Išsamus 1 laipsnio gryno titano, 2 laipsnio gryno titano ir titano lydinio šildymo vamzdžių, skirtų fermentacijos pramonei, palyginimas

Pramoniniuose titano šildymo vamzdžiuose dažnai naudojamos trys pagrindinės medžiagos: 1 klasės grynas titanas, 2 klasės grynas titanas ir titano lydinys (Ti-6Al-4V). Dėl priemaišų kiekio, mechaninių savybių ir atsparumo korozijai skirtumų pastebimi dideli organinės rūgšties, kintamos rūgšties-bazės CIP ir chlorido turinčios fermentacijos terpės eksploatavimo trukmės skirtumai. Šiame darbe pateikiamos tikslinės medžiagų parinkimo rekomendacijos fermentacijos gamybos linijoms, lyginant žaliavų sudėtį, antikorozines savybes, mechanines charakteristikas, apdorojimo charakteristikas ir pirkimo kainą.

1. Pagrindinis cheminės sudėties indekso standartas
Pure Titanium Grade 1 (TA1)
Ti didesnis arba lygus 99,35 %, Fe mažesnis arba lygus 0,08 %, C mažesnis arba lygus 0,05 %, N mažesnis arba lygus 0,02 % ir H mažesnis arba lygus 0,015 %

Maisto ir (arba) farmacijos didelio{0}}grynumo standartinė medžiaga su minimalia metalo jonų nusodinimo rizika ir itin-maža geležies priemaiša.

2 laipsnio grynas titanas (TA2, pagrindinis fermentacijos modelis)
Ti didesnis arba lygus 99,2 %, Fe mažesnis arba lygus 0,15 %, C mažesnis arba lygus 0,08 %, N mažesnis arba lygus 0,03 % ir H mažesnis arba lygus 0,015 %

Geležies kiekis yra šiek tiek didesnis nei TA1, tačiau jis visiškai atitinka daugumą fermentacijos antikorozinių reikalavimų, todėl pasiekiama pusiausvyra tarp kainos ir našumo.

Titano lydinio Ti-6Al-4V
Ti matrica + 6 % aliuminio + 4 % vanadžio, geležies priemaišų riba 0,25 %

Lydinio elementai žymiai padidina gryno titano atsparumą tempimui, tačiau taip pat pažeidžia jo visišką cheminį inertiškumą.

2. Atsparumo korozijai palyginimas (fermentacijos aparato šerdies indeksas)
Gryno titano 1 klasės TA1
Mažiausias jonų nusodinimas organinėje rūgštinėje terpėje, neužterštas fermentacijos sultinys ir optimalus TiO₂ pasyviosios plėvelės kompaktiškumas.

Stiprus atsparumas per mažai{0}}indėlių atsiradimui; lėčiausias vienodas ėsdinimo greitis, kai ilgai-valoma silpna rūgštis / kintamoji rūgštis{2}}bazė.

Beicuojant neorganinėmis rūgštimis, vandenilio trapumo rizika yra minimali, nes vandenilio absorbcijos greitis yra mažiausias. Apribojimas: retai naudojamas bendriesiems fermentacijos projektams dėl itin didelių pagrindinių medžiagų kainos.

2 klasės TA2 grynas titanas
Fermentacijos terpėje be fluoro{0}} atsparumas korozijai yra išskirtinis ir panašus į TA1. Tačiau korozijos greitis tik šiek tiek greitesnis ilgalaikėmis-didelio druskingumo{3}}sąlygomis.

Pasyvios plėvelės savaiminio{0}}taisymosi galimybė atitinka kasdienę CIP rūgšties-bazinės cirkuliaciją, kai yra pakankamas ištirpusio deguonies kiekis.

Nėra ištirpimo rizikos, susijusios su aliuminio/vanadžio lydinio elementais; atitinka farmacijos GMP ir maisto saugos standartus. Privalumas: dažniausiai naudojama fermentacijos šildymo vamzdžių medžiaga dėl subalansuotų sąnaudų ir antikorozinių savybių.

Titano lydinio Ti-6Al-4V
Nepakankamas atsparumas nuplikimui, praskiestas šarmas ir organinė rūgštis: lydinyje esantis aliuminio elementas palaipsniui ištirps rūgštinėje terpėje, todėl ant vamzdžio sienelės susidarys vietinės duobės.

Pasyvioji plėvelė yra jautri plyšinei korozijai suvirinimo siūlėse chlorido jonų aplinkoje dėl savo laisvo ir nelygaus pobūdžio.

Fermentacijos produktai užteršti tirpstančiais aliuminio/vanadžio sunkiųjų metalų jonais, kurie pažeidžia maisto ir farmacijos higienos normas. Draudžiamas scenarijus: visi maisto, gėrimų ir farmacijos fermentacijos rezervuarai; leidžiami tik ne-koroziniai mechaniniai konstrukciniai elementai, o šildymo vamzdžiai niekada neturi liestis su terpe.

3. Apdorojimo pritaikomumas ir mechaninis veikimas
Atsparumas tempimui ir lankstumas
Ti-6Al-4V lydinys: pasižymi didžiausiu atsparumu tempimui, kietumu, gniuždymu ir atsparumu smūgiams; tačiau jį sunku sulenkti ir formuoti, be to, jis yra silpnas.

TA1 / TA2 grynas titanas yra medžiaga, kuri dėl puikaus lankstumo, mažo atsparumo tempimui ir gerų lenkimo bei apdirbimo savybių puikiai tinka -sudėtingam flanšinių šildymo vamzdžių suvirinimui.

Suvirinimo efektyvumas
TA1 ir TA2: nuoseklus atsparumas korozijai su vamzdžio korpusu, lygi suvirinimo pasyvioji plėvelė po rafinavimo, stabilus argono lankinis suvirinimas.

Ti-6Al-4V: suvirinimo zonos grūdeliai sutirštėja, todėl po suvirinimo atsiranda didelė vietinė korozijos tendencija. Suvirinimo šilumos paveikta zona tampa silpnąja korozijos vieta.

Šiluminio dviračio prisitaikymas
Grynas titanas (TA1/TA2) pasižymi mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, nedideliu terminiu įtempimu dažnų šildymo -išjungimo ciklų metu, o pasyviojo plėvelės mikroįtrūkimų susidarymo greitis yra žymiai mažesnis nei titano lydinio. Esant temperatūros svyravimams, lydinio vamzdžiai yra jautrūs pagreitėjusiam plėvelės lupimuisi.

4. Išlaidų skirtumai
TA1 1 klasės išgryninto titano žaliavos kaina yra maždaug 25–35 % didesnė nei TA2.

TA2 2 klasės grynas titanas yra pagrindinė masinės gamybos medžiaga, kurios kaina yra vidutinė.

Ti-6Al-4V lydinio žaliavos kaina yra panaši į TA2. Tačiau bendra gatavo gaminio kaina yra ne mažesnė nei TA2, o dėl didelių apdorojimo ir suvirinimo perdirbimo sąnaudų jos antikorozinė grąža yra mažesnė.

5. Rekomendacijos rūšiuotų medžiagų parinkimui fermentacijos projektams
1 scenarijus: griežtas sunkiųjų metalų apribojimas, didelės vertės biologinis sultinys ir aukšta-standartinė farmacinė sterili fermentacija
Pasirinkimas: 1 klasės TA1 gryno titano šildymo vamzdis Itin-ilgo tarnavimo laiko priežastis yra tai, kad nėra metalo jonų užteršimo, ypač-mažas geležies priemaišas ir dažnas gilus CIP valymas.

2 scenarijus: nepertraukiama gamyba 24 valandas, įprastas rūgštinis-bazinis CIP, įprasta maisto fermentacija ir organinių rūgščių gaminimas.
Pasirinkimas: 2 klasės TA2 gryno titano šildymo vamzdis (pramonės standarto rekomendacija) Pagrindinė priežastis: atitinka GMP, atsparumo korozijai visiškai pakanka poreikiui patenkinti, o pirkimo ir priežiūros išlaidos yra subalansuotos.

3 scenarijus: Koncentruotas šarminis procesas, terpė su fluoro pėdsakais, troškinimas
Pasirinkimas: nustokite naudoti visas titano medžiagas ir įdiekite šildymo vamzdelį, kuris yra visiškai padengtas PFA. Taip yra dėl to, kad tiek grynas titanas, tiek titano lydiniai patirs stiprų vienodo ėsdinimo gedimą.

4 scenarijus: bendra mechaninė konstrukcija be terpės kontakto
Draudžiama: bet koks kaitinimo vamzdelis, panardintas į fermentacijos sultinį, lydinio elementas ištirpsta, dėl to produktas pašalinamas. Pasirinkimas: Ti-6Al-4V titano lydinys.

6. Lyginamosios santraukos lentelė
Įvestis:

Įvertinimo matmenys 1 klasės TA1 gryno titano 2 klasės TA2 gryno titano Ti-6Al-4V titano lydinys
Atsparumas korozijai vidutinisPuikus, su minimalia trūkimo rizikaPuikus, tinka daugeliui fermentacijos procesų Aliuminis yra prastas metalas, kuris ištirpsta rūgštyje ir susidaro duobes.
Užteršimo rizika, susijusi su fermentacijos produktaisBeveik neegzistuoja Itin žemas, atitinka maisto ir farmacijos standartus. Didelis aliuminio/vanadžio jonų nusodinimo lygis
Šiluminis ciklas ir suvirinimo efektyvumas Pasyvi plėvelė, kuri yra vienalytė ir stabili Pagrindinė suvirinimo medžiaga, kuri yra stabili Suvirinimo grūdelių grubėjimas ir greitas plėvelės įtrūkimas
jautrumas vandenilio trapumui Mažas Vidutinis Didelis
Žaliavų kainaDidžiausia Vidutinė, ekonomiškai{0}}efektyvi. Netoli TA2 yra didelės išlaidos, susijusios su tolesniu- apdorojimu.
Tinkama fermentacijos talpykla Farmacinė fermentacija aukščiausiu sterilumo lygiu Draudžiami visi įprasti farmacijos ir maisto fermentacijos vidutinio{0}}kontaktinio šildymo prietaisai.
Sutrumpinta santrauka
Ti-6Al-4V titano lydinys yra mechaniškai tvirtas; tačiau jis netinkamas fermentacijos šildymo vamzdeliams dėl nepakankamo atsparumo rūgščiai korozijai ir sunkiųjų metalų užteršimo pavojaus. Universalus optimalus pasirinkimas daugeliui fermentacijos gamybos linijų yra 2 klasės TA2 grynas titanas, kuris siūlo subalansuotą našumo ir kainos derinį. 1 laipsnio TA1 grynas titanas naudojamas tik didelio grynumo steriliuose farmacijos procesuose, kuriems reikalinga griežta priemaišų kontrolė. Fluoro turinčiose terpėse jokia titano serijos medžiaga negali patikimai veikti; todėl turi būti naudojami PFA dengti šildymo vamzdžiai.