红铁锈处理
红锈与药品质量宁静--一种全新的红锈预防与去除技术
   本文主要介绍制药行业红锈现象的特征及危害,并结合2010版中国药典和2010GMP的要求提出了具体解决计划;同时,介绍了HS-210试剂在红锈去除与钝化方面的冠军国际作用;最后,重点介绍了制药用水系统爆发红锈后的维护保养步伐。
众所周知,在制药工程中使用不锈钢的主要原因之一是因为它具有优越的抗腐化性。当不锈钢外貌泛起红褐色锈斑的时候,人们往往认为:“不锈钢是不生锈的,生锈就不是不锈钢了,肯定是钢质泛起了问题”。其实,这是对不锈钢的一种片面过失的看法,实际上,不锈钢在特定的条件下也是会生锈的,工程上称为“红锈现象”,见图1。


红锈是制药流体工艺系统中不锈钢材质一种常见的工程现象,红锈常爆发在制药用水等流体工艺系统的输送泵腔体内壁、隔膜阀阀体和膜片、罐体内壁、喷淋球内壁以及不锈钢焊缝及热影响区部分。接纳白布在不锈钢内壁进行擦拭,或在用水点出口处进行过滤取样,常会看到黄色或红色的固体颗粒物,这就是主要身分为氧化铁的红锈。
引起红锈爆发的因素较多,例如:高温或者高压情况中;氯化物等高腐化性情况;非不锈钢身分;以及不恰当的外貌制备(如焊接质量问题、质料外貌缺陷、不恰当的清洗或钝化等)均会诱发红锈的爆发。
红锈爆发后的危害很大,它属于颗粒物污染,会影响制药用水质量与药品澄清度;增加过滤器的有效事情负荷;影响不锈钢系统耐压能力和耐腐化能力;与最终产品可能爆发理化反应。
红锈的形成机理与分类
氧化作用是电化学反应的常见形式,其主要原理为:一个元素释放电子,同时,另一个元素吸收电子,整个历程组成了氧化还原反应,在这个历程中,氧气和金属或合金中的某个元素相结合生成金属氧化物。不锈钢耐腐化的基本特性是由于合金中的Cr元素和氧气接触后,能够在其外貌形成一层稳定的富铬氧化膜,它是不锈钢在有氧化气体保存的情况下瞬间形成的,钝化层形成后,能够改善金属的抗腐化特性,金属则体现出特有的“惰性”,其氧化速率将降低到微缺乏道的规模。



腐化是金属和情况之间化学或电化学的相互反应,它可以导致金属特性的非预期改变,这些反应会导致金属耐腐化功效的降低,常见的腐化有均匀腐化、电化学腐化、漏洞腐化、点腐化、应力腐化裂纹和晶间腐化。一旦有某种原因导致不锈钢的钝化层遭到了破坏,水中的氧气就会与金属中释放出来的Fe元素缓慢地爆发化学反应并形成疏松的氧化铁,金属外貌就会体现出锈迹的腐化,俗称“红锈”,图2是一种模拟的红锈形成机理,虽然该机理目前还保存争议,但它较为形象地说明了红锈形成的化学历程。
水是一种极弱的电解质,25℃时,水的离子积常数Kw为1×10-14,100℃时,水的离子积常数Kw为55×10-14。高温注射用水中[H+]浓度和[OH-]浓度远远大于常温纯化水系统,导致游离的铁离子与水中氢氧根离子爆发化学反应的速率增加,最终生成氧化铁并导致系统爆发红锈现象。因此,系统在高温条件下运行时更容易爆发红锈。图3是80℃注射用水贮存与分派系统的设备运行时间与不锈钢外貌状态关系图。



按爆发的水平差别,可将红锈分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型共3类(图4)。Ⅰ型红锈也称迁移型红锈,包括多种源金属所衍生的氧化物和氢氧化物,主要身分为Fe2O3,并含有少量的FeO与Fe(OH)2,Ⅰ型红锈呈颗粒态,在不锈钢外貌附着疏松,并泛起橙色或橙红色,具有从红锈生成点向下游迁移的趋势,Ⅰ型红锈具有易于生成、易于去除、易于复发等特点。Ⅱ型红锈属于金属外貌局部形成的活性腐化,主要身分为Fe2O3,泛起从红色、橙色、蓝色、紫色、灰色到玄色的一系列色谱,Ⅱ型红锈在不锈钢外貌附着紧密,一旦形成,较难去除,常以蚀坑、腐化漏洞等多种形式泛起,它与氯化物或其他卤化物的腐化有关。
Ⅲ型红锈为加热氧化后爆发的玄色氧化物,常爆发在高温情况中(例如纯蒸汽系统)的外貌氧化,主要身分为Fe3O4,随着红锈层的增厚,系统颜色会从金色变到蓝色,然后酿成深浅纷歧的玄色,这种外貌氧化以一种稳定的膜的形式开始,并且险些不可颗粒态,它的晶体结构类似于极其稳定的磁铁矿石。



除红锈试剂与案例
HS-220与HS-210试剂是STERIS公司专门针对 “红锈”的去除与不锈钢质料的钝化而开发的清洗剂。HS-220为碱性清洗剂,主要用来清除不锈钢外貌的油渍、卵白污物和生物膜,为HS-210的除锈清洗作用提供前提包管;HS-210为酸性清洗剂,尤其适用于制药、化妆品、医疗器械、食品和饮料行业的特殊要求,主要身分包括磷酸、柠檬酸、外貌活性剂和疏散剂等,可有效去除不锈钢外貌的红锈,尤其是Ⅰ型红锈与Ⅱ型红锈。图5是差别浓度的HS-210对Fe2O3的溶解度比照表,15% CIP对Fe2O3的溶解度可抵达260g/100加仑。
CIP200清洗试剂的主要身分为柠檬酸,有效制止了凭据老例接纳硝酸等强酸清洗时对不锈钢的强酸腐化反应;同时,HS-210清洗试剂含有稳定的外貌活性剂和疏散剂,既增加外貌润湿效果,又减少了污物的重新沉积;HS-210清洗试剂可以与多种质料兼容,在任何温度下都处于低泡沫状态,有效预防了离心泵的气蚀爆发,另外,它还可以充分漂洗,残留量极低。尤为重要的是,15% CIP200清洗试剂具有与17% HNO3同样的钝化效果(图6),可实现不锈钢系统的红锈去除与酸洗钝化一步完成,极大地简化了清洗流程、节省了清洗时间,因此,HS-210清洗试剂已被广泛应用于纯化水与注射用水系统、纯蒸汽系统、配液系统、CIP/SIP系统的除锈和钝化。
图7是笔者实践的某高温注射用水贮存与分派系统除红锈案例,该案例接纳15% CIP200在80℃高温作用下,实现了除红锈与钝化处理一次完成,通过按期抽样检测,除锈与钝化效果良好。
小结
为降低制药流体工艺系统爆发红锈的危害,企业需接纳“质量源于设计”的治理理念,从设计源头开始进行有效控制。在工程中,如下步伐关于预防并控制红锈的爆发有一定的借鉴作用:
适当降低注射用水系统循环温度,如系统温度坚持在70℃~ 85℃之间循环;
严格凭据焊接标准操作规程进行焊接,严格控制系统凭据3D死角的原则进行装置,避免残留物引起晶体腐化;
选择质量可靠的喷淋装置,避免脱落铁屑导致的外源性铁离子引入,制止喷淋球干转摩擦;
包管良好的酸洗钝化效果并有效生成钝化膜,对系统进行周期性维护钝化,重新生成钝化膜,推荐钝化周期为1~3年/次;
选择有质量包管的原质料进行系统装置,对不锈钢管道管件的材质报告进行系统追溯,包管316L材质的品质和抛光度;
引入红锈的流体剖析技术或外貌剖析技术,装置红锈在线监测仪,建立完善的危害评估机制,及早发明、及早清洗。
 

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