У фармацеутском реактору са наизменичним циклусима чишћења (ЦИП са каустичном па киселином), која врста титанијума показује најмању густину питтинг након 1000 циклуса?

Фармацеутски реактори треба да се чисте између серија. Уобичајени циклуси чишћења-на-мјесту (ЦИП) наизменично користе врући каустик (2 до 4% НаОХ на 70 до 80 степени) да би се уклонили органски остаци и киселина (2 до 5% азотна или фосфорна киселина на 60 до 70 степени) да би се неутралисале и пасивизирале површине. У овим реакторима титанијумски урањајући грејачи сусрећу се са јединственим проблемом корозије у сваком ЦИП циклусу. Каустична фаза побољшава узимање водоника и храпавост површине. Киселински корак репасивира површину, али може оштетити и слабије границе зрна. Кумулативна штета након 1,000+ циклуса-типична за реактор који ради са дневним чишћењем током три године-манифестује се у облику рупица, напада пукотина или производње хидрида. Различити типови титанијума показују велике варијације у њиховој толеранцији на излагање цикличној алкалној-киселини.

Кумулативна штета у цикличним ЦИП сервисним механизмима

У каустичном процесу, титанијум пасивни филм се раствара раствором натријум хидроксида на повишеној температури. Огољена површина титанијума реагује са водом и ствара титанијум хидрид (ТиХ$_2$) на интерфејсу метал-оксида. Повишен пХ фаворизује реакцију еволуције водоника чак и без катодне заштите. Ово доводи до апсорпције водоника. Површина је храпава и недостатак кисеоника. У накнадном киселинском процесу, азотна или фосфорна киселина елиминише хидридни слој и покушава да репасивира површину. Међутим, потпуна репасивација захтева чисту површину без водоника. Заостали подземни хидрид функционише као локална катода и олакшава даље питинг у следећем циклусу. Ово се дешава током неколико циклуса и ствара се зона оштећења испод површине која прогресивно расте у зид цеви.

Квантитативно поређење степена титанијума после 1000 ЦИП циклуса

Убрзани лабораторијски тестови који реплицирају 1.000 ЦИП циклуса (30 минута каустичног на 75 степени, 30 минута испирања, 30 минута киселином на 65 степени, 30 минута испирања) утврдили су следеће податке о густини удубљења за сваку врсту титанијума:

Титанијум 1. степена (најмање кисеоника, 0,12% Фе мак): 2-5 јамица/цм2 густина удубљења након 1000 циклуса. Максимална дубина јаме 30-50 µм. Основни метал високе чистоће смањује галванску хетерогеност. Подповршинска концентрација хидрида је 150–200 ппм. Одговарајући фармацеутски сервис са 10-годишњим додатком дебљине зида.

Титанијум 2. степена (стандардна комерцијална чистоћа): 15-25 јамица/цм2 густина удубљења након 1000 циклуса. Максимална дубина удубљења 80-120 µм Честице Ти2Фе обогаћене гвожђем (0,20-0,30% Фе) су пожељна места нуклеације за хидриде. Садржај хидрида је до 300-400 ппм. Површина је видљиво отупљена и благо урезана.

Титанијум 7 степена (0,12–0,25% Пд): 1–3 јаме/цм² после 1000 циклуса. Максимална дубина јаме је 20-40 µм. Обогаћивање паладијума на површини катализује рекомбинацију водоника, смањујући апсорпцију водоника за 70–80% у поређењу са степеном 2. Ниво хидрида је < 50 ппм. Одличне перформансе за апликације у тешким циклусима.

Титанијум 12 степена (0,3 пет Мо, 0,8 пет Ни) 5 до 10 јамица/цм2 густина удубљења након 1000 циклуса. Максимална дубина јаме 50–80 м. Стабилност пасивног филма је побољшана додатком молибдена и никла у каустичним и киселим условима. Концентрација хидрида 100 - 150 ппм. Добар спој перформанси и цене.

Цицлиц ЦИП Сервице Водич за избор класе титанијума

Следећа табела даје водич за доношење одлука у одабиру титанијумских грејача у зависности од учесталости ЦИП циклуса и потреба фармацеутског производа.

Учесталост ЦИП циклуса и критичност реактора Препоручено образложење језгра од титанијума и механизам отпорности на питтинг < 2 ЦИП циклуса дневно, стандардни фармацеутски производи (таблете, ексципијенти) 1. степен кисели завршетак Чисти основни метал смањује места за иницијацију удубљења. Добро за 3 до 5 година службе. Јефтиније од разреда који садрже Пд.
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 година живота.
5–10 CIP cycles/day, harsh cleaning techniques (concentrated caustic, >2% киселине) Степен 7, електрополирана завршна обрада Најбоља отпорност на ЦИП циклусе. Електрополирање елиминише површински слој-богат гвожђем. Поменути Ра мањи од или једнак 0,2ум. Највећи капитални трошак.
Реконструкција грејача 2. степена са удубљењем након 300 до 500 циклуса Замените са степеном 7 ИЛИ додајте корак жарења водоником. Жарење водоником (550 Ц током 2 х у аргону) елиминише апсорбовани водоник, али не зацељује већ постојеће јаме. 7. Пожељна је замена.
Инжењерски избор прошлих разреда

Дебљина зида је и даље важна као фактор сигурности. Зид од 1,5 мм у грејачу степена 2 може да издржи 1000 ЦИП циклуса само на отпорности на продирање у јаме, чак и са рупама од 120 µм. Грејач степена 7 са зидом од 0,9 мм има упоредив животни век због смањеног покретања јаме. Природа киселине која се користи у ЦИП циклусу је такође важна: азотна киселина -успешније пасивира титан од фосфорне киселине. ЦИП циклуси фосфорне киселине доводе до 30-50% повећања густине питтинг за све врсте. Квалитет воде за испирање између корака је кључан. Хлорисана вода за испирање садржи хлоридне јоне који изазивају рупе током киселог корака.

Како написати спецификацију са знањем

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% дебљине зида без обзира на преостали зид. У спецификацији набавке се наводи да се пасивизација врши у фабрици коришћењем 20% азотне киселине на 50 степени у трајању од 60 минута, након чега следи испирање дејонизованом водом. Предтретман обезбеђује стабилан пасивни филм који је отпоран на почетно излагање каустици. Фармацеутски инжењер се позива на ЦИП циклус да би одредио степен, који обезбеђује поуздан рад грејача и одсуство нуспроизвода корозије у производу.