ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ

Требования к химической аппаратуре

В химической технологии перерабатывается большое количество органических и неорганических продуктов, осуществляются синтез и разделение полученных смесей на компоненты. Эта переработка проводится в широком диапазоне температур — примерно от —200 до +2500° С, при давлениях от 101,3 до 600 мПа, иногда в сильно агрессивных средах. Для проведения химических реакций и после­дующей переработки полученных смесей используется различная аппаратура, которая должна удовлетворять ряду требований. Основными из них являются механическая надежность, долговеч­ность, конструктивное совершенство, простота изготовления, удоб­ство транспортирования и монтажа, удобство эксплуатации.

Механическая надежность характеризуется прочностью, жест­костью, устойчивостью, герметичностью. Оборудование должно быть выполнено для определенных условий работы и не быть чрез­мерно прочным. Напряжения в деталях конструкций должны быть лишь немного ниже допускаемых, иначе масса и стоимость конст­рукций будут неоправданно велики. Конструкцию в целом, как пра­вило, делают равнопрочной, хотя этот принцип иногда сознательно нарушают. Например, в конструкции дробилок предусматривается одна легко заменяемая деталь, прочность которой гораздо меньше прочности остальных деталей. При попадании в дробилку особо прочного материала, на измельчение которого машина не рассчита­на, ломается именно эта деталь. В результате ремонт сложной ма­шины сводится к замене только одной простой детали. Другим при­мером подобной конструкции могут служить взрывные мембраны, предохраняющие аппараты и трубопроводы от разрушения, когда давление в них превысит допустимые пределы.

Для деталей аппаратов, подверженных сжимающим нагрузкам, весьма важна их жесткость, т. е. способность сохранения первона­чальной формы, устойчивости конструкции и др.

Особенно важным качеством химической аппаратуры является ее герметичность. Это обязательное условие для аппаратов и тру­бопроводов, работающих под избыточным давлением или под ва­куумом. При возникновении неплотностей в аппаратах, работающих под давлением, часть продуктов переработки теряется,.вследствие чего снижается выход. Кроме, того, химические продукты, попадаю­щие в окружающую среду, загрязняют атмосферу, создают анти­санитарные условия труда. Чаще всего неплотности появляются в разъемных соединениях: фланцах аппаратов и трубопроводов, саль-

16

никах, лабиринтных уплотнениях. Эти конструктивные узлы рас­пространены в химической аппаратуре, поэтому на их герметичность следует обращать особое внимание.

Долговечность аппаратуры зависит от ряда факторов и для от­дельных производств определяется соответствующими министерст­вами и ведомствами. Для большинства типов оборудования хими­ческих заводов установлена длительность эксплуатации 7—10 лет. Эти цифры принимают за основу для подсчета амортизационных отчислений. Действительные сроки долговечности могут быть мень­ше или больше. В первом случае оборудование проходит капиталь­но-восстановительные ремонты. Излишняя долговечность также не может быть оправдана, так как оборудование морально устаревает и по этой причине требует замены.

Конструктивное совершенство характеризуется простотой уст­ройства, малой массой и габаритами, небольшими затратами доро­гих и дефицитных материалов, технологичностью изготовления. Под технологичностью изготовления следует понимать доступность всех узлов аппарата, удобство обработки и сборки, возможность об­работки в определенной последовательности (например; вальцовка, сварка, затем токарная обработка и т. д.). При конструировании аппаратов должно быть учтено требование удобства монтажа и обеспечены их прочность и жесткость при сборке, ремонте, подъеме кранами и установке на опорных конструкциях.

Химические продукты в большинстве случаев вызывают корро­зию материала аппаратуры, поэтому при проектировании промыш­ленных установок помимо механических и тепловых свойств не­обходимо учитывать коррозионную стойкость конструкционных ма­териалов. Коррозионная стойкость — важное свойство, определяю­щее пригодность материала для работы в агрессивных средах. В основном для изготовления аппаратуры и трубопроводов приме­няют различные металлы и их сплавы, хотя находят применение и неметаллические материалы.

Коррозионная стойкость металлических материалов характери­зуется скоростью коррозии и глубинным показателем коррозии. Ско­рость коррозии выражается уменьшением массы образца, отнесен­ным к единице поверхности образца при заданной продолжитель­ности испытания, и выражается в г/(м²-ч). Глубинный показатель характеризует скорость коррозии в единицах линейного размера, от­несенных к единице времени, и выражается в мм/год.

Коррозионную стойкость материалов оценивают по десятибалль­ной шкале (ГОСТ 13819—68). На основании ГОСТа для изготовле­ния химического оборудования используют материалы Iи IIгрупп, как совершенно стойкие и весьма стойкие, соответственно с глубин­ными показателями коррозии менее 0,001 и 0,01 мм/год. Если при­меняются менее стойкие материалы, то в этом случае следует учи­тывать, что перерабатываемые продукты могут загрязняться про­дуктами коррозии.

Коррозия металлов вызывается различными причинами и по­является под влиянием химического, электрохимического и меха-

17

«шческого взаимодействия, называемого эрозией./Последняя при­
чина разрушения наиболее часто встречается в л/ашинах, предназ­
наченных для измельчения материалов.       /

Коррозия начинается с поверхности метал-ла и распространяет­ся вглубь, вызывая изменение состава металла и его свойств. При этом металл частично растворяется или образуются продукты взаи­модействия, например ржавчина при коррозии железа. Как прави­ло, процессы коррозии протекают значительно быстрее, если кроме -основного реагента присутствует влага. Так, 100%-ная H₂S0₄прак­тически не действует на торговые сорта железа (СтЗ и др.), тогда как серная кислота 20%-ной концентрации растворяет его чрезвы­чайно быстро. Такое же воздействие влага оказывает в присутст­вии СЬ, S0₂и других агентов.

Химическая аппаратура должна удовлетворять основным экс­плуатационным показателям: обеспечивать заданную производи­тельность, заданные расходные коэффициенты по сырью, минималь­ные эксплуатационные расходы, удобство обслуживания, надеж­ность и безопасность в работе. Правильный выбор материала в зна­чительной степени влияет на эти показатели.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: