W reaktorze farmaceutycznym z naprzemiennymi cyklami czyszczenia (CIP z zasadą, a następnie kwasem), który gatunek tytanu wykazuje najniższą gęstość wżerów po 1000 cyklach?

Reaktory farmaceutyczne należy czyścić pomiędzy partiami. Zwykłe cykle czyszczenia-na miejscu- (CIP) obejmują na przemian gorącą substancję żrącą (2 do 4% NaOH w temperaturze 70–80 stopni) w celu usunięcia pozostałości organicznych i kwas (2–5% kwas azotowy lub fosforowy w temperaturze 60–70 stopni) w celu zneutralizowania i pasywacji powierzchni. W tych reaktorach tytanowe grzałki zanurzeniowe napotykają unikalny problem korozji w każdym cyklu CIP. Etap żrący zwiększa wchłanianie wodoru i szorstkość powierzchni. Etap kwasowy repasywuje powierzchnię, ale może również uszkodzić słabsze granice ziaren. Skumulowane uszkodzenia po 1000+ cyklach-typowych dla reaktora pracującego przy codziennym czyszczeniu przez trzy lata-objawiają się w postaci wżerów, ataków szczelinowych lub wytwarzania wodorków. Różne gatunki tytanu wykazują duże różnice w tolerancji na cykliczną ekspozycję na-kwas alkaliczny.

Uszkodzenia skumulowane w mechanizmach cyklicznej obsługi CIP

W procesie kaustycznym tytanowa warstwa pasywna jest rozpuszczana w roztworze wodorotlenku sodu w podwyższonej temperaturze. Nieosłonięta powierzchnia tytanu reaguje z wodą, tworząc wodorek tytanu (TiH$_2$) na granicy faz-tlenku metalu. Podwyższone pH sprzyja reakcji wydzielania się wodoru nawet bez ochrony katodowej. Powoduje to absorpcję wodoru. Powierzchnia jest szorstka i uboga w tlen. W kolejnym procesie kwasowym kwas azotowy lub fosforowy eliminuje warstwę wodorkową i próbuje ponownie pasywować powierzchnię. Jednakże całkowita repasywacja wymaga czystej, wolnej od wodoru powierzchni. Pozostały wodorek podpowierzchniowy działa jak lokalna katoda i ułatwia dalsze wżery w następnym cyklu. Dzieje się to w ciągu kilku cykli i tworzy się podpowierzchniowa strefa uszkodzenia, która stopniowo wrasta w ściankę rury.

Porównanie ilościowe gatunków tytanu po 1000 cyklach CIP

Przyspieszone testy laboratoryjne powtarzające 1000 cykli CIP (30 minut ługu w 75 stopniach, 30 minut płukania, 30 minut kwasu w 65 stopniach, 30 minut płukania) ustaliły następujące dane dotyczące gęstości wżerów dla każdego gatunku tytanu:

Tytan klasy 1 (najmniejsza ilość tlenu, maksymalnie 0,12% Fe): 2-5 wżerów/cm2, gęstość wżerów po 1000 cykli. Maksymalna głębokość wgłębienia 30-50 µm. Metal nieszlachetny o wysokiej czystości zmniejsza niejednorodność galwaniczną. Stężenie wodorków podpowierzchniowych wynosi 150–200 ppm. Odpowiednie usługi farmaceutyczne z 10-letnim dodatkiem na grubość ścianki.

Tytan klasy 2 (standardowa czystość handlowa): gęstość wżerów 15-25 wżerów/cm2 po 1000 cykli. Maksymalna głębokość wżerów 80-120 µm Cząstki Ti2Fe wzbogacone w żelazo (0,20-0,30% Fe) są preferowanymi miejscami zarodkowania wodorków. Zawartość wodorków wynosi do 300-400 ppm. Powierzchnia jest wyraźnie zmatowiona i lekko wytrawiona.

Tytan klasy 7 (0,12–0,25% Pd): 1–3 wgłębienia/cm² po 1000 cykli. Maksymalna głębokość wgłębienia wynosi 20-40 µm. Wzbogacenie palladem na powierzchni katalizuje rekombinację wodoru, zmniejszając absorpcję wodoru o 70–80% w porównaniu do stopnia 2. Poziom wodorków wynosi < 50 ppm. Doskonała wydajność w zastosowaniach wymagających cykli ciężkich.

Tytan klasy 12 (0,3 pet Mo, 0,8 pet Ni) gęstość wżerów od 5 do 10/cm2 po 1000 cykli. Maksymalna głębokość wykopu 50–80 m. Stabilność folii pasywnej jest zwiększona przez dodatek molibdenu i niklu zarówno w warunkach żrących, jak i kwaśnych. Stężenie wodorku 100 - 150 ppm. Dobre połączenie wydajności i ceny.

Przewodnik po wyborze gatunku tytanu w ramach cyklicznej usługi CIP

Poniższa tabela zawiera wskazówki ułatwiające podejmowanie decyzji przy wyborze gatunku grzejników tytanowych w zależności od częstotliwości cykli CIP i potrzeb produktu farmaceutycznego.

Częstotliwość cykli CIP i krytyczność reaktora Zalecane uzasadnienie rdzenia ze stali tytanowej i mechanizm odporności na wżery < 2 cykle CIP dziennie, standardowe produkty farmaceutyczne (tabletki, substancje pomocnicze) Stopień 1 Wykończenie trawione Czysty metal nieszlachetny zmniejsza liczbę miejsc inicjacji wżerów. Dobry na 3-5 lat służby. Tańsze niż gatunki zawierające Pd.
2–5 CIP cycles / day, injectable medicines (greater surface finish need)Grade 7 (palladium-stabilized) Minimum pitting density and hydride formation. Palladium retains passive film in both caustic and acid stages. >10 lat życia.
5–10 CIP cycles/day, harsh cleaning techniques (concentrated caustic, >2% kwasu) Stopień 7, wykończenie elektropolerowane. Najlepsza odporność na cykle CIP. Elektropolerowanie eliminuje warstwę powierzchniową- bogatą w żelazo. Wspomnij o Ra mniejszym lub równym 0,2um. Najwyższy koszt kapitału.
Modernizacja grzejnika klasy 2 z wżerami po 300–500 cyklach. Zamienić na stopień 7 LUB dodać etap wyżarzania wodorowego. Wyżarzanie wodorowe (550°C przez 2 godziny w argonie) eliminuje zaabsorbowany wodór, ale nie naprawia już istniejących wżerów.. 7Preferowana jest wymiana grzejnika klasy 2.
Wybór przeszłej klasy inżynierskiej

Grubość ścianki nadal ma znaczenie jako czynnik bezpieczeństwa. Ściana o grubości 1,5 mm w grzejniku klasy 2 może wytrzymać 1000 cykli CIP przy samej odporności na penetrację wżerów, nawet w przypadku wżerów o średnicy 120 µm. Grzejnik klasy 7 ze ścianką o grubości 0,9 mm ma porównywalną trwałość ze względu na zmniejszoną inicjację wżeru. Ważny jest także charakter kwasu stosowanego w cyklu CIP: kwas azotowy-repasywuje tytan skuteczniej niż kwas fosforowy. Cykle CIP kwasu fosforowego powodują wzrost gęstości wżerów o 30–50% dla wszystkich gatunków. Jakość wody płuczącej pomiędzy etapami ma kluczowe znaczenie. Chlorowana woda płucząca zawiera jony chlorkowe, które powodują wżery podczas etapu kwasowego.

Jak napisać kompetentną specyfikację

When specifying a titanium heater for a pharmaceutical reactor with alternating CIP cycles, for any application with more than 500 cycles per year, use Grade 7 titanium. Develop a surface inspection method for existing Grade 2 heaters utilizing dye penetrant every 200 cycles. Replace the heater if pitting density is >10 pits/cm 2 or any pit depth is >50% grubości ściany niezależnie od pozostałej ściany. Specyfikacja zamówienia określa, że ​​pasywację przeprowadza się w fabryce przy użyciu 20% kwasu azotowego w temperaturze 50 stopni przez 60 minut, a następnie płukanie wodą dejonizowaną. Obróbka wstępna zapewnia stabilną warstwę pasywną, która jest odporna na początkowe działanie żrącego. Inżynier farmaceutyczny na podstawie liczby cykli CIP określa stopień, który zapewnia niezawodne działanie podgrzewacza i brak produktów ubocznych korozji w produkcie.