Основные конструкционные материалы и их выбор

При выборе материала для изготовления аппаратов и трубо­проводов учитываются прочностные характеристики, теплофизиче-ские свойства, стоимость, коррозионная стойкость, удобство обра­ботки. В прочностные характеристики входят допускаемые напря­жения на сжатие и растяжение, ударная вязкость, жаростойкость. Важной характеристикой материалов, предназначенных для изго­товления теплообменных устройств, служит теплопроводность, в отдельных случаях являющаяся решающим показателем при выбо­ре материала. Выбор того или иного материала зависит также от его стоимости и возможности приобретения. С усовершенствовани­ем технологии производства стоимость материалов резко падает. Так, в конце прошлого века стоимость алюминия и серебра была одинаковой из-за отсутствия хорошо разработанной технологии па-лучения алюминия. В наше время алюминий производится в боль­шом масштабе.

Отдельные материалы, хорошо сопротивляющиеся коррозионным воздействиям, хрупки, имеют высокую Твердость и очень трудно об­рабатываются, что ограничивает область их применения. Это отно­сится, например, к чугунам, содержащим высокий процент кремния. Материалы для изготовления измерительных устройств должны обладать высокими оптико-механическими свойствами. Так, для изготовления смотровых стекол, работающих при нормальной тем­пературе, с успехом может быть применен полиметилметакрилат (органическое стекло), тогда как для повышенных тем-ператур он совершенно непригоден, так как теряет механическую прочность. Силикатные стекла обладают более высокой термической стойко­стью, но не выдерживают резких колебаний температуры. В неко-

18

торых случаях важное значение имеют и магнитные свойства ма­териалов.

Основные материалы, используемые для изготовления химиче­ской аппаратуры, работающей под давлением,— металлы и их спла­вы. Металлы, за редким исключением, не являются химически, чистыми элементами и всегда содержат большее или меньшее коли­чество различных примесей. Для изготовления трубопроводов, за­порных и измерительных устройств, а также футеровок аппаратов* широко применяются стекло, пластмассы, силикатные материалы.

Металлы

Стали. Это основная и важнейшая группа конструкционных ма­териалов на основе железа. Без них техника не могла бы достиг­нуть современного уровня. Такое исключительное значение стали приобрели благодаря прочности, вязкости, способности выносить динамические нагрузки, свариваться, хорошо обрабатываться реза­нием и прокаткой. Чрезвычайно ценное качество сталей — их спо­собность широко изменять свои свойства в зависимости от состава* термической и механической обработки. Стали находят широкое применение благодаря дешевизне и доступности.

В стальных изделиях, предназначенных для сваривания, содер­жание углерода не должно превышать 0,3%, а в легированных ста­лях, содержащих облагораживающие добавки других элементов* допускается до 0,2% углерода. Стали с низким содержанием угле­рода хорошо штампуются и вытягиваются, но плохо обрабатыва­ются резанием.

Физические свойства конструкционных сталей характеризуются следующими показателями:

Плотность, кг/м³...................................... .. 7,85-10³

Теплоемкость, кДж/(кг К) ................... 0,50- Ю^-3

Температура плавления, °С .... 1400—1500
Коэффициент линейного расширения,

мм./(м-К) .                                    11,0-10-⁸

Теплопроводность, Вт/(м-К) . . . 40—50

В аппарате- и машиностроении наиболее широкое распростра­нение находят углеродистые и низколегированные стали с содержа­нием добавок до 2,5%. Стали, предназначенные для аппаратострое-ния, должны обладать высокой пластичностью, поскольку при гибке и вальцовке материал корпусов аппаратов и обечаек подвергается большим пластическим деформациям. Допускается применение уг­леродистой стали для изготовления аппаратов, работающих при давлении до 6,5 МПа.

При температурах выше 450° С независимо от давления исполь­зуются термостойкие сорта сталей. Добавки других металлов — легирующих элементов — улучшают качество сталей и придают им особые свойства.

Условно стали подразделяют на нивколегированные с относи­тельно небольшим количеством облагораживающих добавок и вы-

1»

соколегированные, содержание добавок в которых может превы­шать содержание железа. Важнейшие легирующие, элементы — хром, никель, молибден, марганец, кремний, титан, ниобий, вольф­рам, ванадий. Добавки отдельных элементов и их сочетаний вызы­вают различные изменения конструкционных свойств сталей.

Хром улучшает механические свойства, износостойкость, по­вышает коррозионную стойкость и делает сталь жаропрочной. Од­нако высокохромистые стали плохо свариваются, что ограничивает их применение. Никель повышает прочность, пластичность, корро­зионную стойкость, но является дорогой дефицитной добавкой, часто применяется с добавками хрома. Молибден улучшает проч­ностные свойства, особенно при высоких температурах, повышает коррозионную стойкость к хлорсодержащим веществам, но являет­ся дорогим материалом. Марганец повышает прочностные свойства стали: при содержании 10—15% марганца сплавы приобретают высокую сопротивляемость ударам и истиранию (эрозии). Кремний увеличивает коррозионную стойкость, жаростойкость, но резко сни­жает вязкость и затрудняет обрабатываемость сталей. Титан, нио­бий, вольфрам увеличивают прочность сталей. Ванадий увеличива­ет пластичность, улучшает свариваемость, в сочетании с другими ле­гирующими элементами резко улучшает конструкционные свойства стали.

Маркировка сталей. Марки отечественных конструкционных сталей обозначаются сочетанием цифр и букв, позволяющих полу­чить данные о химическом составе стали. Цифрами слева от букв принято обозначать среднее содержание углерода в сотых долях процента. Буквы обозначают содержание в стали легирующих эле­ментов, а цифры за ними — процентное содержание этих элементов (если их содержится более 1—1,5%).

Легирующие элементы обозначают следующими буквами: X— хром, Н — никель, М — молибден, Г — марганец, С — кремний, Т— титан, Б — ниобий, В — вольфрам, Ф — ванадий, Д — медь, Ю — алюминий. Так, например, сталь марки Х18Н12М2Т содержит (%): углерода — менее 0,1, хрома — примерно 18, никеля — 12, молибде­на — 2, титана — менее 1.

С точки зрения коррозионной стойкости особое значение в хи­мическом машиностроении имеют высоколегированные стали. В хи­мическом аппаратостроении широко используются высоколегирован­ные хромоникелевые стали с содержанием хрома 18—20% и никеля 8—10%, иногда называемые сталями 18—8. Хромоникелевые стали обладают высокой коррозионной стойкостью к агрессивным средам, жароупорностью и высокой прочностью. Поэтому, несмотря на по­вышенную стоимость, они завоевали обширную сферу применения. Сталь марки 1Х18Н9Т весьма устойчива против азотной кислоты, нитритов, нитратов, уксусной и фосфорной кислот, а также многих других химических продуктов. Стали этого типа немагнитны, хо­рошо штампуются, свариваются, удовлетворительно обрабатывают­ся резанием. Добавка в них титана в количествах, приблизительно в

20

пять раз превышающих количество углерода, улучшает их свари­ваемость, сохраняет структуру и химическую стойкость.

Кроме широко распространенной марки 1Х18Н9Т имеется целый ряд марок сталей, обладающих свойством избирательной стойкости к отдельным химическим средам.

Способы соединения стальных деталей. В настоящее время со­единение отдельных стальных деталей осуществляется в основном методом сварки. Поэтому свариваемость сталей считается важным свойством. Различают электродуговую и автогенную сварку. Элек­тродуговую сварку, в свою очередь, подразделяют на сварку на пе­ременном токе и на постоянном токе.

Для получения сварного шва, близкого к основному металлу по составу и свойствам, электродуговую сварку проводят под слоем флюса. Это позволяет предохранить металлы от окисления и вы­горания. Автогенную сварку ведут, используя теплоту сгорания ацетилена в кислороде. Большой тепловой эффект этой реакции позволяет развивать очень высокую температуру в зоне горения. В результате кромки соединяемых деталей подплавляются, образуя прочный монолитный шов.

Для получения высококачественных сварных швов, по своим свойствам не уступающих основному металлу, сварку высоколеги­рованных сталей ведут постоянным током, а автогенную сварку — иногда при защите расплавленного металла от окисления арго­ном.

Чугуны. При увеличении содержания углерода в железных сплавах до 2,8—3,7% получают чугуны, значительно отличающиеся по свойствам от сталей. Стоимость чугунов намного ниже стоимости сталей. Основные физические свойства чугунов:

Плотность, кг/м³...................................... 7,0—7,4-10³

Теплоемкость, кДж/(кг-К) .... 0,54

Температура плавления, °С . , .  .     1250—1280

Теплопроводность, Вт/(м-К) . . . 25—3'2

Чугуны не обладают свойством пластичности, детали из них из­готавливают только отливкой. Штамповка и ковка чугунов, а также соединение деталей из чугуна с помощью сварки, за редким исключением, невозможны. Литье дает возможность придавать из­делиям сложные формы.

Содержание компонентов в обычных серых чугунах изменяется в пределах (%): С — 3,0 — 3,6, Si— 1,6—2,4, Мп — 0,5—1,0, Р — до 0,8, S — до 0,12.

Изготовление аппаратов из серого чугуна допускается при ус­ловии, что аппарат будет работать при температуре не выше 250° С и давлении до 0,6 МПа. Серые чугуны обладают умеренной стой­костью против химических сред, что объясняется неоднородностью их структуры.

При действии горячих концентрированных щелочей возникает явление щелочной хрупкости. Для повышения антикоррозионных свойств в чугуны вводят легирующие добавки никеля, хрома, мо-

21

либдена, кремния, что значительно повышает их химическую стой­кость.

Сокращенное обозначение серых чугунов состоит из букв СЧ (что означает серый чугун) и двух двузначных чисел, первое из которых характеризует предел прочности на растяжение в кг/мм², а второе — предел прочности на изгиб в кг/мм². Так, маркировка СЧ24—44 обозначает: серый чугун с прочностью на растяжение 24 кг/мм² и на изгиб 44 кг/мм².

Низколегированные стали и чугуны, содержащие незначитель­ное количество облагораживающих добавок, называются черными металлами.

Цветные металлы и их сплавы. В химической промышленности помимо стали и чугуна применяют алюминий, медь, титан, тантал, никель, свинец, а также сплавы на их основе — латуни, бронзы. Хи­мическая стойкость цветных металлов к воздействию агрессивных сред зависит от их чистоты. Примеси других металлов значительно снижают химическую сопротивляемость цветных металлов, но по­вышают их механическую прочность.

Алюминий, выпускаемый промышленностью для.изготовления химической аппаратуры, не должен содержать больше 0,4% при­месей. Основные свойства алюминия:

Плотность, кг/м³...................................... '2,7-10³

Теплоемкость, кДж/(кг-К) .... 0,92-Ю^-3

Температура плавления, ° С . . . .   667

Теплопроводность, Вт/(м-К) . . . 203

- Алюминий химически стоек к агрессивному действию концентри­рованной азотной кислоты, фосфорной и уксусной кислот, сернистых соединений и паров серы, а также многих органических соединений. Высокая теплопроводность, превышающая теплопроводность стали примерно в 4,5 раза, и малая плотность являются положительными свойствами этого металла. Однако плохая свариваемость, плохие литейные свойства, плохая обрабатываемость резанием ограничи­вают его применение. Алюминий используется для изготовления аппаратов, работающих при температурах до 200° С.

Медь для изготовления химической аппаратуры применяется с содержанием 99,5—99,7% чистой меди. Физические свойства меди:

Плотность, кг/м³...................................... 8,9—10³

Теплоемкость, кДж/(кг-К) .... 0,38 10³

Температура плавления, °С . . . .    1150

Теплопроводность, Вт/(м-К) . . - 380

Медь хорошо прокатывается, тянется, штампуется, но плохо об­рабатывается резанием из-за большой вязкости. Детали, изготов­ленные из меди, соединяются сваркой, пайкой твердыми и мягкими припоями, клепкой. Медь достаточно устойчива к щелочам и широ­ко используется для изготовления аппаратов в пищевой и спиртовой промышленности, ректификационных кубов, колонн, теплообменни­ков. Медь необходима для изготовления аппаратов, работающих в установках глубокого холода при температурах от —180 до —250°С. В этих условиях теплопроводность и прочность меди резко возрас-

22

тают, что делает ее незаменимым материалом в установках полу­чения 'жидкого воздуха, кислорода, азота, гелия и других газов, разделяемых методом низкотемпературной ректификации.

Титан по прочностным показателям приближается к стали, но имеет значительно меньшую плотность — 4,5-10³ кг/м³. Титан хи­мически стоек против азотной кислоты, нитритов, нитратов, хлори­дов, сульфидов, фосфорной кислоты, хромовой кислоты, органиче­ских кис-лот и мочевины.

Теплопроводность титана составляет — 14,0 Вт/(м-К), что не­сколько ниже теплопроводности легированной стали. Материал хо­рошо куется, штампуется, обрабатывается резанием. Сварка изде­лий из титана производится вольфрамовым электродом в защитной атмосфере аргона. В последнее время титан используется для изго­товления широкого ассортимента труб, листа, проката. В связи с увеличением производства титан будет все шире применяться в хи­мическом аппаратостроении.

Тантал характеризуется высокой прочностью и тугоплавкостью. Его температура плавления 3000° С. Тантал исключительно стоек к сильно агрессивным средам, таким, как кипящая соляная кислота, фосфорная кислота при температурах выше 100° С, азотная кислота. Тантал обладает высокой вязкостью, хорошо куется и прокатыва­ется. Материал чрезвычайно дорог, поэтому употребляется чаще всего в виде фольги толщиной 0,2—0,3 мм для обкладки аппаратов, работающих с сильно агрессивными средами. По мере развития производства и его удешевления применение тантала будет интен­сивно возрастать.

Сплавы цветных металлов, применяемые в химической техно­логии, изготавливаются в основном на медной основе и делятся на две группы: сплавы меди с цинком при содержании цинка 20—55%, называемые латунями; сплавы меди с оловом, кремнием, берилли­ем, марганцем, никелем, называемые бронзами.

Латуни обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с чистой медью. Латунь имеет высокие механические свойства: теплопроводность ее примерно в два раза выше тепло­проводности стали. Свойство жидкотекучести позволяет применять этот материал для изготовления фасонных деталей методом литья. В химическом машиностроении находят применение оловянис-тые и алюминиево-железомарганцевые бронзы, обладающие высо­кими механическими и литейными свойствами. Эти бронзы при­годны для изготовления ответственных и сильно нагруженных де­талей, работающих в условиях интенсивной эрозии. Бронзы с при­садкой кремния и бериллия обладают упругими свойствами и при­меняются для изготовления рабочих органов пружинных маномет­ров и других деталей, работающих в коррозионных средах и подверженных большим переменным и динамическим нагруз­кам.

К сплавам цветных металлов относятся также припои, применяе­мые для соединения металлических деталей. Различают оловянис-то-свинцовые мягкие припои с температурой плавления до 280° С,

23

серебряные припои с температурой плавления 740—830° С и твер­дые медно-цинковые припои с температурой плавления 850—885° С. В тех случаях, когда важна чистота и прочность шва или воз­можно прожигание тонкостенного изделия, применяются серебряные припои. Различные специальные сплавы используют также для изготовления температурных датчиков — термопар. К числу таких сплавов относятся хромель, копель, алюмель. Термометры сопро­тивления изготовляют из меди высокой чистоты и из платины.

Пластмассы

В последнее время пластические массы находят все более ши­рокое распространение для изготовления аппаратов, трубопроводов, запорных устройств, прокладок, фильтровальных тканей. Пласти­ческие массы — это материалы, изготовленные на основе высоко­молекулярных органических веществ. Высокомолекулярные соеди­нения состоят из многократно повторяющихся групп атомов, соеди­ненных силами химической связи. Такие сложные высокомолеку­лярные соединения называются полимерами, а исходные низко­молекулярные соединения — мономерами.

Обычно полимерные вещества находятся в аморфном стекло­образном состоянии и кроме основного вещества содержат напол­нители, пластификаторы и другие добавки. Наполнителями являют­ся порошкообразные, волокнистые или слоистые материалы, улуч­шающие механическую прочность пластмасс. Пластификаторы уменьшают хрупкость и увеличивают пластичность.

Ценные физико-механические свойства пластических масс определяют их широкое применение в различных отраслях техники. Высокая коррозионная стойкость против воздействия различных хи­мических сред, обусловленная отсутствием электрохимической кор­розии, выгодно отличает их от металлов и сплавов. Плотность пластических масс находится в пределах 1,0—1,8 г/см³, т. е. при одинаковых объемах масса пластмассового изделия примерно в пять раз меньше металлического.

Пластмассовые изделия перерабатываются методами литья, прессования и формования почти без последующей механической обработки и отходов. Получают изделия из пластмасс очень слож­ной конфигурации. Механическая прочность изделия, изготовленно­го из пластмассы в сочетании с такими материалами, как стекло­волокно, исключительно высока и по ряду показателей даже пре­восходит сталь.

Пластмассы обладают, как правило, низкими коэффициентами теплопроводности и поэтому с успехом применяются как теплоизо­ляционные материалы. Это свойство особенно сильно проявляется у вспененных пластических масс — пенопластов, у которых плотность падает до 10 кг/м³, а теплопроводность уменьшается до 0,35— 0,46 Вт/(м-К). Большинство пластиков окрашивается и сваривает­ся, хорошо поддается механической обработке. Кроме того, значи­тельная часть пластмасс не проводит электрический ток. Диэлек­трические свойства пластмасс позволяют широко использовать их

24

для приготовления самых разнообразных электротехнических уст­ройств.

К недостаткам пластмасс, приводящим к изменению их меха­нических свойств, относятся невысокая термостойкость, способность поглощать воду и набухать. При нагреве до высокой температуры происходит разложение пластмасс, сопровождающееся выделением токсичных веществ.

Рассмотрим свойства основных представителей этой группы ма­териалов.

Полиэтилен по внешнему виду представляет собой твердый, слегка просвечивающий белый материал, жирный на ощупь, кото­рый можно резать ножом. В качестве исходного сырья для изготов­ления полиэтилена применяют этилен СН₂ = СН₂, получаемый из по­путных нефтяных газов или путем пиролиза и крекинга нефти.

По методам изготовления различают полиэтилен высокого, сред­него и низкого давления. Полиэтилен высокого давления получают полимеризацией этилена под давлением ПО—150 МПа в присутст­вии кислорода и других инициаторов. По структуре полиэтилен высокого давления представляет собой полимер линейного молеку­лярного строения с боковыми цепями

СН₂y \ CH₂н СН₂y \ CH₂

СН₃ СН₃ СНз

и молекулярной массой 18 000—35000.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью ко мно­гим химическим реагентам, хорошими диэлектрическими свойства­ми и морозостойкостью. Полиэтилен является термопластичным ма­териалом и перерабатывается в изделия главным образом литьем под давлением, экструзией *, прессованием и сваркой.

Из полиэтилена изготавливают трубы, шланги, пленку, различ­ные изделия сложной конфигурации. Температура размягчения по­лиэтилена 60° С и плавления 115—120° С, вследствие чего полиэти­лен нельзя применять при повышенных температурах. Для пред­отвращения процесса старения, происходящего под влиянием атмо­сферных воздействий, в состав полиэтилена вводят сажу и другие стабилизирующие вещества.

Полипропилен получают из пропилена СН₃—СН₂ = СН₂ метода­ми полимеризации на катализаторах при низком давлении. Моле­кулярная масса полипропилена 70 000—700 000. Полипропилен об­ладает более высокой прочностью и теплостойкостью, чем поли­этилен. Успешно применяются также сополимеры полиэтилена и полипропилена. Сополимер обладает более низкой морозостой­костью, чем полиэтилен. Используется для изготовления трубопро­водов и в качестве.защитного материала при футеровке емкостей.

* Экструзией называется процесс продавливания расплава какого-либо ма^ тернала через формующее устройство'—мундштук.

25

Полистирол получают полимеризацией стирола (винилбензола) СбНб—СН = СН₂ и имеет следующую структуру:

- сн - сн₂ - сн - сн₂ - сн -

6 6 6

Молекулярная масса полистирола 20 000—30 000. Полистирол — очень распространенный пластик благодаря своим высоким диэлек­трическим свойствам, прозрачности, водостойкости и легкости пере­работки в изделия методом литья. Широко применяется как изо­лятор в кабельной промышленности. На основе полистирола полу­чают газонаполненные пластики, которые используются как тер­моизоляционные материалы.

Фторопласты — галоидзамещенные этилена, которые также об­разуют полимеры с большой молекулярной массой. Водород заме­щается только фтором или хлором и фтором. Соединения образу­ют молекулярные цепи:

FFFF  FFFF

1111  ! I I I ' -С-С-С-С- -С-С-С-С-

I I I I                       I I I I

FFFF F CI F CI

фтороиласт=4                        фторопласт=3

Фторопласт-4 представляет собой белую массу с жирной скольз­кой поверхностью. По антикоррозионным свойствам превосходит все известные материалы, включая платину, стоек ко всем мине­ральным и органическим кислотам, совершенно нерастворим ни в одном из известных растворителей, но нестоек к воздействию рас­плавленных щелочей. Фторопласт сохраняет гибкость в широком диапазоне температур — от +250 до —250° С, благодаря чему он особенно пригоден для изготовления уплотнительных прокладок, сальниковых набивок, манжет, сильфонов, кранов, насосов и труб. Недостатки фторопласта — высокая стоимость и сложность пере­работки.

Поливинилхлорид (ПВХ) получают полимеризацией хлористого винила с образованием цепей:

-СН₂-СН-СН₂-СН-СН₂-

I               I

С1           С1

Этот твердый, слабо окрашенный хрупкий материал хорошо сов­мещается с пластификаторами, придающими ему эластичность. По­ливинилхлорид выпускают в виде листов различной толщины, стержней и труб. Он обладает высокой стойкостью к различным аг­рессивным средам и с успехом используется при работе с кислота­ми, растворами различных щелочей и солей. Его применяют для футеровки аппаратов, изготовления кранов, вентилей, клапанов, со­единительных деталей трубопроводов. Из пластифицированного

26

ПВХ изготавливают трубки, шланги. Рабочая температура ПВХне превышает 60—70° С.

Полиметилметакрилат, называемый также плексигласом или ■органическим стеклом, получают полимеризацией метилового эфи­ра метакриловой кислоты. Материал представляет собой бесцвет­ную прозрачную стекловидную массу. Изготавливается в виде лис­тов, блоков, широко применяется как заменитель обычного сили­катного стекла. Пропускает ультрафиолетовые лучи, легко перера­батывается различными методами, обладает эластичностью и вы­сокой светопрозрачностью, не разбивается при ударах. Использует­ся для изготовления аппаратов в лабораторных и полупромышлен­ных исследованиях, смотровых окон. Имеет низкие термостойкость (80—100° С) и твердость.

Фенолформальдегидные смолы (фенопласты) получают поли­конденсацией фенолов и формальдегида с последующим смешени­ем полученной смолы с наполнителями для улучшения физико-хи­мических свойств. В качестве наполнителей применяют древесную муку, асбестовое волокно, хлопчатобумажную, асбестовую ткани, бумагу, древесный шпон.

В настоящее время насчитывается множество различных марок фенопластов, перерабатываемых методом горячего прессования на гидравлических прессах. Массы с волокнистыми наполнителями об­ладают более высокими механическими свойствами и способны вос­принимать большие ударные нагрузки.

Пропиткой фенолформальдегидными смолами хлопчатобумаж­ных и синтетических тканей с последующей полимеризацией полу­чают текстолит, широко применяемый в электротехнической про­мышленности как изоляционный материал. Гетинакс получают в результате пропитки специальных сортов бумаги фенолформальде­гидными смолами. При использовании в качестве наполнителей пес­ка и асбеста получают фаолиты — материалы, из которых изготав­ливают трубы, ванны и другие изделия, применяемые для кислых растворов в химической промышленности.

Аминопласты получают на основе поликонденсации мочевины и некоторых других соединений с формальдегидом. Изделия из это­го материала изготавливают методом горячего прессования и при­меняют для декоративной облицовки. Отвержденная карбамидная смола безвредна для организма человека, поэтому -аминопласты часто идут на изготовление пищевой тары.

Особую группу пластических материалов составляют стекло­пластики. Это пластические массы, связующим веществом которых служат синтетические смолы, а наполнителем и одновременно ар­мирующим материалом — стеклянное волокно. В зависимости от хи­мической природы связующего, типа стекловолокнистого наполни­теля, технологических свойств и связанных с ними методом перера­ботки в изделие стеклопластики подразделяют на различные группы.

Особенно важное свойство синтетических смол, используемых при изготовлении крупногабаритных изделий,— способность отвер­девать при комнатной температуре и без применения давления.

27

Таблица 1. Относительная коррозионная стойкость различных материалов, применяемых для изготовления химической аппаратуры в различных-средах

 

Кислоты

Щелочи

Г алииды

Спирты

Материал

О я

ц X а.

О а

НС1 конц.

я а. *

Уксусная кислота

° х 2 л" ° s *£CN О,

и

сё

X о X и

X о_ X и

Примечания

СтЗ

+

___

___

___

___

+

+

___

___

+

+

Широко применяется

Чугун серый

++

—

—

—

—

—

+ +

+ +

—

—

+ 1-

++

То же

Сталь нерж. 1Х18Н9Т

+

—

+ +

—

—

+ +

+ +

+ +

—

—

+ +

++

Значительно дороже обычной стали

Алюминий

—

—

+

—

—

+

—

—

—

—

+

+

Легко обрабатывается

Медь

~

—

—

■—

—

—

+

+

—

—

+

+

Имеет высокую тепло­проводность

Титан

++

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

++

Дорогой материал

Тантал

—

+ +

++

++

+ +

+

+ +

+

i т

+ +-

++

Чрезвычайно дорогой материал

Фарфор

+ +

+ +

+ +

++

++

++

+

+ г

++

+ +

+ +

++

Имеет низкую тепло­проводность

Стекло

++

+ +

+ +

++

++

+ +

+

+ +

++

+ +

++

++

То же

Полиэтилен

+

+ +

+ +

++

++

++

+ +

+ +

—

—

+ +

+

Применим до темпера­туры ~60°С

Фторопласты

++

+ +

+ +

++

++

+ +

—

+ '

++

+ +

+ +

++

Дорогой, применим до температуры 250° С

Поливипилхлорид

+

4-

+

+

+

+

+

+

Применим   при обыч­ных температура* без нагрева

Условные обозначения: -)- + стоек; + умеренно стоек; — нестоек,

Этому свойству в значительной степени удовлетворяют пластики, полученные на основе ненасыщенных полиэфирных смол. Для этой же цели применяют эпоксидные смолы и другие пластические ма­териалы. Наполнителями служат стеклоткани, рубленое стеклово­локно (стекломаты), материалы, полученные на основе кварца.

Стеклотекстолиты, полученные на основе полиэфирных смол, об­ладают исключительно высокими механическими показателями.. Так, предел прочности стеклотекстолита на растяжение 260— 300 МПа, на сжатие 220 МПа. Это позволяет использовать матери­ал для изготовления изделий, подвергающихся большим механиче­ским нагрузкам.

Стекло давно находит широкое применение в лабораторной практике, в последнее время его начинают применять в промыш­ленной химической технологии для производства аппаратов, трубо­проводов и запорных соединений. Прозрачность стекла и его стой­кость против большого количества химических продуктов делают его очень удобным материалом.

В настоящее время из стекла изготавливают реакционные аппа­раты емкостью до 200 л, царги колонн диаметром до 1000 мм, цент­робежные насосы, вентили и другую вспомогательную аппаратуру. Оборудование из стекла обладает хорошей стойкостью к воздейст­вию таких коррозионно-активных сред, как металлический бром, иод. Кроме того, стекло с успехом используют в тех случаях, когда требуется особая чистота, например при изготовлении фармацевти­ческих препаратов и пищевых продуктов. Дешевизна этого мате­риала и практически абсолютная коррозионная стойкость позволяет применять его для изготовления трубопроводов большой протяжен­ности, а также кожухотрубчатых теплообменников.

Дерево — доступный и дешевый материал, стойкий к воздейст­вию кислых сред. Для изготовления чанов и баков, работающих без избыточного давления, применяют сосну и ель. В пивоваренной про­мышленности сосуды большой емкости изготавливают из дуба. Не­достатки дерева как конструкционного материала заключаются в его способности разбухать и быстро терять механическую проч­ность вследствие развития процессов гниения.

Табл. 1 иллюстрирует поведение основных химических веществ и их воздействие на различные материалы, применяемые при изго­товлении химической аппаратуры и трубопроводов.

Вопросы для повторения. 1. Какие требования предъявляются к химической аппаратуре? 2. В каких единицах выражается скорость коррозии? 3. Чем объяс­няется преимущественное использование металлов как материалов для изготов­ления аппаратуры? 4. Что послужило причиной широкого применения в технике сталей различных марок? 5. Какие сорта сталей применяются при изготовлении химической аппаратуры? 6. Какие элементы вводят в состав легированных ста­лей и с какой целью? 7. Какие виды сварки вам известны и в каких случаях; они применяются? 8. Какие цветные металлы и сплавы на их основе применяют­ся в химическом аппаратостроении? 9. Какие положительные свойства обуслови­ли широкое использование пластмасс в химической промышленности? 10. Какие основные пластмассы вам известны и каковы нх свойства? 11. Каково основное свойство фторопласта? 12. Что такое текстолит и фаолит? 13. Назовите основные свойства стекла. Почему этот материал в последнее время получает широкое рас­пространение?

29

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: