Kääritamistööstuse 1. klassi puhta titaani, 2. klassi puhta titaani ja titaanisulamist küttetorude põhjalik võrdlus

Tööstuslikes titaanist kuumutustorudes kasutatakse sageli kolme peamist materjali: 1. klassi puhas titaan, 2. klassi puhas titaan ja titaanisulam (Ti-6Al-4V). Orgaanilise happe, vahelduva happe-aluse CIP ja kloriidi sisaldava fermentatsioonikeskkonna puhul on täheldatud suuri erinevusi kasutusiga, mis on tingitud lisandisisalduse, mehaaniliste omaduste ja korrosioonikindluse erinevustest. See artikkel pakub sihipäraseid materjalivaliku soovitusi kääritamise tootmisliinide jaoks, võrreldes tooraine koostist, korrosioonivastast jõudlust, mehaanilist jõudlust, töötlemisomadusi ja hankekulusid.

1. Keemilise koostise põhiindeksi standard
Puhas titaan, klass 1 (TA1)
Ti suurem või võrdne 99,35%, Fe vähem või võrdne 0,08%, C väiksem või võrdne 0,05%, N väiksem või võrdne 0,02% ja H väiksem või võrdne 0,015%

Kõrge puhtusastmega-toiduaine/ravimite standardmaterjal, millel on minimaalne metalliioonide sadenemise oht ja ülimalt-väike rauasisaldus.

2. klassi puhas titaan (TA2, tavapärane fermentatsioonimudel)
Ti suurem või võrdne 99,2%, Fe vähem või võrdne 0,15%, C väiksem või võrdne 0,08%, N väiksem või võrdne 0,03% ja H väiksem või võrdne 0,015%

Sellel on pisut kõrgem rauasisaldus kui TA1-l, kuid see vastab täielikult enamikule kääritamise korrosioonivastastele-nõuetele, saavutades tasakaalu kulude ja jõudluse vahel.

Titaani sulam Ti-6Al-4V
Ti-maatriks + 6% alumiiniumi + 4% vanaadiumi, raua lisandipiiranguga 0,25%

Legeerelemendid suurendavad oluliselt puhta titaani tõmbetugevust, kuid kahjustavad ka selle täielikku keemilist inertsust.

2. Korrosioonikindluse võrdlus (kääritusseadme südamikuindeks)
Puhas titaan, 1. klass TA1
Väikseim ioonide sadestumine orgaanilises happekeskkonnas, fermentatsioonipuljongi saastumine puudub ja optimaalne TiO₂ passiivse kile tihedus.

Tugev vastupidavus deposiit{0}}alajäämisele; aeglaseim ühtlane söövituskiirus pikaajalisel -nõrga happe/vahelduva happe-aluse puhastamisel.

Vesiniku murenemise oht on anorgaanilise happega peitsimisel minimaalne, kuna vesiniku neeldumiskiirus on madalaim. Piirang: kasutatakse harva üldiste kääritamisprojektide jaoks põhimaterjalide ülikõrge hinna tõttu.

2. klassi TA2 puhas titaan
Fluoriidivabas{0}}käärituskeskkonnas on korrosioonikindlus erakordne ja võrreldav TA1 omaga. Siiski on korrosioonikiirus pikaajalistes kõrge-soolsusega tingimustes vaid veidi kiirem.

Passiivse kile iseparandusvõime{0}} on kooskõlas igapäevase CIP happe-aluse tsirkulatsiooniga, kui on olemas piisav kogus lahustunud hapnikku.

Alumiiniumi/vanaadiumisulami elementidega seotud lahustumisriski puudumine; vastab farmaatsia GMP ja toiduohutuse standarditele. Eelis: kõige sagedamini kasutatav materjal kääritamise küttetorude jaoks, kuna see on tasakaalustatud kulu ja -korrosioonivastane võime.

Titaani sulam Ti-6Al-4V
Ebapiisav vastupidavus kõrvetavale lahjendatud leelisele ja orgaanilisele happele: sulamis sisalduv alumiiniumelement lahustub järk-järgult happelises keskkonnas, mille tulemuseks on lokaalsete aukude moodustumine toru seinale.

Passiivkile on oma lõdva ja ebaühtlase olemuse tõttu vastuvõtlik pragukorrosioonile keevisõmblustes kloriidioonikeskkonnas.

Käärimissaadused on saastunud alumiiniumi/vanaadiumi raskmetalliioonide lahustamisega, mis rikuvad toidu- ja farmaatsiahügieenistandardeid. Keelatud stsenaarium: kõik toiduainete, jookide ja ravimite kääritamismahutid; lubatud on ainult mitte-söövitavad mehaanilised konstruktsioonielemendid ja küttetorud ei tohi kunagi keskkonnaga kokku puutuda.

3. Töötlemise kohanemisvõime ja mehaaniline jõudlus
Tõmbetugevus ja elastsus
Ti-6Al-4V sulam: sellel on kõrgeim tõmbetugevus, kõvadus, surve- ja löögikindlus; aga seda on raske painutada ja vormida ning sellel on nõrk elastsus.

TA1 / TA2 puhas titaan on materjal, mis sobib hästi-keeruliste äärikutega küttetorude integreeritud keevitamiseks tänu oma suurepärasele plastilisusele, madalale tõmbetugevusele ning heale painutus- ja töötlemisvõimele.

Keevitamise efektiivsus
TA1 & TA2: ühtlane korrosioonikindlus toru korpusega, sile keevisõmblus pärast rafineerimist, stabiilne argooni kaarkeevitus.

Ti-6Al-4V: keevisõmbluse tera jämeneb, mille tulemuseks on pärast keevitamist märkimisväärne kalduvus lokaalsele korrosioonile. Keevisõmbluse kuumusest mõjutatud tsoon muutub korrosiooni nõrgaks kohaks.

Soojusrattasõidu kohanemisvõime
Puhtal titaanil (TA1/TA2) on madal soojuspaisumise koefitsient, väike termiline pinge sagedaste kuumutamis-seiskamistsüklite ajal ja passiivse kile mikropragude tekkimise kiirus, mis on oluliselt väiksem kui titaanisulamil. Temperatuurikõikumiste korral on sulamist torud vastuvõtlikud kile kiirendatud koorumisele.

4. Kulude erinevus
TA1 klassi 1 puhastatud titaanist tooraine hind on ligikaudu 25% kuni 35% kõrgem kui TA2 oma.

TA2 2. klassi puhas titaan on tavapärane masstootmise materjal, mille hind on mõõdukas.

Ti-6Al-4V sulami tooraine hind on võrreldav TA2 omaga. Valmistoote üldine hind ei ole siiski madalam kui TA2 ja kõrgete töötlemis- ja keevitustööde kulude tõttu on selle korrosioonivastane tootlus madalam.

5. Juhend kääritamisprojektide jaoks sorteeritud materjalide valimiseks
1. stsenaarium: range raskmetallide piirmäär, kõrge-väärtuslik bioloogiline puljong ja kõrge-standardne farmatseutiline steriilne kääritamine
Valik: 1. klassi TA1 puhtast titaanist kuumutustoru Üli-pika kasutusea põhjuseks on metalliioonide saaste puudumine, ülimalt-vähe rauasisaldus ja sagedane sügav CIP-puhastus.

2. stsenaarium: pidev tootmine 24 tundi, tavaline happe-aluseline CIP, tavaline toidu kääritamine ja orgaanilise happega pruulimine.
Valik: 2. klassi TA2 puhtast titaanist küttetoru (tööstusstandardi soovitus) Peamine põhjus: GMP-ga ühilduv, korrosioonikindlus on täielikult piisav nõudluse rahuldamiseks ning hanke- ja hoolduskulud on tasakaalus.

3. stsenaarium: kontsentreeritud leeliseline protsess, fluoriidijälgedega sööde, keetmine
Valik: lõpetage kõigi titaanmaterjalide kasutamine ja rakendage kuumutustoru, mis on täielikult kaetud PFA-ga. Selle põhjuseks on see, et nii puhtal titaanil kui ka titaanisulamitel esineb tõsine ühtlane söövitustõrge.

4. stsenaarium: üldine mehaaniline struktuur ilma keskmise kokkupuuteta
Keelatud: kõik käärituspuljongisse sukeldatud kuumutustorud, sulamielementide lahustumine toob kaasa toote vanarauamise. Valik: Ti-6Al-4V titaanisulam.

6. Võrdleva kokkuvõtte tabel
Sisend:

Hindamismõõde 1. klass TA1 puhas titaan, 2. klass TA2 puhas titaan Ti-6Al-4V titaanisulam
Mõõdukas korrosioonikindlus Suurepärane, minimaalse murdumisohuga Suurepärane, sobib enamiku käärimisprotsesside jaoks Alumiinium on halb metall, mis lahustub happes, tekitades süvendeid.
Fermentatsioonitoodetega seotud saastumise oht Peaaegu olematu Äärmiselt madal, vastab toidu- ja farmaatsiastandarditeleAlumiiniumi/vanaadiumiioonide kõrge sadenemise tase
Termiline tsüklilisus ja keevisõmbluse jõudlus Passiivne kile, mis on homogeenne ja stabiilne Peamine keevitusmaterjal, mis on stabiilne Keevitustera jämestumine ja kiire kile pragunemine
vastuvõtlikkus vesiniku rabedusele Madal Keskmine Kõrge
Toormaterjalide maksumus Kõrgeim Mõõdukas, kulu{0}}efektiivne TA2 vahetus läheduses on järeltöötlusega seotud märkimisväärne-kulu.
Sobiv käärituspaakFarmatseutiline kääritamine kõrgeimal steriilsustasemel Kõik tavapärased farmaatsia- ja toidukäärimisseadmed, mis on keskmise kontaktiga{0}}, on keelatud.
Lühendatud kokkuvõte
Ti-6Al-4V titaanisulam on mehaaniliselt vastupidav; see aga ei sobi kääritusküttetorudesse oma ebapiisava happekorrosioonikindluse ja raskmetallide saastumise ohu tõttu. Universaalne optimaalne valik enamiku fermentatsiooni tootmisliinide jaoks on 2. klassi TA2 puhas titaan, mis pakub jõudluse ja kulude tasakaalustatud kombinatsiooni. 1. klassi TA1 puhast titaani kasutatakse eranditult kõrge puhtusastmega steriilsetes farmaatsiaprotsessides, mis nõuavad ranget lisandite kontrolli. Fluoriidi sisaldavas keskkonnas ei tööta ükski titaaniseeria materjal usaldusväärselt; seetõttu tuleb kasutada PFA-ga kaetud küttetorusid.