Sveobuhvatno poređenje cijevi za grijanje čistog titanijuma 1. razreda, čistog titanijuma 2. razreda i grejnih cevi od legure titana za fermentacionu industriju

Tri primarna materijala se često koriste u industrijskim titanijumskim grijaćim cijevima: čistog titanijuma 1. razreda, čistog titanijuma 2. razreda i legura titana (Ti-6Al-4V). Uočene su velike razlike u vijeku trajanja kod organske kiseline, CIP naizmjenične kiselinske-baze i medija za fermentaciju koji sadrže hlorid zbog varijacija u sadržaju nečistoća, mehaničkim svojstvima i otpornosti na koroziju. Ovaj rad daje ciljane preporuke za odabir materijala za proizvodne linije za fermentaciju upoređujući sastav sirovog materijala, antikorozivne performanse, mehaničke performanse, karakteristike obrade i troškove nabavke.

1. Standard indeksa jezgra za hemijski sastav
Pure Titanium Grade 1 (TA1)
Ti veći ili jednak 99,35%, Fe manji ili jednak 0,08%, C manji ili jednak 0,05%, N manji ili jednak 0,02% i H manji ili jednak 0,015%

Prehrambeni/farmaceutski visoko{0}}standardni materijal visoke čistoće sa minimalnim rizikom od taloženja jona metala i ultra-niskim sadržajem gvožđa.

Čisti titanijum stepena 2 (TA2, model glavne fermentacije)
Ti veći ili jednak 99,2%, Fe manji ili jednak 0,15%, C manji ili jednak 0,08%, N manji ili jednak 0,03% i H manji ili jednak 0,015%

Ima nešto veći sadržaj gvožđa od TA1, ali u potpunosti zadovoljava većinu fermentacijskih zahtjeva protiv korozije, postižući ravnotežu između cijene i performansi.

Titanijumska legura Ti-6Al-4V
Ti matrica + 6% aluminijum + 4% vanadij, sa granicom nečistoće gvožđa od 0,25%

Elementi legure značajno povećavaju vlačnu čvrstoću čistog titanijuma, ali takođe ugrožavaju njegovu potpunu hemijsku inertnost.

2. Poređenje otpornosti na koroziju (indeks jezgre za aparate za fermentaciju)
Čisti titanijum Grade 1 TA1
Najmanje taloženje jona u mediju organske kiseline, bez kontaminacije fermentacionog bujona i optimalna kompaktnost TiO₂ pasivnog filma.

Snažna otpornost na udubljenje ispod{0}}taloga; najsporija ujednačena brzina jetkanja kod dugotrajnog-čišćenja slabom kiselinom/naizmjeničnom kiselinom-bazom.

Rizik od vodonične krtosti je minimalan tokom kiseljenja neorganskom kiselinom, jer je stopa apsorpcije vodonika najniža. Ograničenje: Rijetko se koristi za opće projekte fermentacije zbog izuzetno visoke cijene osnovnih materijala.

Grade 2 TA2 čisti titanijum
U mediju za fermentaciju bez{0}}fluorida, otpornost na koroziju je izuzetna i uporediva sa otpornošću na TA1. Međutim, stopa korozije je samo neznatno brža pod dugoročnim-uslovima visokog-saliniteta.

Sposobnost samopopravke pasivnog filma je u skladu sa dnevnom cirkulacijom kiselinske{1}}bazne CIP baze kada postoji odgovarajuća količina otopljenog kisika.

Nema rizika od rastvaranja povezanih sa elementima legure aluminijuma/vanadijuma; zadovoljava farmaceutske GMP i standarde sigurnosti hrane. Prednost: Najčešće korišteni materijal za fermentacijske cijevi za grijanje, zbog svoje uravnotežene cijene i antikorozivnih sposobnosti.

Titanijumska legura Ti-6Al-4V
Neadekvatna otpornost na opekotine razrijeđene alkalije i organske kiseline: Aluminijski element u leguri će se postupno otopiti u kiselom mediju, što će rezultirati stvaranjem lokalnih udubljenja na zidu cijevi.

Pasivni film je podložan koroziji u pukotinama na zavarenim spojevima u okruženju hloridnih jona zbog svoje labave i neravne prirode.

Proizvodi fermentacije su kontaminirani otapanjem jona teških metala aluminija/vanadijuma, koji krše higijenske standarde hrane i farmaceutskih proizvoda. Zabranjeni scenario: Svi rezervoari za fermentaciju hrane, pića i farmaceutskih proizvoda; Dozvoljeni su samo ne-nekorozivni mehanički strukturni elementi, a cijevi za grijanje nikada ne smiju doći u kontakt sa medijumom.

3. Prilagodljivost obrade i mehaničke performanse
Vlačna čvrstoća i duktilnost
Ti-6Al-4V legura: Pokazuje najveću vlačnu čvrstoću, tvrdoću, kompresiju i otpornost na udar; međutim, teško se savijati i formirati, a ima i slabu duktilnost.

TA1 / TA2 čisti titanijum je materijal koji je -prikladan za složeno zavarivanje prirubničkih grijaćih cijevi zbog svoje odlične duktilnosti, niske vlačne čvrstoće i dobrih performansi savijanja i obrade.

Efikasnost zavarivanja
TA1 & TA2: Konzistentna otpornost na koroziju sa tijelom cijevi, glatkim zavarenim pasivnim filmom nakon rafiniranja, stabilnim argon-lučnim zavarivanjem.

Ti-6Al-4V: Zrno šava postaje grubo, što rezultira značajnom lokalnom sklonošću koroziji nakon zavarivanja. Toplotno pogođena zona vara postaje slaba tačka korozije.

Prilagodljivost termičkog ciklusa
Čisti titanijum (TA1/TA2) pokazuje nizak koeficijent termičke ekspanzije, malo toplotno naprezanje tokom čestih ciklusa isključivanja{2}}zagrevanja i brzinu stvaranja mikropukotina pasivnog filma koja je znatno niža od one kod legure titanijuma. Pod temperaturnim fluktuacijama, cijevi od legure su osjetljive na ubrzano ljuštenje filma.

4. Disparitet u troškovima
Cijena prečišćene sirovine titanijuma u TA1 Grade 1 je otprilike 25% do 35% viša od cijene TA2.

TA2 Grade 2 čisti titanijum je glavni materijal za masovnu proizvodnju koji ima umjerenu cijenu.

Cijena sirovine legure Ti-6Al-4V je uporediva sa TA2. Međutim, ukupna cijena gotovog proizvoda nije niža od TA2, a ima niži otpor protiv korozije zbog visokih troškova obrade i dorade zavarivanja.

5. Smjernice za odabir klasificiranih materijala za projekte fermentacije
Scenario 1: Strogo ograničenje teških metala, biološka juha visoke-vrijednosti i visoko{2}}standardna farmaceutska sterilna fermentacija
Izbor: cijev za grijanje od čistog titanijuma stepena 1 TA1 Razlog za ultra-dug vijek trajanja je odsustvo kontaminacije metalnim jonima, ultra-niska količina nečistoća gvožđa i često dubinsko CIP čišćenje.

Scenario 2: Kontinuirana proizvodnja tokom 24 sata, uobičajena kiselinska{2}}baza CIP, konvencionalna fermentacija hrane i pripremanje organske kiseline.
Izbor: cijev za grijanje od čistog titanijuma razreda 2 TA2 (preporuka industrijskih standarda) Glavni razlog: U skladu sa GMP, otpornost na koroziju je u potpunosti dovoljna da zadovolji potražnju, a troškovi nabavke i održavanja su uravnoteženi.

Scenario 3: Koncentrovani alkalni proces, medij sa tragovima fluorida, ključanje
Odabir: Prekinite upotrebu svih materijala od titana i postavite grijaću cijev koja je u potpunosti obložena PFA. Razlog za to je taj što će i čisti titan i legure titana doživjeti ozbiljno ravnomjerno nagrizanje.

Scenario 4: Opća mehanička struktura bez kontakta sa sredinom
Zabranjeno: Bilo koja cijev za grijanje uronjena u fermentacijsku juhu, otapanje elementa legure dovodi do otpadanja proizvoda. Izbor: Ti-6Al-4V legura titana.

6. Tabela uporednog sažetka
Unos:

Procjena Dimenzija Grade 1 TA1 Čisti Titan, Grade 2 TA2 Čisti Titan Ti-6Al-4V Titanijum Legura
Umjerena otpornost na koroziju Odlična, sa minimalnim rizikom od loma. Odlična, pogodna za većinu procesa fermentacije Aluminij je loš metal koji se rastvara u kiselini i stvara rupice.
Rizik od kontaminacije povezan sa proizvodima fermentacije Gotovo nepostojeći Izuzetno nizak, zadovoljava prehrambene i farmaceutske standarde Visok nivo taloženja jona aluminijuma/vanadijuma
Termički ciklus i performanse zavarivanja Pasivni film koji je homogen i stabilan Glavni materijal za zavarivanje koji je stabilan Grubljenje zrna zavarivanja i brzo pucanje filma
osjetljivost na vodoničnu krtost Niska Srednja Visoka
Cijena sirovina Najviša Umjerena, isplativa-U neposrednoj blizini TA2, postoji značajan trošak povezan s naknadnom-obradom.
Prikladan rezervoar za fermentaciju Farmaceutska fermentacija na najvišem nivou sterilnosti Svi konvencionalni farmaceutski i prehrambeni uređaji za grijanje sa srednjim-kontaktom su zabranjeni.
Sažeti sažetak
Ti-6Al-4V legura titanijuma je mehanički robusna; međutim, nije pogodan za fermentacijske cijevi za grijanje zbog svoje neadekvatne otpornosti na kiselu koroziju i rizika od kontaminacije teškim metalima. Univerzalni optimalni izbor za većinu proizvodnih linija za fermentaciju je čisti titanijum 2 razreda TA2, koji nudi uravnoteženu kombinaciju performansi i cene. Čisti titanijum stepena 1 TA1 se isključivo koristi u sterilnim farmaceutskim procesima visoke -čistoće koji zahtevaju strogu kontrolu nečistoća. U medijima koji sadrže fluor, nijedan materijal serije titanijuma nije sposoban da funkcioniše pouzdano; stoga se moraju koristiti cijevi za grijanje obložene PFA.