Всебічне порівняння чистого титану 1 класу, чистого титану 2 класу та нагрівальних труб із титанового сплаву для бродильної промисловості

У промислових титанових нагрівальних трубках часто використовуються три основні матеріали: чистий титан 1 класу, чистий титан 2 класу та титановий сплав (Ti-6Al-4V). Великі відмінності в термінах служби спостерігаються в органічних кислотах, змінних кислотно-основних CIP і середовищах бродіння, що містять хлорид, через варіації у вмісті домішок, механічних властивостях і стійкості до корозії. У цій статті надано цільові рекомендації щодо вибору матеріалів для виробничих ліній бродіння шляхом порівняння складу сировини, антикорозійних характеристик, механічних характеристик, характеристик обробки та вартості закупівлі.

1. Основний індекс стандарту для хімічного складу
Чистий титан класу 1 (TA1)
Ti більше або дорівнює 99,35%, Fe менше або дорівнює 0,08%, C менше або дорівнює 0,05%, N менше або дорівнює 0,02%, і H менше або дорівнює 0,015%

Харчовий/фармацевтичний стандартний матеріал високої-чистоти з мінімальним ризиком осадження іонів металу та над-низьким вмістом заліза.

Чистий титан класу 2 (TA2, основна модель ферментації)
Ti більше або дорівнює 99,2%, Fe менше або дорівнює 0,15%, C менше або дорівнює 0,08%, N менше або дорівнює 0,03%, і H менше або дорівнює 0,015%

Має трохи вищий вміст заліза, ніж TA1, але він повністю задовольняє більшість анти-корозійних вимог до бродіння, досягаючи балансу між вартістю та ефективністю.

Титановий сплав Ti-6Al-4V
Ti матриця + 6% алюміній + 4% ванадій, з межею домішки заліза 0,25%

Елементи сплаву значно підвищують міцність чистого титану на розрив, але вони також порушують його повну хімічну інертність.

2. Порівняння корозійної стійкості (показник ядра для апарату для бродіння)
Чистий титан класу 1 TA1
Найнижче осадження іонів в органічному кислотному середовищі, відсутність забруднення ферментаційного бульйону та оптимальна компактність пасивної плівки TiO₂.

Сильна стійкість до-відкладень; найповільніша рівномірна швидкість травлення під час тривалого-очищення слабкою кислотою/-лугою по черзі.

Ризик водневої крихкості мінімальний під час травлення неорганічною кислотою, оскільки швидкість поглинання водню є найнижчою. Обмеження: рідко використовується для загальних проектів бродіння через надзвичайно високу вартість основних матеріалів.

Чистий титан класу 2 TA2
У бродильному середовищі-без фтору стійкість до корозії виняткова й порівнянна з TA1. Однак швидкість корозії лише ненабагато швидша за довгострокових-умов високої-солоності.

Здатність пасивної плівки до самовідновлення-збігається з щоденною кислотно-лужною циркуляцією CIP за достатньої кількості розчиненого кисню.

Відсутність ризику розчинення, пов'язаного з елементами зі сплаву алюмінію/ванадію; відповідає фармацевтичним стандартам GMP і безпечності харчових продуктів. Перевага: матеріал, який найчастіше використовується для трубок для нагрівання ферментації, завдяки збалансованій вартості та анти-корозійним властивостям.

Титановий сплав Ti-6Al-4V
Недостатня стійкість до ошпарювання розведеним лугом і органічною кислотою: алюмінієвий елемент у сплаві поступово розчинятиметься в кислому середовищі, що призведе до утворення локальних ямок на стінці труби.

Пасивна плівка чутлива до щілинної корозії на зварних швах у середовищі іонів хлориду через її пухку та нерівномірну природу.

Продукти бродіння забруднені розчиненням іонів важких металів алюмінію/ванадію, що порушує харчові та фармацевтичні гігієнічні стандарти. Заборонений сценарій: всі резервуари для бродіння продуктів харчування, напоїв і фармацевтичних препаратів; дозволено використовувати лише не{1}}корозійні механічні конструктивні елементи, а нагрівальні труби ніколи не повинні контактувати з середовищем.

3. Можливість обробки та механічна продуктивність
Міцність на розрив і пластичність
Сплав Ti-6Al-4V: демонструє найвищу міцність на розрив, твердість, міцність на стиск і удар; однак його важко згинати і формувати, і він має слабку пластичність.

Чистий титан TA1 / TA2 — це матеріал, який добре -підходить для комплексного зварювання нагрівальних труб із фланцями завдяки його чудовій пластичності, низькій міцності на розрив і гарній продуктивності згинання та обробки.

Ефективність зварювання
TA1 і TA2: постійна стійкість до корозії з корпусом труби, гладка зварна пасивна плівка після очищення, стабільне аргонодугове зварювання.

Ti-6Al-4V: зернистість зони зварного шва укрупнюється, що призводить до значної локальної схильності до корозії після зварювання. Зона термічного впливу зварного шва стає слабким місцем корозії.

Термоциклічна адаптивність
Чистий титан (TA1/TA2) демонструє низький коефіцієнт теплового розширення, невелику температурну напругу під час частих циклів нагрівання-відключення та швидкість утворення мікротріщин у пасивній плівці, яка значно нижча, ніж у титанового сплаву. Під впливом температурних коливань труби зі сплаву чутливі до прискореного відшаровування плівки.

4. Диспропорція у вартості
Ціна очищеної титанової сировини в TA1 Grade 1 приблизно на 25%-35% вища, ніж у TA2.

Чистий титан TA2 Grade 2 є основним матеріалом масового виробництва за помірною ціною.

Ціна сировини для сплаву Ti-6Al-4V порівнянна з ціною ТА2. Однак загальна ціна готового продукту не нижча за TA2, і він має нижчу антикорозійну віддачу через високі витрати на обробку та доопрацювання зварювання.

5. Керівництво щодо вибору сортованих матеріалів для проектів бродіння
Сценарій 1: суворе обмеження вмісту важких металів, високо-цінний біологічний бульйон і високо-стандартна фармацевтична стерильна ферментація
Вибір: Нагрівальна трубка з чистого титану класу 1 TA1. Причиною над-довгого терміну служби є відсутність забруднення іонами металів, над-низький вміст домішок заліза та часте глибоке очищення CIP.

Сценарій 2: безперервне виробництво протягом 24 годин, звичайна кислотна -основна CIP, звичайна харчова ферментація та пивоваріння органічної кислоти.
Вибір: Нагрівальна трубка з чистого титану класу 2 TA2 (рекомендація галузевого стандарту) Основна причина: відповідність GMP, стійкість до корозії цілком достатня для задоволення попиту, а витрати на закупівлю та технічне обслуговування збалансовані.

Сценарій 3: процес концентрованого лугу, середовище зі слідами фтору, кипіння
Вибір: припинити використання всіх титанових матеріалів і запровадити нагрівальну трубку, повністю покриту PFA. Причиною цього є те, що як чистий титан, так і титанові сплави зазнають серйозної рівномірної несправності при травленні.

Сценарій 4: Загальна механічна структура без контакту із середовищем
Заборонено: Будь-яка нагрівальна трубка, занурена в ферментаційний бульйон, розчинення легуючих елементів призводить до утилізації продукту. Вибір: титановий сплав Ti-6Al-4V.

6. Таблиця порівняльного зведення
введення:

Оцінювальний розмір Клас 1 TA1 Чистий титан Клас 2 TA2 Чистий титан Ti-6Al-4V Титановий сплав
Помірна стійкість до корозії. Відмінна, з мінімальним ризиком руйнування. Відмінна, придатна для більшості процесів бродіння. Алюміній є поганим металом, який розчиняється в кислоті, утворюючи ямки.
Ризик забруднення, пов’язаний із продуктами бродіння Майже відсутній Надзвичайно низький, відповідає харчовим і фармацевтичним стандартам Високий рівень осадження іонів алюмінію/ванадію
Термічні цикли та продуктивність зварного шва. Пасивна плівка, яка є однорідною та стабільною. Основний зварювальний матеріал, який є стабільним. Огрубіння зварного зерна та швидке розтріскування плівки.
сприйнятливість до водневої крихкості Низька Середня Висока
Вартість сировини Найвища Помірна, економічно-ефективнаУ безпосередній близькості від TA2 існує значна вартість, пов’язана з-обробкою.
Відповідна ферментаційна ємність. Фармацевтична ферментація на найвищому рівні стерильності. Усі звичайні фармацевтичні та харчові-контактні нагрівальні пристрої для бродіння заборонені.
Скорочене резюме
Титановий сплав Ti-6Al-4V є механічно міцним; однак він непридатний для ферментаційних нагрівальних труб через його недостатню стійкість до кислотної корозії та ризик забруднення важкими металами. Універсальним оптимальним вибором для більшості виробничих ліній ферментації є чистий титан Grade 2 TA2, який пропонує збалансоване поєднання продуктивності та вартості. Чистий титан класу 1 TA1 використовується виключно в-стерильних фармацевтичних процесах високої чистоти, які потребують суворого контролю домішок. У середовищах, що містять фтор, жоден матеріал титанової серії не здатний надійно функціонувати; тому слід використовувати нагрівальні труби з покриттям PFA.