)
раствор с массовой долей 1,50 % (1.50 mass factor solution)
Т, часы
Рисунок 4. Кинетика скорости питтинговой коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами лимонной кислоты Figure 4. The pitting corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with citric acid solutions
Из рисунка 4 видно, что для всех растворов лимонной кислоты в начале испытания наблюдаются максимальные значения скорости питтинговой коррозии (9,40–16,89 мкм/год), которые в течение 8–32 ч снижаются до стационарных значений (таблица 4).
Таблица 4.
Параметры процесса коррозии ЭЖК при взаимодействии с растворами лимонной кислоты
Table 4.
Corrosion process parameters of tinplate in the interaction with citric acid solutions
|
Массовая доля лимонной кислоты, % Citric acid mass fraction, % |
Параметры процесса коррозии | Corrosion process parameters |
|||
|
равномерной | uniform |
питтинговой | pitting |
|||
|
К ст ± S К , мкм/год | μm/year |
n |
P ст ± S Р , мкм/год | μm/year |
n |
|
|
0,25 |
22,42 ± 0,99 |
37 |
2,57 ± 0,27 |
36 |
|
0,50 |
26,56 ± 0,62 |
37 |
3,93 ± 0,21 |
34 |
|
0,75 |
18,94 ± 0,97 |
38 |
1,78 ± 0,17 |
35 |
|
1,00 |
17,42 ± 1,10 |
37 |
1,52 ± 0,14 |
33 |
|
1,25 |
17,78 ± 0,68 |
37 |
2,53 ± 0,23 |
38 |
|
1,50 |
18,21 ± 0,71 |
33 |
2,39 ± 0,15 |
35 |
Из данных таблицы 4 видно, что для растворов лимонной кислоты стационарные значения скоростей равномерной коррозии в 7–11 раз больше стационарных значений скоростей питтинговой коррозии, т. е. процесс характеризуется как равномерная коррозия.
Исходя из средних стационарных значений скорости равномерной коррозии, наибольшей агрессивностью по отношению к ЭЖК обладает раствор лимонной кислоты с массовой долей 0,50%. Для растворов с массовой долей 0,75–1,50% стационарное значение скорости равномерной коррозии практически не изменяется при увеличении концентрации, что связано с уменьшением степени диссоциации кислоты в растворе [21].
С учётом результатов, полученных для однокомпонентных растворов, были выбраны двухкомпонентные коррозионные среды следующего состава:
-
• 0,25% лимонной кислоты + 0,25% щавелевой кислоты;
-
• 0,25% лимонной кислоты + 0,50% щавелевой кислоты;
-
• 0,50% лимонной кислоты + 0,25% щавелевой кислоты;
-
• 0,50% лимонной кислоты + 0,50% щавелевой кислоты.
На рисунках 5 и 6 представлены графики, отражающие кинетику коррозионного процесса при взаимодействии ЭЖК с двухкомпонентными коррозионными средами.
Рисунок 5. Кинетика скорости равномерной коррозии ЭЖК при взаимодействии с двухкомпонентными средами
Figure 5. The uniform corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with two-component media
Как видно из рисунка 5, в начале испытания скорость равномерной коррозии имеет максимальное значение (120,40–154,38 мкм/год), стационарный режим устанавливается в течение
4–16 ч, т. е. кинетика скорости равномерной коррозии аналогична кинетике процесса при взаимодействии с однокомпонентными растворами.
^^^^^^^^^ 0,25 % лимонной кислоты + 0,25 % щавелевой
(0.25% citric acid + 0.25% oxalic acid)
кислоты
^^^^^^^^^ 0,25 % лимонной кислоты + 0,50 % щавелевой
(0.25% citric acid + 0.50% oxalic acid)
кислоты
0,50 % лимонной кислоты + 0,25 % щавелевой
(0.50% citric acid + 0.25% oxalic acid)
кислоты
^^^^^^^^^^^ 0,50 % лимонной кислоты + 0,50 % щавелевой
(0.50% citric acid + 0.50% oxalic acid)
кислоты
Рисунок 6. Кинетика скорости питтинговой коррозии ЭЖК при взаимодействии с двухкомпонентными средами
Figure 6. The pitting corrosion rate kinetics of tinplate in the interaction with two-component media
72 96
Т, часы (hour)
Скорость питтинговой коррозии (рисунок 6) в начале испытания имеет максимальное значение (43,10–47,12 мкм/год), стационарный режим устанавливается в течение 12–28 ч – кинетика процесса аналогична кинетике при взаимодействии с однокомпонентными растворами (таблица 5).
Таблица 5.
Параметры процесса коррозии ЭЖК при взаимодействии с двухкомпонентными коррозионными средами
Table 5.
Corrosion process parameters of tinplate in the interaction with two-component media
|
Состав коррозионной среды The corrosive medium composition |
Параметры процесса коррозии | Corrosion process parameters |
|||||
|
равномерной | uniform |
питтинговой | pitting |
|||||
|
К а , мкм/год (μm/year) |
К ст ± S К , мкм/год (μm/year) |
n |
Р а , мкм/год (μm/year) |
P ст ± S Р , мкм/год (μm/year) |
n |
|
|
0,25% л. к.1 + 0,25% щ. к.2 0.25% c. a.1 + 0.25% o.a.2 |
23,13 |
22,58 ± 1,44 |
38 |
3,05 |
2,91 ± 0,61 |
34 |
|
0,25% л. к.1 + 0,50% щ. к.2 0.25% c. a.1 + 0.50% o.a.2 |
20,72 |
19,56 ± 0,92 |
38 |
2,55 |
2,04 ± 0,48 |
34 |
|
0,50% л. к.1 + 0,25% щ. к.2 0.50% c. a.1 + 0.25% o.a.2 |
25,65 |
26,93 ± 1,61 |
40 |
3,80 |
3,85 ± 0,45 |
37 |
|
0,50% л. к.1 + 0,50% щ. к.2 0.50% c. a.1 + 0.50% o.a.2 |
23,22 |
24,43 ± 1,22 |
37 |
3,24 |
3,00 ± 0,38 |
37 |
Сокращения: 1 – лимонная кислота; 2 – щавелевая кислота | Аbbrеviаtiоns: 1 – citric acid; 2 – oxalic acid
Из таблицы 5 видно, что для двухкомпонентных растворов средние стационарные значения скорости равномерной коррозии в 7–10 раз больше средних стационарных значений скорости питтинговой коррозии, т. е. процесс характеризуется как равномерная коррозия. Средние экспериментальные значения стационарных скоростей равномерной и питтинговой коррозии соответствуют рассчитанным аддитивным значениям. При этом начальные скорости равномерной и питтинговой коррозии близки к соответствующим значениям для соответствующих растворов щавелевой кислоты. Таким образом, в начале испытания кинетика процесса формируется за счёт действия щавелевой кислоты, а в стационарном режиме – за счёт аддитивного эффекта.
На основании экспериментальных данных для растворов лимонной и щавелевой кислот были рассчитаны аддитивные значения стационарных скоростей равномерной коррозии для двухкомпонентных сред. Посредством программы Table Curve 3D построена поверхность (рисунок 7).
Рисунок 7. Аддитивные значения стационарной скорости равномерной коррозии: w_c – массовая доля лимонной кислоты в растворе (%); w_o – массовая доля щавелевой кислоты в растворе (%); k – скорость равномерной коррозии (мкм/год)
Figure 7. Uniform corrosion rate additive values: w_c – citric acid mass factor (%); w_o – oxalic acid mass factor (%); k – uniform corrosion rate (μm/year)
Путём математической обработки было установлено, что максимальное значение стационарной скорости равномерной коррозии соответствует двухкомпонентной среде, содержащей 0,40% лимонной и 0,30% – щавелевой кислоты, т. е. такая среда является наиболее агрессивной по отношению к ЭЖК. Это подтверждается экспериментальными данными – среднее стационарное значение скорости равномерной коррозии для данной среды составляет 28,18 ± 1,91 мкм/год.
Заключение
-
1. В ходе исследования была изучена кинетика процесса коррозии белой консервной жести электролитического лужения при взаимодействии с модельными средами – растворами щавелевой и лимонной кислот, а также их смесями. Было установлено, что при взаимодействии с модельными средами процесс имеет равномерный характер – скорость равномерной коррозии в 7 – 11 раз больше скорости питтинга.
-
2. Было установлено, что наиболее агрессивными по отношению к белой консервной
Список литературы Моделирование коррозионного процесса при взаимодействии белой жести с овощными консервами
- Семёнова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. М.: Физматлит, 2010. 416 с.
- Abdel-Rahman N.A.-G. Tin-plate Сorrosion in Canned Foods//Journal of Global Biosciences. 2015. V. 4. № 7. P. 2966-2971.
- Андрющенко Е.А., Товстокора Н.С. Классификация фруктовых соков и компотов по степени их коррозионной агрессивности//Пищевая промышленность. 1986. № 11. С. 48-49
- Шавырин В.А., Товстокора Н.С., Чавчанидзе А.Ш., Тимофеева Н.Ю. и др. Соответствие между десятибалльной шкалой коррозионной стойкости металлических тарных материалов и классификацией консервов по степени коррозионной агрессивности.//Практика противокоррозионной защиты. 2011. № 1. С. 56-60.
- Salt F.W., Thomas J.G.N. The anaerobic corrosion of tin in anthocyanin solutions and fruit syrups//Journal of Applied Chemistry. 1957. V. 7. № 5. P. 231-238 DOI: 10.1002/jctb.5010070504
- Платонова Т.Ф., Бессараб О.В. Исследование коррозийного взаимодействия ЭЖК с водными растворами органических кислот, содержащих антоциановые пигменты // Пищевая промышленность. 2018. № 12. С. 77-79
- Haruna K., Obot I.B., Ankah N.K., Sorour A.A. et al. Gelatin: A green corrosion inhibitor for carbon steel in oil well acidizing environment // Journal of Molecular Liquids. 2018. V. 264. P. 515-525.
- DOI: 10.1016/j.molliq.2018.05.058
- Бессараб О.В., Платонова Т.Ф. Использование пищевых добавок для повышения качества и безопасности фруктовых консервов в металлической упаковке // Вестник ВГУИТ. 2018. Т. 80. № 3 (77). С. 170-175.
- DOI: 10.20914/2310-1202-2018-3-170-175
- Che Y., Han Z., Luo B., Xia D. et al. Corrosion Mechanism Differences of Tinplate in Aerated and Deaerated Citric Acid Solution // International Journal Of Electrochemical Science. 2012. V. 7. P. 9997-10007.
- Abdel-Moemin A.R. Oxalate Content of Egyptian Grown Fruits and Vegetables and Daily Common Herbs // Journal of Food Research. 2014. V. 3. № 3. P. 66-77.
- DOI: 10.5539/jfr.v3n3p66
- Нечаев А.П., Траубенберг С.Е, Кочеткова А.А., Колпакова В.В. и др. Пищевая химия. Спб: ГИОРД, 2015. 672 с.
- Ануфриев Н.Г. Применение методов поляризационного сопротивления и амперометрии нулевого сопротивления для изучения коррозионного поведения металлов в водных средах // Практика противокоррозионной защиты. 2003. № 4. С. 10-13.
- Чавчанидзе А.Ш., Ракоч А.Г., Тимофеева Н.Ю., Базаркин А.Ю. Электрохимические исследования коррозионной стойкости металлических материалов в пищевых средах // Коррозия: материалы и защита. 2008. № 12. С. 10-16.
- Ануфриев Н.Г. Новые возможности применения метода линейного поляризационного сопротивления в коррозионных исследованиях и на практике. // Коррозия: материалы, защита. 2012. № 1. С. 36-43.
- Андрющенко Е.А. и др. Оценка коррозионной агрессивности консервных сред методом поляризационного сопротивления // Защита металлов. 1987. Т. 23. № 5. С. 862-865.
- Шавырин В.А., Базаркин А.Ю., Чавчанидзе А.Ш., Тимофеева Н.Ю. Экспресс-метод коррозионных испытаний консервных банок // Продукты длительного хранения. 2009. № 3. С. 12-14.
- Шейхет Ф.И. Материаловедение химикатов, красителей и моющих средств. М.: Легкая индустрия, 1969. 324 с.
- Семёнова М.Г., Корнев В.И. Комплексонаты кобальта (II) и никеля(II) в водных растворах щавелевой кислоты // Химическая физика и мезоскопия. 2010. Т. 12. № 1. С. 131-138.
- Характерные и специфические реакции катионов олова. Портал медицинских лекций. URL: https://medlec.org/lek2-50007.html
- Селезнев К.А. Аналитическая химия. Качественный полумикроанализ и количественный анализ: изд. 3-е, испр. М: Высшая школа, 1973. 246 с.
- Кварацхелия Р.К., Кварацхелия Е.Р. О диссоциации слабых двух- и трехосновных органических кислот, участвующих в цикле Кребса // Электрохимия. 2009. Т. 45. № 2. С. 235-238.