Pericoli di una concentrazione eccessivamente elevata di ioni cloruro su quattro tipi di tubi di riscaldamento per la fermentazione

# Pericoli derivanti da una concentrazione eccessivamente elevata di ioni cloruro in quattro tipi di tubi riscaldanti per la fermentazione La presenza di ioni cloruro è prevalente nei terreni di coltura, nell'acqua di preparazione e negli agenti detergenti. Il cloruro penetra negli strati protettivi, provoca corrosione e vaiolatura uniformi e riduce significativamente la durata dei riscaldatori quando la concentrazione supera la soglia di sicurezza del materiale. La tabella seguente fornisce un riepilogo dei limiti di tolleranza del cloruro, dei meccanismi di corrosione, dei cicli di guasto e delle strategie di controllo per ciascun materiale del tubo di riscaldamento.|Materiale del tubo di riscaldamento|Limite di cloruro sicuro a lungo termine-|Meccanismo di corrosione del cloruro del nucleo|Tipico ciclo di errore al superamento del-limite cloruro|Misure di controllo della fonte|| ----|----|----|----|----|| Acciaio inossidabile 316|Inferiore o uguale a 50 ppm|Cl⁻ distrugge la pellicola passiva di cromo, penetra nelle microfessure della pellicola per formare cellule di vaiolatura localizzate; le saldature sono punti di corrosione prioritari|Attraverso-vaiolature di saldatura della parete entro 2-4 mesi|Installare un addolcitore dell'acqua + resina a scambio ionico per la preparazione dell'acqua; limitare il cloruro-contenente additivi detergenti|| Titanio grado 2|Inferiore o uguale a 200 ppm|Il solo cloruro ha una debole corrosione; sinergia con una quantità insufficiente di ossigeno/fluoruro disciolto per bloccare l'auto-riparazione della pellicola di TiO₂, espandere gli alveoli di graffiatura|Macchie lattiginose sparse entro 3 mesi|Sistema di approvvigionamento idrico indipendente privo di acqua non trattata ad alto-cloruro; mantenere l'ossigeno disciolto sempre maggiore o uguale a 8 mg/l|| Riscaldatore rivestito in PFA|Illimitato (minaccia solo il substrato)|Il cloruro non erode il PFA stesso; penetra attraverso i graffi del rivestimento per raggiungere la base in acciaio al carbonio, provocando ruggine del substrato e bolle tra gli strati|Contaminazione del supporto da parte della ruggine entro 4 mesi dal graffio del rivestimento|Filtro fine a due stadi per prevenire danni da graffi dovuti alle particelle; risciacquo completo in più-fasi per rimuovere il cloruro residuo nei graffi|| Vetro al quarzo|• Nessun rischio di corrosione da cloruri|Gli ioni cloruro non reagiscono con il biossido di silicio; solo il cloruro adsorbito intrappola i residui alcalini aggravando i danni dovuti al gelo|Nessun rischio diretto di incisione con cloruro|Circolazione regolare dell'acido per eliminare i depositi di sali di cloruro adsorbiti|## 1. Principio generale della corrosione da cloruro Gli ioni cloruro possiedono una straordinaria capacità di adsorbimento e penetrazione: 1. La continuità dei film protettivi viene interrotta poiché gli ioni cloruro vengono preferenzialmente adsorbiti sui micro-difetti dei film passivi metallici, sostituendo gli atomi di ossigeno negli strati di ossido per formare cloruri metallici solubili. 2. In un ciclo auto-catalizzato, il cloruro si accumula continuamente in pozzi di corrosione locali dopo la rottura del film, con conseguente formazione di un microambiente a basso-pH e alto-cloruro che accelera l'espansione verso l'interno. 3. Il sistema CIP convenzionale non è in grado di eliminare completamente i residui di sali di cloruro confinati in zone morte, graffi e spazi tra le guarnizioni, con conseguente formazione di punti di attivazione permanente della corrosione durante cicli di riscaldamento ripetuti. 2. Degradazione progressiva del cloruro specifica del materiale ### Acciaio inossidabile 316 (il più suscettibile a cloruro) L'efficacia anti-cloruro della pellicola passiva-ricca di cromo dell'acciaio inossidabile 316 è inferiore alla media. Quando la concentrazione di cloruro nel mezzo supera 50 ppm: - Inizialmente, il cloruro penetra nella sottile pellicola passiva sulle fessure di saldatura, provocando la formazione di minuscoli alveoli di corrosione. Il cloruro viene ulteriormente concentrato all'interno delle trincee mediante ritenzione statica, copertura di biofilm e alta temperatura, risultando in una concentrazione di decine di volte. - La profondità della fossa aumenta con ogni ciclo di avvio-arresto termico; in assenza di passivazione offline semestrale-annuale, la parete del tubo viene rapidamente penetrata da cavità, con conseguenti perdite medie e perdite di lotto. La causa principale del guasto prematuro dei riscaldatori in acciaio inossidabile è l'uso di acqua grezza sotterranea con un alto contenuto di cloruro naturale in numerose linee biofarmaceutiche. ### Titanio di grado 2 (eccellente resistenza al cloruro) Grazie alla sua capacità di resistere in modo indipendente al cloruro ad alta concentrazione, la pellicola di TiO₂ di titanio puro è il materiale preferito per i processi di fermentazione ad alto contenuto di sale. Tuttavia, il cloruro genererà rischi sovrapposti nel caso di due circostanze sfavorevoli: 1. Ossigeno disciolto al di sotto di una concentrazione di 8 mg/l, la pellicola di TiO₂ non è in grado di autoripararsi-e il cloruro si accumula nei punti di graffio, con conseguente formazione di sacche di incisione locali. 2. Coesistenza di tracce di fluoruro: il tasso di dissoluzione del fluoruro-film eroso viene accelerato dal cloruro, determinando la formazione di un'ampia area di colore bianco latte sulla parete del tubo. La rigorosa regolamentazione del contenuto di fluoro è ancora necessaria nei sistemi al titanio, anche se il livello di cloruro è significativamente inferiore al limite di sicurezza di 200 ppm. ### Riscaldatore con rivestimento in PFA I rivestimenti intatti non sono influenzati dal cloruro, poiché la struttura molecolare del fluoroplastico PFA respinge completamente gli ioni cloruro. Il rischio è presente esclusivamente in presenza di graffi sul rivestimento: il liquido detergente e il mezzo, che contengono cloruro, sono in grado di penetrare negli spazi dei graffi e vengono quindi sigillati tra il substrato di acciaio al carbonio e il rivestimento. La formazione di ruggine del substrato viene accelerata dal cloruro durante il riscaldamento, che provoca l'espansione del rivestimento e la formazione di lesioni a seguito dell'espansione del volume della ruggine. Una volta che le vesciche si rompono, il cloruro di ferro contamina il fluido di fermentazione, determinando un indice di metalli pesanti che non rientra nell'intervallo specificato. ### Gli ioni cloruro di vetro di quarzo non sono in grado di indurre danni diretti da incisione a causa della loro incapacità di reagire chimicamente con il biossido di silicio di quarzo. Il rischio nascosto è l'adsorbimento fisico: cristalli di sale di cloruro si formano sulle pareti dei tubi in seguito all'evaporazione dell'acqua durante lo standby statico. Questi depositi cristallini catturano il liquido detergente alcalino residuo, dando luogo alla formazione di microregioni locali ad alto contenuto alcalino che ghiacciano continuamente le superfici di quarzo, riducendo così la resistenza strutturale e la trasmissione della luce. Questo pericolo indiretto può essere completamente eliminato eseguendo regolarmente un lavaggio con acido per rimuovere i depositi di sali di cloruro. ## 3. Fonti primarie in loco di un eccesso di cloruro 1. Acqua del rubinetto o acqua grezza sotterranea non trattata con un elevato contenuto di cloruro naturale per una preparazione media. 2. Le formule di fermentazione contengono una quantità eccessiva di materie prime contenenti azoto, fosforo e oligoelementi contenenti cloruro. 3. Il cloruro residuo è intrappolato nelle zone morte della tubazione a causa della selezione impropria di disinfettanti contenenti cloro per la pulizia CIP. 4. Il la contaminazione incrociata delle acque reflue di fermentazione ad alto contenuto di sale viene reimmessa nel sistema di approvvigionamento dell'acqua di preparazione. 5. Arricchimento locale e precipitazione di sali di cloruro sotto il biofilm come risultato della ritenzione statica del mezzo a lungo termine. 4. Misure per l'intercettazione e il controllo del cloruro durante l'intero processo ### Trattamento dell'acqua di fonte Installare una resina a scambio ionico o un apparecchio a osmosi inversa nell'acqua di preparazione del mezzo per garantire che il livello di cloruro in uscita rimanga inferiore a 30 ppm per i circuiti in acciaio inossidabile. Lo standard può essere ridotto a meno di 150 ppm per le linee in titanio. ### Ispezione delle materie prime all'arrivo Rifiuto dei campioni con eccessivo cloruro per linee di produzione di acciaio inossidabile; testare il contenuto di cloruro di tutte le materie prime del terreno di coltura prima della somministrazione. ### Ottimizzazione della formula di pulizia CIP Vietare l'uso prolungato di disinfettanti a base di cloro ad alto contenuto di cloruro; utilizzare invece detergenti alcalini privi di cloro. Per eliminare il sale cloruro residuo nelle zone morte, prolungare il tempo di attesa del processo di risciacquo a più fasi. ### Gestione delle operazioni di processo differenziate 1. Linee in acciaio inossidabile: per riparare la pellicola passiva danneggiata dal cloruro, implementare una passivazione semestrale ed evitare la ritenzione statica del mezzo a lungo termine. 2. Linee ad alto contenuto di cloruro di titanio: azionare continuamente l'aerazione per garantire che il livello di ossigeno disciolto sia almeno 8 mg/l e per prevenire la corrosione causata dalla sovrapposizione di cloruro e condizioni di basso ossigeno. 3. Riscaldatori PFA: migliorare la filtrazione front-end per evitare graffi e prevenire sostanzialmente l'accesso del cloruro al substrato di acciaio al carbonio. 4. Circuiti al quarzo: condurre mensilmente una circolazione completa dell'acido per rimuovere i depositi di sali di cloruro adsorbiti e mitigare il rischio di formazione di ghiaccio alcalino indiretto. ### Monitoraggio giornaliero delle pattuglie Registrare quotidianamente i dati sui risultati del test del cloruro dell'acqua di preparazione e del brodo di fermentazione. Se il criterio di sicurezza dei materiali viene superato, la frequenza del lavaggio CIP dovrebbe essere aumentata e i programmi di ispezione di manutenzione dovrebbero essere anticipati. ## Riepilogo La causa principale della corrosione per vaiolatura dell'acciaio inossidabile sono gli ioni cloruro. Non danneggiano direttamente il titanio, il PFA o il quarzo; piuttosto, creano pericoli nascosti che si sovrappongono, inclusi graffi, basso livello di ossigeno disciolto e residui alcalini. Il trattamento dell'acqua, lo screening delle materie prime e la pulizia standardizzata sono le misure principali per eliminare la corrosione accelerata indotta dal cloruro dei fasci tubieri di riscaldamento mantenendo la concentrazione di cloruro entro limiti di sicurezza specifici del materiale.