Zapytaj grupę inżynierów procesu, w której branży wykorzystuje się najwięcej filtrów metalowych, a otrzymasz kilka różnych odpowiedzi. Inżynier chemik mówi, że odzyskiwanie katalizatora. Inżynier półprzewodników zwraca uwagę na czystość gazu. Inżynier farmaceutyczny mówi o sterylnej filtracji i substancjach ekstrahowalnych. Każdy inżynier ma rację, po prostu patrzy na ten sam sprzęt z innej perspektywy.
Filtry te pojawiają się w różnych branżach, ale powody ich instalowania są bardzo różne. Niektóre operacje wymagają sprzętu odpornego na wysokie temperatury i ekstremalne ciśnienia. Inne wymagają kontroli zanieczyszczeń w ultra-czystym środowisku. Niektórzy po prostu chcą uniknąć kupowania jednorazowych wkładów co drugi dzień – wyczyść je, odłóż z powrotem i uruchom ponownie.
Sam materiał – tytan czy stal – zależy od tego, co przepływa przez system, w jakiej temperaturze pracuje i jak należy czyścić filtr. W tym artykule omówiono główne gałęzie przemysłu korzystające z filtrów metalowych i przyjrzano się czynnikom wpływającym na wybór materiałów w każdej z nich.
Chemia i Petrochemia
Jeśli spojrzymy na całkowity tonaż i liczbę jednostek, chemikalia i petrochemia wyprzedzą wszystkie pozostałe sektory. Nie ma prawdziwego konkursu.
Strumienie przepływające przez te rośliny są często gorące, pod ciśnieniem i wypełnione agresywnymi płynami – kwasami, substancjami żrącymi, rozpuszczalnikami, substancjami, które w krótkim czasie zjadają media organiczne. Spiekany metal wytrzymuje warunki, które w ciągu kilku godzin zniszczyłyby filtry-polimerowe.
Tytan jest używany w środowiskach chlorkowych od dziesięcioleci. Wytrzymuje tam, gdzie większość innych metali szybko koroduje. To sprawia, że jest to ustawienie domyślne dla kwasu solnego, mokrego chloru i rozcieńczonego kwasu siarkowego. Strumienie alkaliczne, substancje organiczne i gorące węglowodory wymagają czegoś mniej egzotycznego – stal nierdzewna 316L lub 304 poradzi sobie z nimi bez większych problemów. Inconel i Hastelloy są czasami wybierane do zastosowań o wysokim-pH i silnie żrących. To powiedziawszy, inżynierowie zwykle wyczerpują wszystkie inne możliwości przed podpisaniem zamówienia – te stopy nie są tanie.
Odzyskiwanie katalizatorów to kolejny ważny czynnik w sektorze chemicznym. Wodociągi i zakłady petrochemiczne wykorzystują drogie metale szlachetne – platynę, pallad, nikiel, kobalt. Jeśli cząstki katalizatora przedostaną się do dalszych urządzeń, straty szybko się sumują. Spiekane metalowe elementy filtrujące wychwytują te ciała stałe i zawracają je do reaktora. Dobrze-zaprojektowany system odzyskiwania danych zazwyczaj pokrywa swoje koszty w ciągu dwunastu do osiemnastu miesięcy.
Jako punkt odniesienia warto wspomnieć o serwisie oleju szlamowego FCC. Zawartość ciał stałych na wlocie często osiąga 12 000 ppm. Temperatury oscylują wokół 350 stopni. Specyfikacje outletowe wymagają zawartości substancji stałych poniżej 50 ppm. Podłoża organiczne nie są w stanie przetrwać w takich temperaturach. Ceramika toleruje ciepło, ale ma tendencję do pękania pod wpływem wielokrotnego płukania wstecznego. Spiekana stal nierdzewna – zwykle 316L lub 304 – nie stwarza żadnego problemu.
Półprzewodniki
Produkcja półprzewodników podchodzi do filtracji z innej perspektywy. Nie chodzi tu o odporność na korozję. Chodzi o czystość na skalę, o której większość inżynierów nigdy nie musi myśleć.
Filtrowane płyny to gazy o-wysokiej-czystości i niektóre chemikalia procesowe. Sam filtr musi pozostać czysty – nie wydzielać cząstek, nie odgazowywać ani nie wprowadzać śladowych zanieczyszczeń. Membrany organiczne na ogół nie wchodzą w grę, ponieważ mogą uwalniać włókna lub substancje lotne. Spiekany metal nie ma takich problemów. Jest sztywny. Nie rzuca. Można go piec w wysokich temperaturach, aby usunąć wszelkie pozostałości zanieczyszczeń.
Wybór materiału jest tutaj prosty: stal nierdzewna 316L. Ma odpowiednią odporność na korozję w przypadku strumieni gazów półprzewodnikowych i łagodnych chemikaliów, ale co ważniejsze, dobrze scharakteryzowano jego zachowanie w zakresie usuwania cząstek. Integralność spoiny jest przewidywalna. Nie wprowadza obaw związanych z-zanieczyszczeniem krzyżowym, które tytan czasami powoduje na pewnych etapach procesu.
Typowe zastosowania obejmują panele dystrybucji gazu-o wysokiej czystości, filtrację zawiesiny CMP i filtry-w miejscu-użytkowania w narzędziach do wytrawiania i osadzania. Stopień filtracji często spada do bezwzględnej wartości 0,1 µm. Jest to bardziej rygorystyczna specyfikacja niż większość zakładów chemicznych i kładzie nacisk na integralność filtra i kontrolę jakości.
Farmaceutyki
Farmacja to znowu inne zwierzę. Temperatury i ciśnienia procesu są zwykle umiarkowane. Prawdziwym czynnikiem jest zgodność z przepisami.
W ostatnich latach organy regulacyjne nalegały na wprowadzenie bardziej rygorystycznych norm dotyczących sterylnej filtracji oraz substancji ekstrahowanych i wymywanych. Media filtracyjne muszą charakteryzować się niskim poziomem wymywalności, stałą retencją bakterii i zatwierdzonymi protokołami czyszczenia. Elementy metalowe spełniają te standardy i mają jedną wyraźną przewagę nad elementami jednorazowymi – można je czyścić na miejscu i sterylizować na miejscu za pomocą pary. Filtry jednorazowe wyrzuca się po jednorazowym użyciu. Spiekany metalowy element wraca do pętli.
Filtracja farmaceutyczna działa prawie wyłącznie na 316L. Bez problemu radzi sobie z mediami-na bazie wody, buforami i popularnymi rozpuszczalnikami leków. Wytrzymuje także cykle parowe i procedury CIP bez degradacji. Tytan rzadko pojawia się w farmacji, ponieważ nie ma dla niego precedensu regulacyjnego w większości zastosowań, a walidacja jest już wystarczająco trudna w przypadku materiałów o długiej historii.
Strona praktyczna też się liczy. Linie farmaceutyczne kursują nieprzerwanie. Wymiana materiałów jednorazowych oznacza przestoje, ponowną walidację i formalności. Element metalowy, który można czyścić i używać wielokrotnie, znacznie zmniejsza koszty ogólne.
Jedzenie i napoje
W żywności i napojach filtry metalowe pojawiają się w liniach gorącego syropu, rozjaśnianiu piwa i etapach redukcji drobnoustrojów. Możliwość czyszczenia i ponownego wykorzystania elementów sprawia, że są one-opłacalne w środowiskach produkcji ciągłej.
Stal nierdzewna 304 jest tutaj koniem roboczym. Jest niedrogi, łatwy w utrzymaniu czystości i wytrzymuje chemikalia CIP, które przepuszczają zakłady spożywcze. Niektóre operacje związane z kwaśnymi sokami owocowymi lub roztworami solanki zwiększają pojemność do 316 litrów. Tytan jest rzadko spotykany w gastronomii – jest zbyt drogi i nie ma w jego przypadku zbyt wielu precedensów regulacyjnych. Istnieją niszowe wyjątki w przetwarzaniu soków, w których chlorki i podwyższone temperatury nakładają się na siebie, ale są one nieliczne.
Wytwarzanie energii i przemysł lotniczy
Do wytwarzania energii wykorzystuje się filtry metalowe w układach oleju smarowego turbin, wstępne-filtry wody użytkowej oraz doczyszczanie wody zasilającej. Decydującymi czynnikami są niezawodność i długie okresy międzyobsługowe.
Większość tych zastosowań pokrywa stal nierdzewna 304 i 316L. Korozja rzadko jest głównym problemem w zastosowaniach energetycznych. Obciążenia cykliczne i trwałość zmęczeniowa niosą ze sobą większy ciężar. Elektrownie jądrowe czasami wymagają ulepszonych materiałów, a tytan ma zastosowanie w systemach chłodzonych wodą morską-, w których znane jest ryzyko pękania chlorków.
Tytan ma większe zastosowanie w przemyśle lotniczym niż w większości innych gałęzi przemysłu poza przetwórstwem chemicznym. Płatowce i przewody hydrauliczne korzystają z redukcji masy, jaką zapewnia tytan. Odporność na korozję jest pomocna, ale zwykle ważniejszym czynnikiem jest oszczędność funtów na płatowcu. Stal nierdzewna nadal znajduje zastosowanie tam, gdzie masa nie ma większego znaczenia lub gdy element nie jest zamontowany na konstrukcji samolotu.
Która branża zajmuje zatem pierwsze miejsce? Pod względem całkowitego wolumenu zdecydowanie wygrywają chemikalia i petrochemia. Według wymagań procesu półprzewodniki wyznaczają najwyższą poprzeczkę. Ze względu na obciążenia regulacyjne sektor farmaceutyczny stoi w obliczu największego wzrostu.
Dodaj to wszystko, a stal nierdzewna 316L wyjdzie na wierzch w czystej objętości. Pojawia się wszędzie. Tytan jest bardziej wyspecjalizowany –-stosuje się go w przypadku kwasu solnego, mokrego chloru i niektórych zastosowań w przemyśle lotniczym, ale rzadko spotykany w półprzewodnikach, farmaceutykach i zakładach spożywczych. 304 radzi sobie z mniej wymagającymi pracami, w których chlorki nie mają znaczenia.
To, co łączy to wszystko razem, jest proste. Proces jest zbyt agresywny, zbyt czuły lub zbyt kosztowny, aby ryzykować awarię filtra. Substancje organiczne nie mogą wykonać tego zadania. Koszt nieplanowanego przestoju lub wypadku zanieczyszczenia prawie zawsze przekracza początkową inwestycję w metal spiekany.
To jest nisza, którą zajmują te filtry. Nie dlatego, że są nowe lub ekscytujące. Ponieważ radzą sobie z warunkami, które pozostawiają inne media w tyle.
