Rūpnieciskajās titāna sildīšanas caurulēs parasti tiek izmantoti trīs pamatmateriāli: 1. pakāpes tīrs titāns, 2. pakāpes tīrs titāns un titāna sakausējums (Ti-6Al-4V). Atšķirīgs piemaisījumu saturs, mehāniskās īpašības un izturība pret koroziju rada lielas atšķirības ekspluatācijas laikā organiskās skābes, mainīgas skābes-bāzes CIP un hlorīdu saturošās fermentācijas vidēs. Šajā rakstā ir salīdzināts izejvielu sastāvs, pretkorozijas veiktspēja, mehāniskā veiktspēja, apstrādes raksturlielumi un iepirkuma izmaksas, kā arī sniegti mērķtiecīgi materiālu izvēles ieteikumi fermentācijas ražošanas līnijām.
1. Ķīmiskā sastāva pamatindeksa standarts
1. pakāpes tīrs titāns (TA1)
Ti lielāks vai vienāds ar 99,35%, Fe mazāks vai vienāds ar 0,08%, C mazāks vai vienāds ar 0,05%, N mazāks vai vienāds ar 0,02%, H mazāks vai vienāds ar 0,015%
Īpaši-zems dzelzs piemaisījums, minimāls metālu jonu nogulsnēšanās risks, pārtikas/farmaceitikas augstas-tīrības standarta materiāls.
2. pakāpes tīrs titāns (TA2, galvenais fermentācijas modelis)
Ti lielāks vai vienāds ar 99,2%, Fe mazāks vai vienāds ar 0,15%, C mazāks vai vienāds ar 0,08%, N mazāks vai vienāds ar 0,03%, H mazāks vai vienāds ar 0,015%
Nedaudz augstāks dzelzs saturs nekā TA1, pilnībā atbilst lielākajai daļai fermentācijas pretkorozijas prasību, veiktspējas un izmaksu līdzsvara.
Ti-6Al-4V titāna sakausējums
Ti matrica + 6% alumīnija + 4% vanādija, dzelzs piemaisījums atļauts līdz 0,25%
Sakausējuma elementi ievērojami uzlabo stiepes izturību, bet iznīcina tīra titāna pilnīgu ķīmisko inerci.
2. Korozijas izturības salīdzinājums (fermentācijas iekārtu pamatindekss)
1. pakāpes TA1 tīrs titāns
Optimāls TiO₂ pasīvās plēves kompaktums; mazākais jonu izgulsnēšanās organiskā skābā vidē, nulle fermentācijas buljona piesārņojums.
Lēnākais vienmērīgais kodināšanas ātrums, veicot ilgstošu -vāju skābju/mainīgu skābju-bāzes tīrīšanu; spēcīga pretestība nepietiekamam-noguldījumam.
Ūdeņraža absorbcijas ātrums neorganiskās skābes kodināšanas laikā ir zemākais, minimālais ūdeņraža trausluma risks. Ierobežojums: īpaši-augstas izejvielu izmaksas, reti tiek izmantotas vispārīgos fermentācijas projektos.
2. pakāpes TA2 tīrs titāns
Lieliska visaptveroša izturība pret koroziju, kas līdzvērtīga TA1 fermentācijas vidē, kas nesatur fluoru{1}}, tikai nedaudz ātrāks korozijas ātrums ilgstošas-augsta-sāļuma apstākļos.
Pasīvās plēves pašlabošanas spēja{0}} ir stabila pietiekamā daudzumā izšķīdušā skābekļa apstākļos, pilnībā saderīga ar ikdienas CIP skābes-bāzes cirkulāciju.
Nav alumīnija/vanādija sakausējuma elementu šķīšanas riska, atbilst pārtikas nekaitīguma un farmācijas LRP standartiem. Priekšrocība: līdzsvarotas izmaksas un pretkorozijas veiktspēja,{1}}visplašāk izmantotais materiāls fermentācijas sildīšanas caurulēm.
Ti-6Al-4V titāna sakausējums
Slikta izturība pret organisko skābi un karstu atšķaidītu sārmu: Alumīnija elements sakausējumā lēnām izšķīst skābā vidē, veidojot lokālas bedrītes uz caurules sieniņas.
Pasīvā plēve ir vaļīga un nevienmērīga; pakļauti plaisu korozijai metinātajās šuvēs hlorīda jonu vidē.
Izšķīdušie alumīnija/vanādija smago metālu joni piesārņo fermentācijas produktus, neatbilst pārtikas un farmācijas higiēnas standartiem. Aizliegts scenārijs: Visas pārtikas, dzērienu, farmaceitiskās fermentācijas tvertnes; atļauts tikai ne-korozīvām mehāniskām konstrukcijas daļām, nekad nedrīkst izmantot apkures caurulēm, kas saskaras ar vidi.
3. Mehāniskā veiktspēja un apstrādes spēja pielāgoties
Stiepes izturība un elastība
Ti-6Al-4V sakausējums: augstākā stiepes izturība, augsta cietība, spēcīga spiedes un triecienizturība; slikta lokanība, sarežģīta lieces veidošanās.
TA1 / TA2 tīrs titāns: zema stiepes izturība, lieliska elastība, laba lieces un apstrādes veiktspēja; piemērots kompleksu atloku apkures cauruļu integrālai metināšanai.
Metināšanas veiktspēja
TA1 un TA2: stabila argona loka metināšana, gluda metinājuma pasīvā plēve pēc pulēšanas, nemainīga izturība pret koroziju ar caurules korpusu.
Ti-6Al-4V: metināšanas zonas graudu rupjība, nopietna vietēja korozijas tendence pēc metināšanas; metinājuma karstuma ietekmētā zona kļūst par korozijas vājo punktu.
Termiskā riteņbraukšanas pielāgošanās spēja
Tīram titānam (TA1/TA2) ir zems termiskās izplešanās koeficients, neliels termiskais spriegums biežu karsēšanas -izslēgšanas ciklos, pasīvās plēves mikroplaisu veidošanās ātrums ir daudz zemāks nekā titāna sakausējumam. Sakausējuma caurule ir pakļauta paātrinātai plēves lobīšanai temperatūras maiņas laikā.
4. Izmaksu atšķirība
TA1 1. klases tīra titāna izejvielu cena: +25%~35% augstāka nekā TA2
TA2 2. pakāpes tīrs titāns: mērenas izmaksas, plaši izplatīts masveida ražošanas materiāls
Ti-6Al-4V sakausējuma izejvielu cena ir tuvu TA2, bet augstas apstrādes un metināšanas pārstrādes izmaksas, kopējā gatavā produkta cena nav zemāka par TA2, ar sliktu pretkorozijas atdevi.
5. Graded materiāla izvēles vadlīnijas fermentācijas projektiem
1. scenārijs: Augsta-standarta farmaceitiskā sterilā fermentācija, augstvērtīgs-bioloģiskais buljons, stingrs smago metālu ierobežojums
Atlase: 1. klases TA1 tīra titāna sildīšanas caurule Iemesls: īpaši-zems dzelzs piemaisījumu daudzums, nav metāla jonu piesārņojuma, īpaši -ilgs kalpošanas laiks biežas CIP tīrīšanas laikā.
2. scenārijs: parastā pārtikas fermentācija, organiskās skābes pagatavošana, nepārtraukta 24 stundu ražošana, parasta skābes-bāzes CIP
Atlase: 2. klases TA2 tīra titāna apkures caurule (nozares standarta ieteikums) Iemesls: Korozijas izturība pilnībā atbilst pieprasījumam, sabalansētas iepirkuma un uzturēšanas izmaksas, atbilst GMP.
3. scenārijs: barotne ar fluorīda pēdām, verdošs koncentrēts sārmu process
Izvēle: atteikties no visiem titāna materiāliem, izmantot pilnībā PFA pārklājumu sildīšanas cauruli Iemesls: gan tīram titānam, gan titāna sakausējumam būs nopietna viendabīga kodināšanas kļūme.
4. scenārijs: vispārēja mehāniskā struktūra bez saskares ar vidēju
Izvēle: Ti-6Al-4V titāna sakausējums Aizliegts: jebkura karsēšanas caurule, kas iegremdēta fermentācijas buljonā, sakausējuma elementa izšķīšana izraisa produkta sadalīšanu metāllūžņos.
6. Salīdzinošā kopsavilkuma tabula
表格
| Novērtēšanas dimensija | 1. pakāpes TA1 tīrs titāns | 2. pakāpes TA2 tīrs titāns | Ti-6Al-4V titāna sakausējums |
|---|---|---|---|
| Vidēja izturība pret koroziju | Lielisks, minimāls bedrīšu risks | Ļoti labs, piemērots lielākajai daļai fermentācijas | Slikts, alumīnijs izšķīst skābē, veidojot bedres |
| Fermentācijas produktu piesārņojuma risks | Gandrīz nulle | Īpaši zems, atbilst pārtikas/farmācijas standartiem | Augsta alumīnija/vanādija jonu izgulsnēšanās |
| Metināšanas un termiskā cikla veiktspēja | Stabila, viendabīga pasīvā plēve | Stabils, vispārpieņemts metināšanas materiāls | Metināšanas graudu rupināšana, ātra plēves plaisāšana |
| Jutība pret ūdeņraža trauslumu | Zems | Vidēja | Augsts |
| Izejvielu izmaksas | Augstākais | Mērens,{0}}ekonomisks | Tuvu TA2, augstas pēc{1}}apstrādes izmaksas |
| Piemērojama fermentācijas tvertne | Augstas kvalitātes-sterilā farmaceitiskā fermentācija | Visa tradicionālā pārtikas un farmācijas fermentācija | Nav atļauts vidēja{0}}kontakta apkures caurulēm |
Īss kopsavilkums
Ti-6Al-4V titāna sakausējums ir mehāniski izturīgs, taču nav piemērots fermentācijas sildīšanas caurulēm, jo ir slikta skābes korozijas izturība un smago metālu piesārņojuma risks. 2. pakāpes TA2 tīrs titāns ir universāla optimāla izvēle lielākajai daļai fermentācijas ražošanas līniju ar līdzsvarotu veiktspēju un izmaksām; 1. pakāpes TA1 tīrs titāns ir izvēlēts tikai augstas tīrības pakāpes steriliem farmaceitiskajiem procesiem ar stingru piemaisījumu kontroli. Neviens titāna sērijas materiāls nevar stabili darboties fluoru saturošā vidē, kur tā vietā jāizmanto sildīšanas caurules ar PFA pārklājumu.
