Изчерпателно сравнение на отоплителни тръби от чист титан клас 1, чист титан клас 2 и нагревателни тръби от титаниеви сплави за ферментационната индустрия

Три основни материала често се използват в промишлени титаниеви нагревателни тръби: чист титан от клас 1, чист титан от клас 2 и титанова сплав (Ti-6Al-4V). Големи различия в експлоатационния живот се наблюдават при органична киселина, алтернативна киселинна -база CIP и съдържаща хлорид ферментационна среда поради вариации в съдържанието на примеси, механични свойства и устойчивост на корозия. Този документ предоставя целеви препоръки за избор на материали за производствени линии за ферментация чрез сравняване на състава на суровините, антикорозионните характеристики, механичните характеристики, характеристиките на обработка и разходите за доставка.

1. Основен индексен стандарт за химичен състав
Чист титан клас 1 (TA1)
Ti По-голямо или равно на 99,35%, Fe По-малко или равно на 0,08%, C По-малко или равно на 0,05%, N По-малко или равно на 0,02% и H По-малко или равно на 0,015%

Хранителен/фармацевтичен стандартен материал с висока-чистота с минимален риск от утаяване на метални йони и ултра{1}}ниско съдържание на желязо.

Клас 2 чист титан (TA2, основен ферментационен модел)
Ti По-голямо или равно на 99,2%, Fe По-малко или равно на 0,15%, C По-малко или равно на 0,08%, N По-малко или равно на 0,03% и H По-малко или равно на 0,015%

Има малко по-високо съдържание на желязо от TA1, но напълно удовлетворява по-голямата част от ферментационните изисквания за-корозия, като постига баланс между цена и производителност.

Титаниева сплав Ti-6Al-4V
Ti матрица + 6% алуминий + 4% ванадий, с граница на примесите на желязо от 0,25%

Елементите от сплав значително повишават якостта на опън на чистия титан, но също така компрометират пълната му химическа инертност.

2. Сравнение на устойчивостта на корозия (основен индекс за апарат за ферментация)
Чист титан клас 1 TA1
Най-ниско йонно утаяване в органична киселинна среда, без замърсяване на ферментационния бульон и оптимална компактност на пасивния TiO₂ филм.

Силна устойчивост на под-отлагане на питинг; най-бавната равномерна скорост на ецване при дълго-променливо почистване със слаба киселина/-киселинна основа.

Рискът от водородна крехкост е минимален по време на ецване с неорганична киселина, тъй като степента на абсорбция на водород е най-ниска. Ограничение: Рядко се използва за общи проекти за ферментация поради изключително високата цена на основните материали.

Клас 2 TA2 чист титан
В-ферментационна среда без флуор, устойчивостта на корозия е изключителна и сравнима с тази на TA1. Скоростта на корозия обаче е само незначително по-бърза при дългосрочни-условия на висока-соленост.

Способността за само-възстановяване на пасивния филм е в съответствие с ежедневната CIP киселинно{1}}базова циркулация, когато има достатъчно количество разтворен кислород.

Без риск от разтваряне, свързан с елементи от алуминиева/ванадиева сплав; отговаря на фармацевтичните GMP и стандартите за безопасност на храните. Предимство: Най-често използваният материал за ферментационни нагревателни тръби, поради балансираната цена и анти{1}}корозионните си способности.

Титаниева сплав Ti-6Al-4V
Неадекватна устойчивост на изгаряне, разредена основа и органична киселина: Алуминиевият елемент в сплавта постепенно ще се разтвори в кисела среда, което ще доведе до образуването на локални ями по стената на тръбата.

Пасивното фолио е податливо на корозия на пукнатини при заварки в среда на хлоридни йони поради своята рохкава и неравномерна природа.

Ферментационните продукти са замърсени чрез разтваряне на алуминиеви/ванадиеви йони на тежки метали, които нарушават стандартите за хранителна и фармацевтична хигиена. Забранен сценарий: Всички храни, напитки и фармацевтични резервоари за ферментация; разрешени са само не-корозивни механични структурни елементи и нагревателните тръби никога не трябва да влизат в контакт със средата.

3. Адаптивност на обработката и механични характеристики
Якост на опън и пластичност
Ti-6Al-4V сплав: показва най-висока якост на опън, твърдост, компресия и устойчивост на удар; обаче, трудно се огъва и оформя и има слаба пластичност.

Чистият титан TA1 / TA2 е материал, който е много -подходящ за интегрално заваряване на сложни фланцови нагревателни тръби поради отличната си пластичност, ниска якост на опън и добра производителност на огъване и обработка.

Ефективност на заваряване
TA1 & TA2: Постоянна устойчивост на корозия с тяло на тръбата, пасивен филм с гладко заваряване след рафиниране, стабилно заваряване с аргонова дъга.

Ti-6Al-4V: Зърното в заваръчната зона става грубо, което води до значителна локална склонност към корозия след заваряване. Зоната на заваръчния шев се превръща в корозионно слабо място.

Адаптивност при термичен цикъл
Чистият титан (TA1/TA2) показва нисък коефициент на термично разширение, малък термичен стрес по време на чести цикли на нагряване-изключване и скорост на образуване на микропукнатини в пасивен филм, която е значително по-ниска от тази на титановата сплав. При температурни колебания тръбите от сплав са податливи на ускорено отлепване на филма.

4. Несъответствие в разходите
Цената на пречистената титанова суровина в TA1 клас 1 е приблизително 25% до 35% по-висока от тази на TA2.

Чистият титан TA2 клас 2 е основен материал за масово производство, който е на умерена цена.

Цената на суровината на сплавта Ti-6Al-4V е сравнима с тази на TA2. Въпреки това, общата цена на готовия продукт не е по-ниска от TA2 и има по-ниска антикорозионна възвръщаемост поради високите разходи за обработка и преработка на заваряване.

5. Ръководство за избор на сортирани материали за проекти за ферментация
Сценарий 1: Строго ограничение за тежки метали, биологичен бульон с висока-стойност и високо-стандартна фармацевтична стерилна ферментация
Избор: Нагревателна тръба от чист титан клас 1 TA1. Причината за ултра-дългия експлоатационен живот е липсата на замърсяване с метални йони, ултра-ниското съдържание на желязо и честото дълбоко CIP почистване.

Сценарий 2: Непрекъснато производство в продължение на 24 часа, обикновена киселинна -основа CIP, конвенционална ферментация на храна и варене на органична киселина.
Избор: Нагревателна тръба от чист титан клас 2 TA2 (препоръка за индустриален стандарт) Основна причина: Съвместим с GMP, устойчивостта на корозия е напълно достатъчна, за да задоволи търсенето, а разходите за доставка и поддръжка са балансирани.

Сценарий 3: Концентриран алкален процес, среда със следи от флуорид, кипене
Избор: Прекратете използването на всички титанови материали и внедрете нагревателна тръба, която е изцяло покрита с PFA. Причината за това е, че както чистият титан, така и титановите сплави ще изпитат сериозен отказ при равномерно ецване.

Сценарий 4: Обща механична структура без среден контакт
Забранено: Всяка нагревателна тръба, потопена във ферментационен бульон, разтварянето на сплавен елемент води до бракуване на продукта. Избор: Ti-6Al-4V титанова сплав.

6. Таблица със сравнително обобщение
вход:

Размер на оценката Клас 1 TA1 Чист титан Клас 2 TA2 Чист титан Ti-6Al-4V Титанова сплав
Устойчивост на корозия, която е умерена Отлична, с минимален риск от счупване Отлична, подходяща за повечето процеси на ферментация Алуминият е лош метал, който се разтваря в киселина, за да създаде ями.
Риск от замърсяване, свързан с ферментационните продукти. Почти несъществуващ. Изключително нисък, отговаря на хранителните и фармацевтичните стандарти. Високо ниво на утаяване на алуминиеви/ванадиеви йони
Термичен цикъл и производителност на заваряване Пасивен филм, който е хомогенен и стабилен Основен заваръчен материал, който е стабилен Нагрубяване на зърната на заварката и бързо напукване на филма
чувствителност към водородна крехкост Ниска Средна Висока
Разходи за суровини Най-високи Умерени,-рентабилни В непосредствена близост до TA2 има значителни разходи, свързани с последващата-обработка.
Подходящ резервоар за ферментация Фармацевтична ферментация при най-високо ниво на стерилност Всички конвенционални устройства за средно{0}}контактно нагряване за фармацевтични и хранителни продукти са забранени.
Съкратено резюме
Титановата сплав Ti-6Al-4V е механично здрава; той обаче е неподходящ за ферментационни нагревателни тръби поради недостатъчната си устойчивост на киселинна корозия и риска от замърсяване с тежки метали. Универсалният оптимален избор за повечето производствени линии за ферментация е чистият титан Grade 2 TA2, който предлага балансирана комбинация от производителност и цена. Чистият титан клас 1 TA1 се използва изключително в стерилни фармацевтични процеси с висока-чистота, които изискват строг контрол на примесите. В среда, съдържаща флуорид, нито един материал от серията титан не може да функционира надеждно; следователно трябва да се използват нагревателни тръби с покритие от PFA.