V farmacevtskem reaktorju z izmeničnimi cikli čiščenja (CIP s kavstično kislino), kateri razred titana kaže najnižjo gostoto pitinga po 1000 ciklih?

Farmacevtske reaktorje je treba očistiti med serijami. Običajni cikli čisti-na-mestu (CIP) izmenjujejo vročo jedko (2 do 4 % NaOH pri 70 do 80 stopinjah) za odstranitev organskih ostankov in kislino (2 do 5 % dušikove ali fosforjeve kisline pri 60 do 70 stopinjah) za nevtralizacijo in pasivacijo površin. V teh reaktorjih se potopni grelniki iz titana vsak cikel CIP srečujejo z edinstvenim problemom korozije. Kavstična stopnja poveča privzem vodika in hrapavost površine. Kislinski korak ponovno pasivira površino, lahko pa tudi poškoduje šibkejše meje zrn. Kumulativna škoda po 1000+ ciklih-ki je značilna za reaktor, ki deluje z vsakodnevnim čiščenjem tri leta-se pokaže v obliki luknjičastih lukenj, razpok ali proizvodnje hidridov. Različne stopnje titana kažejo velike razlike v svoji toleranci na to ciklično izpostavljenost alkalni-kislini.

Kumulativna škoda v cikličnih servisnih mehanizmih CIP

V kavstičnem procesu se titanov pasivni film raztopi z raztopino natrijevega hidroksida pri povišani temperaturi. Gola površina titana reagira z vodo in ustvari titanov hidrid (TiH$_2$) na vmesniku kovin-oksida. Povišan pH daje prednost reakciji sproščanja vodika tudi brez katodne zaščite. Posledica tega je absorpcija vodika. Površina je hrapava in ji primanjkuje kisika. V kasnejšem kislinskem procesu dušikova ali fosforjeva kislina odstrani hidridno plast in poskuša ponovno pasivizirati površino. Vendar popolna repasivacija zahteva čisto površino brez vodika. Preostali podpovršinski hidrid deluje kot lokalna katoda in omogoča nadaljnje luknjanje v naslednjem ciklu. To se zgodi v več ciklih in ustvari se podpovršinsko poškodovano območje, ki postopoma raste v steno cevi.

Kvantitativna primerjava razredov titana po 1000 CIP ciklih

Pospešeni laboratorijski testi, ki ponavljajo 1000 CIP ciklov (30 minut jedko pri 75 stopinjah, 30 minut izpiranje, 30 minut kislina pri 65 stopinjah, 30 minut izpiranje), so določili naslednje podatke o gostoti luknjičaste luknjice za vsako kakovost titana:

Titan stopnje 1 (najmanj kisika, največ 0,12 % Fe): 2-5 gostota lukenj/cm2 po 1000 ciklih. Največja globina jamice 30-50 µm. Osnovna kovina visoke čistosti zmanjša galvansko heterogenost. Podpovršinska koncentracija hidrida je 150–200 ppm. Ustrezna farmacevtska storitev z 10 letnim dovoljenjem za debelino stene.

Titan stopnje 2 (standardna komercialna čistost): 15-25 pits/cm2 gostota lukenj po 1000 ciklih. Največja globina jamic 80–120 µm Z železom obogateni delci Ti2Fe (0,20–0,30 % Fe) so prednostna mesta nukleacije za hidride. Vsebnost hidridov je do 300-400 ppm. Površina je vidno zamegljena in rahlo jedkana.

Titan stopnje 7 (0,12–0,25 % Pd): 1–3 jamice/cm² po 1000 ciklih. Največja globina jame je 20-40 µm. Obogatitev s paladijem na površini katalizira rekombinacijo vodika, kar zmanjša absorpcijo vodika za 70–80 % v primerjavi s stopnjo 2. Stopnja hidrida je < 50 ppm. Odlična zmogljivost za težke ciklične aplikacije.

Titan stopnje 12 (0,3 pet Mo, 0,8 pet Ni) 5 do 10 pits/cm2 gostota lukenj po 1000 ciklih. Največja globina jame 50–80 m. Stabilnost pasivnega filma je povečana z dodatki molibdena in niklja v jedkih in kislih pogojih. Koncentracija hidrida 100 - 150 ppm. Dobra kombinacija zmogljivosti in cene.

Ciklična storitev CIP Titanium Grade Selection Guide

Naslednja tabela ponuja vodilo za odločanje pri izbiri razredov titanovih grelnikov glede na pogostost ciklov CIP in potrebe farmacevtskega izdelka.

Frekvenca cikla CIP in kritičnost reaktorja Priporočena utemeljitev jedra iz kakovosti titana & mehanizem odpornosti proti luknjicam < 2 cikla CIP na dan, standardni farmacevtski izdelki (tablete, pomožne snovi) Razred 1 Pikirani zaključek Čista osnovna kovina zmanjša mesta za iniciacijo jamic. Primerno za 3 do 5 let delovanja. Cenejši od razredov, ki vsebujejo 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 let življenja.
5–10 CIP cycles/day, harsh cleaning techniques (concentrated caustic, >2 % kisline) Razred 7, elektropolirana končna obdelava Najboljša odpornost na cikle CIP. Elektropoliranje odstrani-površinsko plast, bogato z železom. Navedite Ra Manjši ali enak 0,2 um. Najvišji stroški kapitala.
Naknadna vgradnja grelnika stopnje 2 z luknjami po 300 do 500 ciklih. Zamenjajte s stopnjo 7 ALI dodajte korak žarjenja z vodikom. Žarjenje z vodikom (550 C za 2 uri v argonu) odstrani absorbirani vodik, vendar ne zaceli že obstoječih lukenj. 7.
Izbira pretekle stopnje inženirstva

Debelina stene je še vedno pomembna kot varnostni dejavnik. Stena debeline 1,5 mm v grelniku stopnje 2 zdrži 1.000 CIP ciklov samo z odpornostjo proti penetraciji jam, tudi z jamami 120 µm. Grelnik stopnje 7 s steno 0,9 mm ima primerljivo življenjsko dobo zaradi zmanjšanega nastajanja jam. Pomembna je tudi narava kisline, uporabljene v ciklu CIP: dušikova kislina uspe-repasivira titan kot fosforjeva kislina. CIP cikli fosforne kisline povzročijo 30-50-odstotno povečanje gostote lukenj za vse stopnje. Kakovost vode za izpiranje med koraki je ključnega pomena. Klorirana voda za izpiranje vsebuje kloridne ione, ki med kislinsko stopnjo povzročajo luknjičaste madeže.

Kako napisati strokovno specifikacijo

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 % debeline stene ne glede na preostalo steno. Specifikacija javnega naročila določa, da se pasivacija izvede v tovarni z uporabo 20 % dušikove kisline pri 50 stopinjah 60 minut, čemur sledi izpiranje z deionizirano vodo. Predobdelava zagotavlja stabilen pasivni film, ki je odporen na prvotno jedko izpostavljenost. Farmacevtski inženir se sklicuje na število ciklov CIP, da določi stopnjo, ki zagotavlja zanesljivo delovanje grelnika in odsotnost stranskih produktov korozije v izdelku.