![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Неметаллические материалы
Древесина. Наиболее старым неметаллическим материалом, применяемым для изготовления химической аппаратуры, является древесина. Она устойчива к действию ряда агрессивных веществ, в том числе органических кислот, разбавленных H2SO4, НС1, HF, концентрированной НзР04, к спиртам, хлорированным углеводородам и т. д. Поэтому из древесины изготовляют хранилища, баки, мерники, трубопроводы (из фанеры), рамы для фильтр-прессов и т. д. Однако в связи с огне- и взрывоопасностью производств ООС и СК применение древесины в этих производствах крайне ограничено. Огне- и коррозионная стойкость древесины могут быть повышены пропиткой ее сответствующими веществами. Уголь и графит. Все возрастающее применение для изготовления химической аппаратуры получают уголь и графит, что объясняется прежде всего высокой инертностью этих материалов к большинству агрессивных сред. Уголь и графит стойки к неорганическим и органическим кислотам (кроме окисляющих), в том числе к НС1, HP, НзР04, СНзСООН, к щелочам, органическим растворителям и растворам солей. Особенно высока химическая стойкость угля, который разрушается только сильными окислителями. Угольные и графитовые изделия обладают высокой тепло- и электропроводностью и, вследствие малого коэффициента расширения, стойки к резким многократным перепадам температур. Графит отличается от угля более высокими физико-механическими свойствами. Так, электропроводность графита в 4 раза, а теплопроводность в 13—15 раз выше, чем у угля, и в 5—6 раз выше, чем у стали (марки Х18Н9). Поэтому графит незаменим, например, для изготовления теплообменной аппаратуры, когда по характеру агрессивной среды металлы и сплавы непригодны. Основным недостатком графитовых материалов (как и угольных, но в несколько меньшей степени) является их пористость и вследствие этого проницаемость для жидкостей и газов. Для устранения пористости графит пропитывают различными химически стойкими органическими смолами, чаще всего фенолоформальдегидной. Представляют большой интерес материалы на основе графитовых порошков и связующих—графитопласты и графитолиты. Графитопласты (антегмиты)—коррозионно-стойкие теплопроводные материалы, получаемые прессованием композиций из графита и фенолоформальдегидной смолы с последующей термообработкой. Выпускаются три марки: АТМ-1, АТМ-10 и АТМ-1Г. Графитолиты, или литьевые графиты, представляют собой материалы, полученные методом литья при холодном отверждении композиций на основе графитового порошка, синтетических смол и отвердителей. Выпускаются три марки графитолитов: НЛ, ГФНЛ и 5ЭФНЛ соответственно на основе фенолоформальдегидной, фуриловой и эпоксидной смол. Достоинством этих материалов является способность при литье хорошо заполнять форму и прочно соединяться с металлическими деталями (болты, гайки и др.), помещаемыми в форму. Из пропитанного графита, графитопластов и графитолитов изготовляют самую разнообразную аппаратуру: теплообменники, испарители, абсорберы, центробежные насосы, футеровочные плитки и т. д. Существенный недостаток таких материалов—низкая по сравнению с металлами механическая (особенно ударная) прочность, что ограничивает их применение. Керамика. Большое значение имеют керамические кислото- и огнеупорные материалы, благодаря особой стойкости к действию высоких температур и агрессивных сред. Каменно-керамические и фарфоровые изделия широко применяются в виде футеровочных плиток, кирпичей и т. п. для футеровки стальной аппаратуры, а также в качестве самостоятельных конструкций для, работы с рядом агрессивных жидкостей и газов (реакционная аппаратура, насосы, трубопроводы, арматура и др.). Огнеупорные материалы широко Используются для футеровки аппаратов, работающих под воздействием агрессивных сред при высоких температурах. Стекло. Обладает высокой химической стойкостью к кислотам (кроме HF, НзР04, горячей H2SiF6), холодным щелочам, органическим растворителям и другим агрессивным средам, имеет малый коэффициент линейного расширения, сохраняет свои свойства в значительном интервале температур, обладает высокими электроизоляционными свойствами. Стекло непористо, негорюче, прозрачно, гигиенично, легко очищается. Особенно целесообразно его применение для производства труб, причем употребляется нетермостойкое стекло (обычное оконное марки ВВС) и термостойкое (боросиликатное и безборное слабощелочное). Стоимость стеклянных труб значительно ниже.стоимости труб из многих коррозион-ностойких материалов. Существенным недостатком стеклянных трубопроводов является их хрупкость, невысокое сопротивление растяжению и изгибу. Это требует соблюдения специальных правил монтажа стеклянных трубопроводов и высокой культуры эксплуатации. Недостатком стеклянных трубопроводов из обычного оконного стекла является также небольшой допустимый перепад температур между перекачиваемой по трубопроводу жидкостью и окружающей средой. Широкую известность приобрели новые своеобразные стеклокристаллические материалы, получаемые из твердого стекла путем полной или частичной его кристаллизации и отличающиеся высокой прочностью и стойкостью к термическим воздействиям, а также хорошими диэлектрическими и химическими свойствами. Они известны под названием ситаллов. Изделия из ситаллов могут работать в агрессивных средах при температуре до 1000 °С и выдерживать резкие перепады температур. Они отличаются высокой стойкостью во всех минеральных кислотах до 300 °С, в том числе в смеси азотной и серной. Относительный температурный коэффициент линейного расширения ситаллов близок к нулю. Пластмассы. В практику химического аппаратостроения во все возрастающей степени внедряются также пластические массы. Большое значение приобрел винипласт, представляющий собой поливинилхлорид, стабилизованный добавками соответствующих веществ. Винипласт обладает высокой механической прочностью при обычных температурах, повышенной огнестойкостью и высокой химической стойкостью. Он отлично сопротивляется действию почти всех кислот, щелочей и растворов солей любых концентраций. Исключение составляют сильные, окислители (концентрированная НNОз, олеум и т. п.). Винипласт нерастворим и во многих органических соединениях, за исключением ароматических и хлорированных углеводородов. Однако необходимо иметь в виду, что он имеет довольно узкие пределы рабочих температур: от —15 до +60 °С. Выше 60 °С он заметно размягчается. Несмотря на это, винипласт получил очень большое распространение благодаря своим исключительным технологическим свойствам: 1) он термопластичен, и при повышенной температуре из него можно формовать различные изделия, без труда изменять их форму при нагревании (например, гнуть трубы); 2) легко поддается механической обработке, его можно сверлить, строгать, резать и т. д.; 3) листы и изделия из винипласта можно сваривать с помощью сварочного прутка, изготовленного из пластифицированного поливинилхлорида, струёй горячего воздуха (200—220°С), что представляет огромные удобства при изготовлении, монтаже и ремонте оборудования. Винипласт широко применяется для изготовления труб, арматуры, различных деталей, сосудов и реакторов, заменяя с успехом в ряде случаев цветные металлы и высоколегированные стали. Из винипласта ВН, ВП, ВНТ выпускаются листы, трубы, стержни, сварочные прутки. Для химического аппаратостроения применяется полиэтилен, сочетающий высокую химическую стойкость с морозостойкостью, небольшой плотностью, легкой перерабатываемостью, механической прочностью и хорошими диэлектрическими показателями. Полиэтилен выдерживает действие растворов щелочей, солей и кислот, в том числе и HF, но разрушается в присутствии окислителей (растворов НNОз, перекисей). При повышенных температурах он набухает, даже растворяется в бензоле, толуоле; т. пл. от 110 до 135 °С. Промышленностью выпускаются полиэтилены высокого, низкого и среднего давления, различающиеся по свойствам. Еще больший интерес представляет полипропилен, обладающий многими положительными качествами, присущими полиэтилену. Это объясняется значительно большим средним молекулярным весом полипропилена и большей степенью его кристалличности по сравнению с полиэтиленом. В отличие от полиэтилена, полипропилен меньше подвержен окислительной деструкции; при обычной температуре он обладает незначительной хладотекучестью и может, сохраняя форму, длительное время находиться под нагрузкой при 100 °С. Полиэтилен и полипропилен исключительно легко поддаются литью, хорошо свариваются методом контактной сварки(без применения присадочного материала) и сварки с присадочным прутком, изготовленным из того же материала. Их можно подвергать всем видам механической обработки. Все большее значение эти полимеры приобретают в производстве труб благодаря их механической прочности, легкости и простоте изготовления и сборки. Особенно высокое качество труб достигается при их ориентации (вытяжке) непосредственно после формования. Из полиэтилена и полипропилена изготавливают листы различной толщины, которые можно использовать для корпусов приборов и аппаратов. Очень широкое применение эти пластики находят при изготовлении тары для агрессивных, сред и пленочного упаковочного материала. Пленки из полипропилена по сравнению с пленками из полиэтилена имеют более высокую газо- и паронепроницаемость, они более эластичны, но морозостойкость их ниже (—35 вместо—60 °С). Исключительно ценными качествами обладают фторопласты: фторопласт-4, фторопласт-4Д, фторопласт-40 и др., представляющие собой политетрафторэтилены, и политрифторхлорэтилены, выпускаемые под названием фторопласт-3, фторопласт-3М и др. Фторопласт-4 практически стоек к действию любых органических и неорганических сред (в том числе концентрированной HNO3 и перекисей при повышенной температуре, паров ртути, озона), разрушается лишь под влиянием расплавленных щелочных металлов " или их растворов в жидком аммиаке, а также под действием фтора при высоких температурах. Фторопласт-4 исключительно стоек к атмосферным воздействиям. Температурный интервал его применения находится в пределах от —269 до +260 °С, т. е. гораздо шире, чем у других термопластов и очень многих отвержденных материалов. Его недостатки — повышенная хладотекучесть под нагрузкой, сравнительно невысокая прочность при статических нагрузках и большая трудность изготовления из него деталей, а также сборки последних. Фторопласт-4Д является модифицированным политетрафторэтиленом и представляет собой водные суспензии или пасты тонкодисперсного порошка фторопласта-4. Из паст методом экструзии с последующим спеканием получают трубы, стержни и другие изделия с более сложным профилем. Фторопласт-40 и фторопласт-42 также представляют собой модифицированные фторопласты, которые можно обрабатывать прессованием, экструзией, литьем под давлением и сваривать горячим способом. Несмотря на сравнительно высокую стоимость, фторопласты, во все возрастающих размерах, используются в химической промышленности для изготовления ответственных деталей химических аппаратов и арматуры: уплотнительных прокладок, сальниковых набивок, мембран и клапанов, фонарей, смотровых и мерных стекол (из прозрачных фторопластов), а также более сложных деталей. Помимо перечисленных пластических масс, относящихся к термопластам, большой интерес для химического аппаратостроения представляют отверждающиеся пластические массы (термореактивные полимеры). Пресс-изделия из термореактивных полимеров имеют ряд преимуществ по сравнению с изделиями из термопластов: практически полное отсутствие хладотекучести под нагрузкой (ниже температуры теплостойкости) и, как правило, более высокая теплостойкость, нерастворимость и незначительная набухаемость, а также малые изменения объема и физико-механических свойств. Большое применение в промышленности находят волокниты, представляющие собой сочетание отверждающей смолы (фенолоформальдегидной и др.) с волокнистым наполнителем (хлопчатобумажными очесами, асбестовым волокном, стекловолокном). Фенолоформальдегидные асбоволокниты, вальцованные в виде листов, известны под названием фаолитов. Наибольшее применение нашел фаолит А (наполнитель—кислотостойкий асбест), химически стойкий ко всем кислотам (за исключением окисляющих и концентрированной H2S04), растворам различных солей, некоторым органическим соединениям (бензол, формалин, дихлорэтан) и некоторым газам (хлор, сернистый газ при 90—100 °С). Однако фаолит А нестоек в щелочах. Фаолит Т (наполнитель—смесь молотого графита и хризотилового асбеста) по сравению с фаолитом А обладает повышенной теплопроводностью, но труднее поддается механической обработке. Химическая стойкость фаолитов во многих агрессивных средах, низкая плотность (1500—1670 кг/м3) и способность к формованию позволяют изготовлять из них самую разнообразную химическую аппаратуру (трубы, насосы, абсорбционные и ректификационные колонны и др.). Среди асбоволокнитов чрезвычайно стойким материалом является асбовинил, в качестве связующего применяется лак этиноль (продукт полимеризации дивинилацетилена). Асбовинил по свойствам близок к фаолиту, но имеет по сравнению с ним, а также с винипластом некоторые преимущества: хорошую адгезию к металлу, бетону, дереву, керамике; способность отверждаться и переходить в необратимую форму не только при повышенных, но и при обычных температурах; защитные свойства, сохраняющиеся в пределах от —50 до +110°С. Асбовинил можно использоватьне только как футеровочный, но и как самостоятельный конструкционный материал для изготовления труб, арматуры, а также отдельных деталей аппаратов. Все большее применение находят стекловолокниты, получаемые на основе стекловолокон и различных смол—полиэфирных, фенолоформальдегидных, эпоксидных, кремнийорганических и т.д., —обладающие высокой механической прочностью и негорючестью. Стекловолокниты на основе эпоксидных и фенолоформальдегидных смол отличаются высокой химической стойкостью к агрессивным средам. Широко применяются текстолиты, выпускаемые в виде листов, плит и труб. Они выгодно сочетают достаточно высокую механическую прочность с низкой плотностью, износостойкостью и высокой химической стойкостью к различным средам, а также хорошо обрабатываются на. механическом оборудовании.
|