Sveobuhvatna usporedba čistog titana 1. stupnja, čistog titana 2. stupnja i grijaćih cijevi od legure titana za industriju fermentacije

Tri primarna materijala često se koriste u industrijskim titanskim grijaćim cijevima: čisti titan 1. stupnja, čisti titan 2. stupnja i legura titana (Ti-6Al-4V). Velike razlike u radnom vijeku uočene su u organskoj kiselini, CIP-u s izmjeničnom kiselinskom -bazom i fermentacijskim medijima koji sadrže kloride zbog varijacija u sadržaju nečistoća, mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju. Ovaj rad daje ciljane preporuke za odabir materijala za proizvodne linije fermentacije uspoređujući sastav sirovina, učinak protiv korozije, mehaničku učinkovitost, karakteristike obrade i troškove nabave.

1. Temeljni indeksni standard za kemijski sastav
Čisti titan 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 standardni materijal visoke-čistoće s minimalnim rizikom od taloženja metalnih iona i ultra{1}}niskim sadržajem željeza.

Čisti titan stupnja 2 (TA2, glavni model 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 malo veći sadržaj željeza od TA1, ali u potpunosti zadovoljava većinu zahtjeva fermentacije protiv -korozije, postižući ravnotežu između cijene i učinka.

Legura titana Ti-6Al-4V
Ti matrica + 6% aluminij + 4% vanadij, s ograničenjem nečistoće željeza od 0,25%

Elementi legure značajno povećavaju vlačnu čvrstoću čistog titana, ali također ugrožavaju njegovu potpunu kemijsku inertnost.

2. Usporedba otpornosti na koroziju (indeks jezgre za aparat za fermentaciju)
Čisti titan Grade 1 TA1
Najmanje taloženje iona u organskom kiselom mediju, bez kontaminacije fermentacijske smjese i optimalna kompaktnost TiO₂ pasivnog filma.

Snažna otpornost na nedo{0}}naslage udubljenja; najsporija ujednačena brzina jetkanja pod dugotrajnim-čišćenjem slabom kiselinom/izmjenično kiselo-bazom.

Rizik od vodikove krtosti je minimalan tijekom luženja anorganskom kiselinom, jer je stopa apsorpcije vodika najniža. Ograničenje: Rijetko se koristi za opće projekte fermentacije zbog iznimno visoke cijene osnovnih materijala.

Grade 2 TA2 čisti titan
U mediju za fermentaciju-bez fluorida, otpornost na koroziju je izuzetna i usporediva s onom TA1. Međutim, stopa korozije samo je neznatno brža pod dugotrajnim-uvjetima visoke-slanosti.

Sposobnost samo-popravka pasivnog filma je u skladu s dnevnom CIP kiseli-baznom cirkulacijom kada postoji odgovarajuća količina otopljenog kisika.

Nema rizika otapanja povezanog s elementima od legure aluminija/vanadija; zadovoljava farmaceutske GMP i standarde sigurnosti hrane. Prednost: Najčešće korišten materijal za cijevi za grijanje fermentacije, zbog svoje uravnotežene cijene i anti{1}}korozijskih sposobnosti.

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

Pasivni film je osjetljiv na koroziju u pukotinama na zavarenim spojevima u okruženju kloridnih iona zbog svoje labave i neravnomjerne prirode.

Proizvodi fermentacije kontaminirani su otapanjem iona teških metala aluminija/vanadija, čime se krše standardi higijene hrane i lijekova. Zabranjeni scenarij: Sva hrana, piće i spremnici za fermentaciju lijekova; dopušteni su samo ne{1}}korozivni mehanički strukturni elementi, a cijevi za grijanje nikada ne smiju doći u dodir s medijem.

3. Prilagodljivost obrade i mehanička izvedba
Vlačna čvrstoća i duktilnost
Legura Ti-6Al-4V: Pokazuje najveću vlačnu čvrstoću, tvrdoću, otpornost na kompresiju i udarce; međutim, teško ga je savijati i oblikovati, i ima slabu duktilnost.

TA1 / TA2 čisti titan je materijal koji je dobro-prikladan za složeno integralno zavarivanje grijaćih cijevi s prirubnicom zbog svoje izvrsne duktilnosti, niske vlačne čvrstoće i dobrih performansi savijanja i obrade.

Učinkovitost zavarivanja
TA1 & TA2: Dosljedna otpornost na koroziju s tijelom cijevi, glatki zavareni pasivni film nakon pročišćavanja, stabilno zavarivanje argonom.

Ti-6Al-4V: Zrno u zoni zavara postaje grublje, što rezultira značajnom lokalnom sklonošću koroziji nakon zavarivanja. Zona zavara pod utjecajem topline postaje slaba točka korozije.

Prilagodljivost toplinskog ciklusa
Čisti titan (TA1/TA2) pokazuje nizak koeficijent toplinske ekspanzije, malo toplinsko naprezanje tijekom čestih ciklusa zagrijavanja-gašenja i brzinu stvaranja mikropukotina pasivnog filma koja je znatno niža od one kod legure titana. Pod temperaturnim fluktuacijama, cijevi od legure su osjetljive na ubrzano ljuštenje filma.

4. Razlika u cijeni
Cijena sirovine pročišćenog titana u TA1 Grade 1 je otprilike 25% do 35% viša od cijene TA2.

TA2 Grade 2 čisti titan je glavni materijal masovne proizvodnje koji ima umjerenu cijenu.

Cijena sirovine za leguru Ti-6Al-4V usporediva je s onom za TA2. Međutim, ukupna cijena gotovog proizvoda nije niža od TA2, a ima niži povrat od korozije zbog visokih troškova obrade i prerade zavarivanja.

5. Smjernice za odabir stupnjevanih materijala za projekte fermentacije
Scenarij 1: Strogo ograničenje teških metala, visoko-vrijedna biološka juha i visoko-standardna farmaceutska sterilna fermentacija
Odabir: cijev za grijanje od čistog titana razreda 1 TA1. Razlog ultra-dugog vijeka trajanja je odsutnost kontaminacije metalnim ionima, ultra-nizak sadržaj željeza i često duboko CIP čišćenje.

Scenarij 2: Kontinuirana proizvodnja tijekom 24 sata, redovita kiselinska-bazna CIP, konvencionalna fermentacija hrane i pripremanje piva s organskom kiselinom.
Odabir: cijev za grijanje od čistog titana razreda 2 TA2 (preporuka industrijskog standarda) Glavni razlog: Sukladno GMP-u, otpornost na koroziju u potpunosti je dovoljna da zadovolji potražnju, a troškovi nabave i održavanja su uravnoteženi.

Scenarij 3: Postupak koncentrirane lužine, medij s tragovima fluorida, kuhanje
Odabir: Prekinite upotrebu svih materijala od titana i implementirajte grijaću cijev koja je u potpunosti obložena PFA. Razlog za to je taj što će i čisti titan i legure titana doživjeti ozbiljne kvarove jednoličnog jetkanja.

Scenarij 4: Opća mehanička struktura bez srednjeg kontakta
Zabranjeno: Bilo kakva grijaća cijev uronjena u fermentacijsku juhu, otapanje elementa legure rezultira bacanjem proizvoda. Izbor: Ti-6Al-4V legura titana.

6. Tablica usporednog sažetka
Ulazni:

Dimenzija evaluacije, stupanj 1 TA1 čisti titan, stupanj 2 TA2 čisti titan Ti-6Al-4V legura titana
Otpornost na koroziju koja je umjerena Izvrsna, s minimalnim rizikom od loma Izvrsna, pogodna za većinu procesa fermentacije Aluminij je loš metal koji se otapa u kiselini i stvara jamice.
Rizik od kontaminacije povezan s proizvodima fermentacije Gotovo nepostojeći Izuzetno nizak, zadovoljava prehrambene i farmaceutske standarde Visoka razina taloženja iona aluminija/vanadija
Toplinski ciklusi i performanse zavara Pasivni film koji je homogen i stabilan Glavni materijal za zavarivanje koji je stabilan Ogrubljivanje zrna zavara i brzo pucanje filma
osjetljivost na vodikovu krtost Niska Srednja Visoka
Troškovi sirovina Najviši Umjereni,-cijenovno učinkovitiU neposrednoj blizini TA2, postoji značajan trošak povezan s naknadnom-obradom.
Prikladan spremnik za fermentaciju. Farmaceutska fermentacija na najvišoj razini sterilnosti. Zabranjeni su svi konvencionalni uređaji za grijanje u srednjem{0}}kontaktu za farmaceutske proizvode i fermentaciju hrane.
Sažeti sažetak
Ti-6Al-4V legura titana je mehanički robusna; međutim, nije prikladan za cijevi za grijanje fermentacije zbog svoje neadekvatne otpornosti na kiselu koroziju i rizika od kontaminacije teškim metalima. Univerzalni optimalni izbor za većinu proizvodnih linija za fermentaciju je čisti titan Grade 2 TA2, koji nudi uravnoteženu kombinaciju učinka i cijene. Čisti titan 1. stupnja TA1 koristi se isključivo u sterilnim farmaceutskim procesima visoke -čistoće koji zahtijevaju strogu kontrolu nečistoća. U medijima koji sadrže fluorid niti jedan materijal serije titana ne može pouzdano funkcionirati; stoga se moraju koristiti cijevi za grijanje obložene PFA.