Komplexní srovnání topných trubek z čistého titanu 1. stupně, čistého titanu 2. stupně a slitin titanu pro fermentační průmysl

V průmyslových titanových topných trubkách se často používají tři základní materiály: čistý titan 1. třídy, čistý titan 2. třídy a slitina titanu (Ti-6Al-4V). Velké rozdíly v životnosti jsou pozorovány u organických kyselin, alternujících acid-zásaditých CIP a fermentačních médií obsahujících chloridy kvůli kolísání obsahu nečistot, mechanických vlastností a odolnosti proti korozi. Tento dokument poskytuje doporučení pro cílený výběr materiálu pro fermentační výrobní linky porovnáním složení surovin, antikorozního výkonu, mechanického výkonu, zpracovatelských charakteristik a pořizovacích nákladů.

1. Standard indexu jádra pro chemické složení
Čistý titan Grade 1 (TA1)
Ti větší nebo rovno 99,35 %, Fe menší nebo rovno 0,08 %, C menší nebo rovno 0,05 %, N menší nebo rovno 0,02 % a H menší nebo rovno 0,015 %

Potravinářský/farmaceutický vysoce-standardní materiál s minimálním rizikem vysrážení kovových iontů a extrémně-nízkým obsahem železa.

Čistý titan 2. třídy (TA2, hlavní fermentační model)
Ti větší nebo rovno 99,2 %, Fe menší nebo rovno 0,15 %, C menší nebo rovno 0,08 %, N menší nebo rovno 0,03 % a H menší nebo rovno 0,015 %

Má o něco vyšší obsah železa než TA1, ale zcela vyhovuje většině požadavků na fermentaci proti korozi- a dosahuje rovnováhy mezi cenou a výkonem.

Titanová slitina Ti-6Al-4V
Matrice Ti + 6 % hliníku + 4 % vanadu, s limitem nečistot železa 0,25 %

Slitinové prvky výrazně zvyšují pevnost v tahu čistého titanu, ale také snižují jeho úplnou chemickou inertnost.

2. Porovnání korozní odolnosti (index jádra pro fermentační zařízení)
Čistý titan Grade 1 TA1
Nejnižší precipitace iontů v organickém kyselém médiu, žádná kontaminace fermentační půdy a optimální kompaktnost pasivního filmu TiO₂.

Silná odolnost vůči nedostatečným-základním důlkům; nejnižší rovnoměrná rychlost leptání při dlouhodobém-čištění slabou kyselinou/střídavou kyselinou-bází.

Riziko vodíkové křehkosti je minimální během moření anorganickými kyselinami, protože rychlost absorpce vodíku je nejnižší. Omezení: Zřídka se používá pro obecné fermentační projekty kvůli extrémně vysokým nákladům na základní materiály.

Čistý titan TA2 třídy 2
Ve fermentačním médiu-bez fluoridu je odolnost proti korozi výjimečná a srovnatelná s odolností TA1. Rychlost koroze je však jen nepatrně rychlejší za podmínek dlouhodobě -vysoké-slanosti.

Schopnost samoopravy pasivního filmu-je v souladu s denní cirkulací kyseliny-zásadité CIP, když je k dispozici dostatečné množství rozpuštěného kyslíku.

Žádné riziko rozpouštění spojené s prvky slitiny hliníku/vanadu; splňuje farmaceutické GMP a normy bezpečnosti potravin. Výhoda: Nejčastěji používaný materiál pro fermentační ohřívací trubky díky vyvážené ceně a antikorozním-schopnostem.

Titanová slitina Ti-6Al-4V
Nedostatečná odolnost proti opaření zředěnou alkálií a organickou kyselinou: Hliníkový prvek ve slitině se v kyselém prostředí postupně rozpouští, což má za následek tvorbu místních důlků na stěně trubky.

Pasivní fólie je náchylná ke štěrbinové korozi u svarů v prostředí chloridových iontů kvůli své volné a nerovné povaze.

Fermentační produkty jsou kontaminovány rozpouštěním iontů těžkých kovů hliníku/vanadu, které porušují potravinářské a farmaceutické hygienické normy. Zakázaný scénář: Všechny fermentační nádrže na potraviny, nápoje a farmaceutické přípravky; jsou povoleny pouze-nekorozivní mechanické konstrukční prvky a topné trubky nesmí nikdy přijít do kontaktu s médiem.

3. Adaptabilita zpracování a mechanická výkonnost
Pevnost v tahu a tažnost
Slitina Ti-6Al-4V: Vykazuje nejvyšší pevnost v tahu, tvrdost, kompresi a odolnost proti nárazu; je však obtížné ohýbat a tvarovat a má slabou tažnost.

Čistý titan TA1 / TA2 je materiál,-který se dobře hodí pro komplexní integrální svařování přírubových topných trubek díky své vynikající tažnosti, nízké pevnosti v tahu a dobrému výkonu při ohýbání a zpracování.

Účinnost svařování
TA1 & TA2: Konzistentní odolnost proti korozi s tělem trubky, hladký svarový pasivní film po rafinaci, stabilní svařování argonem.

Ti-6Al-4V: Zrno svarové zóny hrubne, což má za následek značnou tendenci k lokální korozi po svařování. Zóna ovlivněná teplem svaru se stává korozním slabým místem.

Adaptabilita tepelného cyklování
Čistý titan (TA1/TA2) vykazuje nízký koeficient tepelné roztažnosti, malé tepelné namáhání během častých cyklů vypínání-zahřívání a rychlost vytváření mikrotrhlin pasivního filmu, která je výrazně nižší než u slitiny titanu. Při kolísání teploty jsou slitinové trubky náchylné k urychlenému odlupování fólie.

4. Rozdíl v nákladech
Cena purifikované titanové suroviny v TA1 Grade 1 je přibližně o 25 % až 35 % vyšší než u TA2.

Čistý titan TA2 třídy 2 je běžným materiálem pro hromadnou výrobu, který je cenově dostupný.

Cena suroviny slitiny Ti-6Al-4V je srovnatelná s cenou TA2. Celková cena hotového výrobku však není nižší než TA2 a má nízkou antikorozní návratnost díky vysokým nákladům na zpracování a přepracování při svařování.

5. Pokyny pro výběr tříděných materiálů pro projekty fermentace
Scénář 1: Přísný limit těžkých kovů, vysoce-hodnotný biologický bujón a vysoce-standardní farmaceutická sterilní fermentace
Výběr: Topná trubice z čistého titanu TA1 třídy 1 Důvodem mimořádně-dlouhé životnosti je absence kontaminace kovovými ionty, extrémně-nízké množství nečistot železa a časté hloubkové čištění CIP.

Scénář 2: Nepřetržitá produkce po dobu 24 hodin, běžná acido{2}}zásaditá CIP, konvenční fermentace potravin a vaření organických kyselin.
Výběr: Topná trubka z čistého titanu TA2 třídy 2 (doporučení průmyslové normy) Hlavní důvod: Vyhovuje GMP, odolnost proti korozi plně postačuje k uspokojení poptávky a náklady na pořízení a údržbu jsou vyvážené.

Scénář 3: Koncentrovaný alkalický proces, médium se stopovým množstvím fluoridu, vaření
Výběr: Přestaňte používat všechny titanové materiály a implementujte topnou trubici, která je celá potažena PFA. Důvodem je to, že jak čistý titan, tak titanové slitiny budou mít vážné stejnoměrné selhání leptání.

Scénář 4: Obecná mechanická struktura bez kontaktu média
Zakázáno: Jakákoli ohřívací trubice ponořená do fermentačního bujónu, rozpuštění slitinového prvku vede k sešrotování produktu. Výběr: Ti-6Al-4V titanová slitina.

6. Tabulka srovnávacího shrnutí
Vstup:

Hodnocení Rozměr Třída 1 TA1 Čistý titan Třída 2 TA2 Čistý titan Ti-6Al-4V Slitina titanu
Střední odolnost proti koroziVynikající, s minimálním rizikem lámáníVynikající, vhodný pro většinu fermentačních procesůHliník je špatný kov, který se rozpouští v kyselině a vytváří důlky.
Riziko kontaminace spojené s fermentačními produkty Téměř neexistující Extrémně nízké, splňuje potravinářské a farmaceutické normy Vysoká úroveň srážení iontů hliníku/vanadu
Tepelné cyklování a výkon svaru Pasivní film, který je homogenní a stabilní Materiál hlavního proudu, který je stabilní Hrubování zrna svaru a rychlé praskání filmu
náchylnost k vodíkové křehkosti Nízká Střední Vysoká
Náklady na suroviny Nejvyšší Střední, nákladově-efektivníV těsné blízkosti TA2 jsou s následným-zpracováním spojeny značné náklady.
Fermentační nádrž, která je vhodnáFarmaceutická fermentace na nejvyšší úrovni sterilityVšechna konvenční farmaceutická a potravinářská fermentaceStřední-kontaktní topná zařízení jsou zakázána.
Zkrácené shrnutí
Titanová slitina Ti-6Al-4V je mechanicky odolná; je však nevhodný pro fermentační ohřívací trubky z důvodu nedostatečné odolnosti vůči kyselé korozi a nebezpečí kontaminace těžkými kovy. Univerzální optimální volbou pro většinu fermentačních výrobních linek je čistý titan Grade 2 TA2, který nabízí vyváženou kombinaci výkonu a ceny. Čistý titan TA1 1. třídy se používá výhradně ve vysoce čistých sterilních farmaceutických procesech, které vyžadují přísnou kontrolu nečistot. V médiích obsahujících fluorid není žádný materiál titanové řady schopen spolehlivě fungovat; proto musí být použity topné trubky potažené PFA.