ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конструкционные материалы из "Основы технологии органических веществ" Выбор материалов для аппаратуры, применяемой в промышленных условиях, имеет исключительное значение. Раньше важнейшими конструкционными материалами в химических производствах являлись сталь и медь. Реакторы и, особенно, перегонные аппараты изготовляли из меди, которая устойчива к действию уксусной кислоты и многих органических кислот. В настоящее время медь во многих случаях заменяется алюминием, особенно алюминием высокой чистоты (свыше 99,5% А1), устойчивым к действию органических кислот, уксусного ангидрида и концентрированной азотной кислоты. [c.244] Издавна применяется свинец, например на сернокислотных установках и на заводах сульфитной целлюлозы. Он устойчив к действию серной кислоты самых различных концентраций (вплоть до 78%-ной), сернистой кислоты и бисульфита. Освинцованные аппараты широко применяются в процессах сульфирования и во многих процессах, протекающих в кислой среде, которая разрушает железо, например в процессах хлорирования. В освинцованных аппаратах можно успешно проводить нагревание и охлаждение в футерованных аппаратах (неметаллическиепокрытия.— Прим. ред.) нагревание и охлаждение затруднено, если для этой це.пи не используют нагревательные или охлаждающие свинцовые змеевики или змеевики из кислотоупорной стали. Аппараты обкладывают листовым свинцом или равномерно освинцовывают. Для равномерного освинцовывания расплавленный свинец наносят на оцинкованную поверхность аппарата, предварительно очищенную пескоструйной обработкой или другим способом. Свинцовое покрытие прочно держится на поверхности и не отстает при создании вакуума в освинцованном аппарате. Химическая стойкость свинцового покрытия в значительной мере зависит от присутствия в нем примесей других металлов. Так, некоторые покрытия, изготовленные из свинцового лома, часто оказываются недолговечными. В сурьмянисто-свинцовом сплаве (гартблей) содержится 10—12% сурьмы. [c.245] Аппараты. выполняют также из никеля. Он устойчив к действию щелочей при высоких температурах. Особенно высокой теплостойкостью обладают хромоникелевые и железохромоникелевые сплавы. [c.245] Бронза (сплав меди с оловом, иногда с другими добавками) применяется в тех случаях, когда требуется высоковязкий металл, например для изготовления арматуры, подшипников, некоторых деталей смесителей, шнеков и безыскровых инструментов. [c.245] Особо высокой теплостойкостью и устойчивостью к коррозии при высокой температуре обладает сихромаль—сплав железа с различным количеством хрома, алюминия и кремния. Его применяют для изготовления паровых котлов высокого давления, подогревателей, контактных труб (например, для крекинг-установок), деталей в печах для полукоксования (системы Гейссена). [c.246] Важнейшими конструкционными материалами являются сталь и чугун. Ни один материал не имеет такого разностороннего применения, как сталь. Она обладает не только высокой механической прочностью, но и является самым дешевым материалом для химического аппаратостроения. Сталь устойчива к действию не очень концентрированных щелочных сред и нестойка к действию кислот. Концентрированные щелочи, особенно при нагревании, придают железу хрупкость (щелочная хрупкость). [c.246] Стойкость свинца к действию серной кислоты уменьшается с повышением ее концентрации вследствие увеличения растворимости сульфата, тогда как устойчивость железа в этих условиях возрастает. Можно отметить, что разрушение металлов под действием химических агентов зависит от стойкости образующихся поверхностных слоев. Действие иигибиторов коррозии основано на пассивировании (даже временном) поверхности металла (образование защитного слоя) или на предотвращении местного образования пар металлов (микроэлементов). Часто коррозия вызывается действием кислорода в таком случае добавка восстановителей оказывает защитное действие. В среде галоиди-рованных углеводородов стабилизаторы предотвращают отщепление или выделение хлористого водорода. Образование кислоты в ряде случаев вызывается процессом самоокисления, поэтому зачастую антиокислители оказывают защитное действие. [c.246] Сталь может применяться для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию концентрирозанноп серной кислоты (более 90 % H.SOJ, следовательно, и для изготовления аппаратуры, в которой находится олеум. Чугун устойчивее к действию кислот, чем сталь, и может применяться во всех процессах, проводимых Б кислой среде. [c.246] В среде хлористого водорода в присутствии воды сталь непригодна как конструкционный материал, но в отсутствие воды, особенно при температурах выше 100°, сталь может быть с успехом применена. [c.246] Хлористый аммоний как в жидком, так и в парообразном виде разрушает металл сильнее, чем можно было бы ожидать как результат его диссоциации на КНз и H I. Разрушение уменьшается с увеличением избытка NHg, поэтому получение аминов из аммиака и галоидопроизводных углеводородов вполне можно проводить в стальной аппаратуре даже при высокой температуре (например, п-нитрохлорбензол- нитроанилин при 170—180°) при условии, если поддерживается достаточно большой избыток аммиака. [c.247] Сталь и чугун довольно чувствительны к действию горячих растворов щелочей при этом, особенно в присутствии воздуха, железо переходит в раствор в виде солей железной кислоты. [c.247] В технологии промежуточных продуктов очень широко применяются эмалированные железные аппараты. Раньше умели эмалировать только чугунные аппараты, так как эмаль была недостаточно эластична и растрескивалась при изгибах сравнительно тонкостенной листовой стали. Некоторые сорта эмалей пригодны для эмалирования стальных сосудов. Преимуществом таких сосудов по сравнению с чугунными является лучшая теплопередача при нагревании и охлаждении. Эмаль устойчива к действию всех кислот, в том числе и концентрированной соляной кислоты, но разрушается щелочами. Так, эмалированные аппараты устойчивы к действию разбавленных горячих растворов соды, но они непригодны для концентрированных или едких щелочей. Недостатком эмалированных сосудов является их большая чувствительность к механическим воздействиям, быстрому нагреванию и особенно к быстрому охлаждению. Кроме того, верхний температурный предел их эксплуатации обычно не превышает 200°. Для обогрева таких аппаратов следует применять пар или нагревательные вагшы. [c.247] МИ плитками, применяемая, например, для облицовки мешалок, нутч-фильтров, приемных сосудов и резервуаров. В зависимости от характера связующего в составах, применяемых для укладки плиток и заполнения швов между ними, различают кислотоупорную и щелочеупорную футеровку. В аппаратах с кислотоупорной футеровкой нельзя создавать щелочные среды, и наоборот. В качестве связующего и материала для заполнения швов применяются цемент, кислотоупорная замазка (на жидком стекле) и асплит (отверждающаяся на холоду феноло-формальдегидная смола), а также смеси глицерина со свинцовым глетом. В качестве наполнителей в замазки вводят силикаты в виде тонкого порошка, например кизельгур, мельчайший песок или стеклянную муку. Для получения высококислотоупорного покрытия часто два слоя плиток накладывают на однородную освинцованную или гуммированную поверхность. Хорошая и долговечная футеровка может быть нанесена лишь высококвалифицированным опытным мастером и требует затраты большого количества времени. [c.248] Феноло-формальдегидные смолы очень устойчивы к действию кислот, особенно соляной кислоты. Сосуды покрывают неотверж-денной смолой, после чего ее отверждают в печи ( запекание ). Такие бакелитовые покрытия устойчивы к воздействию H I, SO2 и 1.J, но неустойчивы к действию щелочей. [c.248] Для защиты от действия соляной и других разбавленных кислот применяется также гуммирование аппаратов и обкладка полиизобутиленом (оппанол) и поливинилхлоридными пленками. Гуммированные покрытия отличаются наибольшей механической прочностью. Применяется гуммирование мешалок, змеевиков, резервуаров, вагонов-цистерн, трубопроводов, насосов, вентилей, барабанных фильтров, прессов, нутч-фильтров, т. е. почти всех аппаратов, используемых в химической технологии. Трудность гуммирования заключается в том, что для вулканизации покрытия требуются обогреваемые емкости и применение давления при гуммировании крупных аппаратов такие емкости должны иметь значительные размеры. Гуммированные аппараты пригодны только для работы с водными растворами. В присутствии даже незначительного количества органических растворителей обычная резина набухает и разрушается, как и оппанол. В этом отношении лучшим является бакелитовое покрытие. Гуммирование же, особенно мягкими вулканизатами, лучше противостоит механическим воздействиям. Если перемешиваемая жидкость содержит взвесь твердого абразивного вещества, соприкасающиеся с ним металлические стенки аппарата и мешалка быстро истираются. Аппарат и мешалка, гуммированные мягкими вулканизатами, служат в этих условиях в течение длительного времени. [c.248] ЭТОГО материала. Такие аппараты устойчивы к действию почти всех кислот и щелочей, хлора и SOj. Из поливинилхлорида изготовляют всевозможные трубы, вентили и арматуру. Однако его можно применять при температурах не выше 70—80° кроме того, он очень чувствителен к ударам и толчкам, поэтому при обращении с винидуровыми вентилями необходимо соблюдать большую осторожность. [c.249] При использовании в качестве конструкционных материалов пластических масс следует учитывать их плохую теплопроводность и чувствительность к колебаниям температуры. Они мало пригодны для изготовления холодильников и теплообменников. [c.249] Следует упомянуть также реакционные аппараты, холодильники и теплообменники, а также футеровку из графита, пропитанного или склеенного отверждающейся смолой, например фе-ноло-формальдегидной. Этот материал характеризуется лучшей теплоотдачей, чем пластические массы или керамика, и потому особенно пригоден для изготовления высокопроизводительных холодильников и теплообменников. Графит устойчив к действию соляной кислоты и других неорганических и органических кислот и совершенно нечувствителен к резким изменениям температуры. [c.249] Керамические изделия применяли еще алхимики, пользовавшиеся глиняными ретортами для перегонки, глиняными приемниками и холодильниками. Во времена алхимиков это был единственный материал, пригодный для проведения реакций в кислой среде. Применявшиеся тогда глиняные аппараты должны были обладать поразительной прочностью. Например, в 1526 г. в Норд-гаузене (Гарц) купоросное масло получали в ретортах нагреванием сульфата железа до белого каления. Керамическая аппаратура, арматура, нутч-фильтры, трубы, насосы из керамики до сих пор еще широко применяются, но лишь в тех случаях, когда процессы проводятся при температуре до 80° и при отсутствии резких изменений температуры. Из керамики изготовляют также резервуары вместимостью несколько тысяч литров, приемники, поглотители в производстве соляной кислоты, абсорберы, скрубберы, мешалки, шаровые мельницы. Недостатком керамики является большая чувствительность ее к механическим воздействиям. То же можно сказать и о фарфоровых аппаратах, хотя их применяют и при довольно высоких температурах в условиях равномерного нагревания и охлаждения. Фарфоровые мешалки, перегонные кубы, колонны, холодильники практически устойчивы к действию почти всех реагентов. [c.249] Вернуться к основной статье