Farmasötik Reaktörler İçin Asetik Asit Hizmetinde 1,6 Milimetre 316 Paslanmaz Çelik Kılıf, Organik Asit Konsantrasyonu ve Kılıf Yüzey Sıcaklığının Hangi Spesifik Kombinasyonunda Pasif Korozyondan Aktif Korozyona Geçiş Yapar?

Farmasötik reaktörler ve gıda işleme kapları için elektrikli daldırma ısıtıcıları geliştiren proses mühendisleri genellikle solvent ve reaksiyon ortamı olarak asetik asit kullanır. Organik asitler (örneğin asetik), mineral asitlerin aksine, düşük konsantrasyonlarda pasif bölgeler ve orta konsantrasyonlarda aktif korozyon ile 316 paslanmaz çelik üzerinde karmaşık korozyon davranışı sergiler. Pasif-aktif geçiş eser miktardaki klorürlerin veya oksijenin varlığıyla önemli ölçüde değişebilir. Tipik farmasötik hizmet, korozyona izin vermek ve temizlenebilirlik sağlamak için 1,6 mm'lik bir duvar kalınlığı olacaktır. Bu makale, farmasötik reaktör hizmetinde 1,6 mm 316 kılıfın pasiften aktif korozyona değiştiği asetik asit konsantrasyonu ve kılıf yüzey sıcaklığı kombinasyonunu rapor etmektedir.

Asetik Asitte 316 Korozyonu
316 paslanmaz çeliğin asetik asitle korozyonu özel bir yapıya sahiptir. Konsantrasyonları < %10 olan ve sıcaklıkları < 80 derece olan seyreltik sıvılarda, 316 yılda < 0,05 mm korozyon oranlarıyla pasif kalır. %10–%50 konsantrasyon aralığında pasif film kararsızdır ve sıcaklığa ve oksijen içeriğine bağlı olarak korozyon oranları 0,5–2,0 mm/yıl olabilir. %50'nin üzerindeki konsantrasyonda asetik asit azalır ve 316, 0,1 mm/yıl'ın altındaki oranlarda tekrar pasifleşir. Sistemde oksijen veya havanın varlığı, oksitleyici koşulları koruyarak geçişi daha yüksek konsantrasyonlara taşır. Farmasötik reaktörlerdeki asetik asit konsantrasyonları, seyreltik yıkama solüsyonlarından konsantre reaksiyon ortamına kadar değişir. Kılıf yüzeyinin sıcaklığı, ısıtıcının pasif veya aktif modda olup olmadığını belirler. Watt yoğunluğu nedeniyle bu sıcaklık normalde toplu asit sıcaklığından 10-25 derece daha yüksektir.

1,6 Milimetre Kılıf Kritik Geçiş Sınırları
Aşağıdaki konsantrasyon ve kılıf yüzey sıcaklığı kombinasyonları, düzenlenmiş oksijen içeriğine sahip (tipik olarak hava üst boşluğuna sahip farmasötik reaktörler için) asetik asit içindeki 316 numunenin daldırma testinden pasiften aktife geçişe neden olur.

Asetik asit konsantrasyonu (ağırlıkça %) Pasiften aktife (havada) geçiş sıcaklığıHavası Giderilmiş Pasif-ile-Aktif Geçiş SıcaklığıPasif çalışma için izin verilen maksimum kılıf yüzey sıcaklığı Aktif rejimde beklenen korozyon oranı
< 5% > 100°C > 90°C 95°C .3 -.6 mm/year 5 - 10% 90 - 100°C 80 - 90°C 85°C .5 - 1.0 mm/year
10 – 15% 80 – 90 derece 65 – 75 derece 75 derece 0,8 – 1,5 mm/yıl 15 – 20% 70 – 80 derece 55 – 65 derece 65 derece 1,0 – 2,0 mm/yıl 20 – 30% 60 – 70 derece 45 – 55 derece 55 derece 1,5 – 2,5 mm/yıl
%30-40 50-60 derece 35-45 derece 45 derece 1,5-2,5 mm/yıl %40-50 45-55 derece 30-40 derece 40 derece 1,0-2,0 mm/yıl
%50 – 60 55 – 65 derece 40 – 50 derece 50 derece 0,5 – 1,0 mm/yıl
%60 üzeri 80 derece üzeri 65 derece üzeri 75 derece 0,2 – 0,5 mm/yıl
60 derece toplu sıcaklıkta %15 asetik asit içeren ve 8 W/cm2'de (20 derece artış) 1,6 mm kılıfa sahip bir farmasötik reaktör için kılıf yüzey sıcaklığı 80 derecedir. Bu, %15 asit için izin verilen 75 derece sınırının üzerindedir ve ısıtıcı, tahmini olarak yılda 1 - 2 mm oranlarıyla aktif korozyon rejiminde olacaktır. "1,6 mm kılıfın delinmesi 1-2 yıl." Watt yoğunluğunun 4 W/cm2'ye (10 derece artış) düşürülmesi, kılıf yüzeyini 70 derecede, yani 75 derece eşiğinin altında tutar ve pasif çalışmaya geri dönerek 10+ yıl ömür sağlar.

Asetik Asit Hizmetinde 1,6 mm Kılıf için Güvenli Çalışma Zarfı
Aşağıdaki tablo, hava üst boşluklu farmasötik reaktörlere özgü havalandırmalı koşullar için çeşitli watt yoğunluklarında 1,6 mm 316 kılıf için maksimum güvenli toplu asetik asit sıcaklığını gösterir.

Asetik Asit Konsantrasyonu Watt Yoğunluğu 4W/cm² (10 derece artış) Watt Yoğunluğu 6W/cm² (15 derece artış) Watt Yoğunluğu 8W/cm² (20 derece artış) Watt Yoğunluğu 10W/cm² (25 derece artış)
<5% Safe to 85°C Safe to 80°C Safe to 75°C Safe to 70°C
80 dereceye kadar %5 – 10 Güvenli 75 dereceye kadar güvenli 70 dereceye kadar güvenli 65 dereceye kadar güvenli
%10 – 15 Güvenli 75 dereceye kadar güvenli 70 dereceye kadar güvenli 65 dereceye kadar güvenli 60 dereceye kadar güvenli 15 – 20% güvenli 65 dereceye kadar güvenli 60 dereceye kadar güvenli 55 dereceye kadar güvenli 50 dereceye kadar güvenli 20 – 30% 55 dereceye kadar güvenli 50 dereceye kadar güvenli 45 dereceye kadar güvenli 40 dereceye kadar güvenli 30 – %40 güvenli 45 dereceye kadar güvenli 40 dereceye kadar güvenli 35 dereceye kadar güvenli 30 dereceye kadar güvenli 40 – 50% güvenli 40 dereceye kadar güvenli 35 dereceye kadar güvenli 30 dereceye kadar güvenli 25 dereceye kadar güvenli
% 50 – 60 Güvenli 50 dereceye kadar güvenli 45 dereceye kadar güvenli 40 dereceye kadar güvenli 35 dereceye kadar güvenli
>70 dereceye kadar %60 güvenli 65 dereceye kadar güvenli 60 dereceye kadar güvenli 55 dereceye kadar güvenli
6 W/cm²'de (yüzey 70 derece) 1,6 mm'lik bir kılıf, 55 derece toplu sıcaklıkta %20 asetik asit içeren bir farmasötik reaktör için izin verilen 55 derece sınırının üzerindedir. Isıtıcının gücü 4 W/cm2 (yüzey 65 derece C) veya daha düşük olacak şekilde azaltılmalıdır. 60°C yığında %10 asetik asit bile 10 W/cm2'de 85°C'lik bir yüzey sıcaklığıyla sonuçlanır; bu, söz konusu konsantrasyon için 70°C'lik güvenli sınırın ötesindedir.

Sürekli Pasif Operasyon için Tasarım İyileştirmeleri
Asetik asit proses koşulları için, konsantrasyonlar ve sıcaklıklar pasif-aktif sınıra yakındır ve kılıf malzemesini değiştirmeden pasif çalışmayı sürdürmek için üç tasarım ayarlaması önerilmiştir. Birincisi yeterli havalandırmanın olduğundan emin olmaktır. Havadan veya püskürtmeden gelen oksijen, pasif-aktif geçişi 10-15 derece daha yüksek sıcaklıklara taşır. Azot örtüsü altındaki (havası alınmış) bir reaktör, hava üst boşluğu olan bir reaktörden çok daha az korozyon direncine sahip olacaktır. İkinci ayarlama, ısıtılan uzunluğu genişleterek veya birkaç ısıtıcı kullanarak watt yoğunluğunu azaltmaktır. Watt yoğunluğundaki %20'lik bir azalma, kılıf yüzey sıcaklığının aktiften pasife doğru 8-12 derecelik bir azalmasına yol açabilir. Üçüncü değişiklik ise korozyon önleyicinin eklenmesidir. Hidrojen peroksit veya nitrik asit gibi küçük miktarlarda (50-200 ppm) oksitleyici kimyasallar, asetik asitteki pasif filmi stabilize edebilir, geçiş sıcaklığını 10-20 derece artırarak . 316, watt yoğunluğundan bağımsız olarak 50 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda %30'un üzerinde asetik asit konsantrasyonları gerektiren farmasötik reaktörler için ortalama bir seçimdir. Bu koşullar altında mühendisler, tüm konsantrasyonlarda kaynama sıcaklıklarında asetik asitte pasif davranışı koruyan Alloy 20 veya Alloy 825 gibi daha yüksek bir alaşıma geçmelidir. Maliyet farkı genellikle 316'ya göre %30-50 daha fazladır ancak hizmet ömrü 1-2 yıldan 10-15 yıla çıkar. Asetik asit servisi için ısıtıcı sipariş ederken tam konsantrasyonu, toplu sıcaklığı, havalandırma koşullarını ve tahmini watt yoğunluğunu belirtin ve bu bilgiyi tedarikçiye sağlayın. Pasif-aktif geçişi dikkate almadan 65 derecede %25 asetik asit için 316 öneren bir üretici tam mühendislik bilgisi vermiyor demektir. Asetik asitte pasif korozyondan aktif korozyona geçiş konsantrasyona bağlıdır ve ani olur. Eşiğin hemen altındaki 1,6 mm'lik bir 316 kılıf 10 yıl dayanabilirken, eşiğin hemen üzerindeki bir çalışma 18 ayda delinebilir. Güvenilir spesifikasyon için, watt yoğunluğundan ve toplu koşullardan kılıf yüzey sıcaklığının doğru hesaplanması gerekir.