Одной из основных причин использования нержавеющей стали в фармацевтической инженерии является ее превосходная коррозионная устойчивость. Когда красно-коричневые пятна ржави появляются на поверхности нержавеющей стали, люди часто думают: "Нержавеющая сталь не ржавит, и если она ржавит, это больше не нержавеющая сталь. Это должна быть проблема со сталью. На самом деле, это одностороннее и ошибочное представление о нержавеющей стали. На самом деле, нержавеющая сталь также может ржавить в определенных условиях, что называется "феноменом красной ржави" в инженерии, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 Красная ржавчина

Красная ржавчина является распространенным инженерным явлением материалов из нержавеющей стали в фармацевтических жидкостных системах. Красная ржавчина часто встречается на внутренних стенах транспортной насосовой камеры, корпусе диафрагмного клапана и диафрагмы, корпусе резервуара, внутренней стене распылительного шара, сварках из нержавеющей стали и зонах, затронутых теплом, в фармацевтической воде и других системах процесса жидкости. При стерении внутренней стены из нержавеющей стали белой тканью или фильтрации и отбора проб на выходе водной точки часто наблюдаются желтые или красные твердые частицы, которые в основном состоят из красной ржави оксида железа.

Существует множество факторов, которые могут вызвать красную ржавлю, таких как высокая температура или среда высокого давления; Высококоррозивные среды, такие как хлориды; Компоненты из нержавеющей стали; Неправильная подготовка поверхности (например, проблемы качества сварки, дефекты поверхности материала, ненадлежащая очистка или пассивация и т. д.) также может вызвать образование красной ржави.

Вреды, вызванные красной ржавью, значительны. Он принадлежит к загрязнению твердыми частицами и может повлиять на качество фармацевтической воды и прозрачность лекарств; Повышение эффективной рабочей нагрузки фильтра; Влияет на стойкость давления и коррозионную стойкость систем из нержавеющей стали; Может вызвать физиологические реакции с конечным продуктом.

Механизм образования и классификация красной ржави

Окисление является распространенной формой электрохимической реакции, и ее главным принципом является то, что один элемент высвобождает электроны, в то время как другой элемент поглощает электроны, образуя реакцию окисления-редукции. В этом процессе кислород соединяется с определенным элементом в металле или сплаве, образуя оксид металла. Основная характеристика коррозионной устойчивости нержавеющей стали заключается в том, что элемент Cr в сплаве может образовать стабильную пленку оксида, богатую хромом, на его поверхности при контакте с кислородом. Он образуется мгновенно в присутствии окисляющего газа в нержавеющей стали. После образования пассивационного слоя коррозионная стойкость металла может быть улучшена, а металл проявляет уникальную «инертность», а скорость окисления будет снижена до незначительного диапазона.

Коррозия - это химическая или электрохимическая реакция между металлом и его окружающей средой, которая может вызвать неожиданные изменения в свойствах металла. Эти реакции могут привести к снижению коррозионной стойкости металла. Распространенные типы коррозии включают равномерную коррозию, электрохимическую коррозию, коррозию щелин, коррозию щелин, трещины коррозии напряжения и межгранулярную коррозию. Как только пассивативный слой нержавеющей стали поврежден по какой-то причине, кислород в воде будет медленно реагировать с элементом Fe, освобожденным из металла, чтобы образовать свободный оксид железа, а поверхность металла будет проявлять коррозию ржавчины, обычно известную как "красная ржавчина". Рисунок 2 симулирует механизм формирования красной ржавки. Хотя этот механизм все еще спорен, он ярко иллюстрирует химический процесс формирования красной ржавки.

Вода - очень слабый электролит. При 25°C константа ионного произведения воды Kw составляет 1×10 - 14. При 100°C константа ионного произведения воды Kw составляет 55×10 - 14. Концентрация в высокотемпературной инъекционной воде [H +] и [OH -] намного выше, чем в системе очистки воды при комнатной температуре, что приводит к увеличению скорости химической реакции между ионами свободного железа и ионами гидроксида в воде, что в конечном итоге приводит к образованию оксида железа в системе и вызывает красную ржавчину. Таким образом, система более склонна к возникновению красной ржавчины при работе в условиях высоких температур.

В зависимости от степени возникновения красную ржавчину можно разделить на три типа: тип I, тип II и тип III (рис. 3). Красная ржавчина типа I, также известная как мигрирующая красная ржавчина, содержит оксиды и гидроксиды из различных источников металлов с Fe2O3 в качестве основного компонента, небольшое количество FeO и Fe (OH) 2. Красная ржавчина типа I является гранулированной, слабо прикрепленной к поверхности нержавеющей стали, оранжевой или оранжево - красной, имеет тенденцию перемещаться вниз по течению от точки формирования красной ржавчины. Красная ржавчина типа I имеет легко генерируемые, легко очищаемые, легко повторяющиеся характеристики. Красная ржавчина типа II относится к активной коррозии, которая частично образуется на металлической поверхности и состоит в основном из Fe2O3, показывая ряд хроматографических карт от красного, оранжевого, синего, фиолетового, серого до черного. Красная ржавчина типа II плотно прикрепляется к поверхности нержавеющей стали, и ее трудно удалить после образования. Он обычно появляется в различных формах, таких как коррозионные ямы и коррозионные трещины, связанные с коррозией хлоридов или других галоидов.

Красная ржавчина типа III представляет собой черный оксид, образующийся при нагревании и окислении и обычно встречающийся на поверхности высокотемпературной среды, такой как чистая паровая система. Его основным компонентом является Fe3O4. По мере того, как слой красной ржавчины становится толще, системный цвет меняется с золотого на синий, а затем на черный с разной глубиной. Это поверхностное окисление начинается в виде стабильной пленки, которая почти не гранулирована. Его кристаллическая структура похожа на чрезвычайно стабильный магнетит.

Реагенты для удаления красной ржавки и тематические исследования

Реагенты HS-220 и HS-210 являются чистящими средствами, разработанными компанией Shuoke Company специально для удаления "красной ржави" и пассивации материалов из нержавеющей стали. HS-220 является щелочным чистящим средством, используемым в основном для удаления масляных пятен, белковых примесей и биопленок на поверхности нержавеющей стали, обеспечивая предпосылку для удаления ржавчины и чистящего эффекта HS-210; HS-210 является кислым чистящим средством, особенно подходящим для особых требований в фармацевтической, косметической, медицинской, пищевой и напитковой промышленности. Его основные ингредиенты включают фосфорную кислоту, лимонную кислоту, поверхностно-активные вещества и дисперсанты, которые могут эффективно удалить красную ржавую на поверхностях нержавеющей стали, особенно красную ржавую типа I и типа II. На рисунке 5 показана таблица сравнения растворимости Fe2O3 в HS-210 при различных концентрациях. Растворимость Fe2O3 на 15% CIP может достигать 260 г/100 галлонов.

Основным компонентом очистительного реагента CIP200 является лимонная кислота, которая эффективно избегает сильной реакции кислотной коррозии на нержавеющей стали при использовании сильных кислот, таких как азотная кислота для очистки в соответствии с конвенцией; В то же время чистящий реагент HS-210 содержит стабильные поверхностно-активные вещества и дисперсанты, которые не только увеличивают воздействие увлажнения поверхности, но и уменьшают повторное осаждение грязи; Чистительное средство HS-210 может быть совместимо с различными материалами и находится в низком состоянии пены при любой температуре, что эффективно предотвращает кавитацию центробежного насоса. Кроме того, он также может быть полностью промыт, с очень низким остатком. Особое значение имеет то, что 15% CIP200 чистящий реагент имеет тот же эффект пассивации, что и 17% HNO3 (рисунок 6), который может достичь одноэтапного удаления красной ржави и пассивации маринования в системах из нержавеющей стали, что значительно упрощает процесс очистки и экономит время очистки. Поэтому очистительный реагент HS-210 широко используется для удаления ржавчины и пассивации в очищенной воде и системах воды для впрыска, системах чистого пара, системах подготовки жидкости и системах CIP / SIP.

Резюме

Чтобы снизить риск красной ржавчины в фармацевтических жидкостных технологических системах, предприятиям необходимо принять концепцию управления « качество исходит из проекта» для эффективного контроля от источника дизайна. В проекте следующие меры имеют определенную справочную ценность для предотвращения и контроля возникновения красной ржавчины:

Надлежащим образом снижать температуру циркуляции в системе впрыска воды, например, поддерживая циркуляцию при температуре системы от 70°C до 85°C;

Строго в соответствии со стандартными правилами сварки для сварки, в строгом соответствии с принципом 3D мёртвого угла системы управления установкой, чтобы предотвратить остаточную коррозию кристаллов;

Выберите надежное распылительное устройство, чтобы предотвратить попадание железных стружек, вызывающее введение ионов чужеродного железа, чтобы избежать сухого вращения и трения распылительных шариков;

Обеспечить хороший эффект пассивации травлением, эффективно генерировать пассивационную пленку, регулярно поддерживать пассивацию системы, регенерировать пассивационную пленку, рекомендуемый цикл пассивации 1 - 3 года / раз;

Выберите высококачественное сырье для установки системы, система отслеживает отчеты о материалах для трубопроводов из нержавеющей стали и аксессуаров, чтобы обеспечить качество и полировку материала 316L;

Внедрение технологии анализа жидкости красного ржавчины или технологии анализа поверхности, установка онлайнового устройства мониторинга красного ржавчины, создание всеобъемлющего механизма оценки риска, раннее обнаружение и очистка.