Вопросы и ответы к экзамену (1094464), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Агрессивность сернистых нефтей определяется сернистыми соединениями, из которых наиболее опасными являются меркаптаны и сероводород. В парогазовой фазе из этих веществ образуется активная сера, вызывающая разрушение силикатов. Коррозионно-активными веществами топлив являются также сернистые соединения (сероводород, элементарная сера, меркаптаны) и кислородные соединения, из которых наиболее агрессивными являются органические кислоты.

При действии на полимерные материалы органических растворителей часто наблюдается их неограниченное набухание, переходящее в растворение. Высокая растворяющая способность таких органических веществ обусловлена большим сродством между их молекулами и молекулами полимера. В первом приближении об интенсивность воздействия на полимер органических растворителей можно судить по параметрам растворимости полимера Sп и растворителя Sр, которые численно равны корню квадратному из плотности энергии когезии соответственно полимера и растворителя. Под энергией когезии понимают энергию, которую необходимо затратить для удаления молекул друг от друга на расстояние, исключающее межмолекулярное взаимодействие.

Чем ближе значения параметров растворимости полимера и растворителя, тем интенсивнее будет процесс растворения полимера, причем неполярные полимеры хорошо растворяются в неполярных растворителях, полярные – в полярных.

Помимо химической природы полимера и органического растворителя на способность полимеров растворяться влияют и другие факторы. С уменьшением молекулярной массы и увеличением гибкость полимеров их растворимость возрастает. Увеличение плотности упаковки полимера уменьшает его растворимость. Кристаллические полимеры растворяются в органических растворителях только при температурах, близких к температурам плавления. Полимеры с сетчатой пространственной структурой не растворяются в органических растворителях, а лишь могут набухать. Иллюстрацией сказанного является сопоставление растворимости в бензине натурального каучука, который имеет активные двойные углеродные связи, и вулканизованного каучука – резины, когда образуется пространственная сетка за счет насыщения двойных связей вулканизатором – серой. В первом случае имеет место растворение с образованием резинового клея; резина в бензине не растворяется, а лишь может частично набухать.

Увеличение числа поперечных химических связей (степени сшивания макромолекулы) приводит к уменьшению способности полимера набухать в органических растворителях, и при наличии густосетчатой структуры полимер полностью утрачивает способность набухать в этих средах.

В металлургических, химических, нефтехимических и других высокотемпературных технологических процессах, металлические корпуса аппаратов защищают от воздействия расплавов металлов, солей, шлаков и газовых сред покрытиями из огнеупоров (футеровки).

Взаимодействие огнеупоров с такими расплавами является сложным гетерогенным процессом, включающим в себя массоперенос, плавление и химическое взаимодействие, который может протекать с кинетическим или диффузионным контролем.

Когда скорость оплавления (растворения) огнеупора больше скорости миграции расплава и продуктов взаимодействия в огнеупоре, на поверхности последнего образуется насыщенный раствор огнеупора в расплаве, так называемый контактный слой. При этом дальнейшее растворение огнеупора в расплаве прекращается, но может происходить деструкция огнеупора. Контактный слой смывается или стекает, захватывая с собой из поверхностного слоя зерна огнеупора, не успевшие раствориться в расплаве, в результате чего на месте первоначального образуется новый контактный слой и т.д.

Скорость растворения огнеупора W определяется следующим уравнением:

W = D S(Снас – С)/x, (17.25)

где D – коэффициент диффузии компонентов расплава в огнеупоре; S – поверхность контакта огнеупора с расплавом; Снас. – концентрация насыщения огнеупора в расплаве; С – начальная концентрация огнеупора в расплаве; х – толщина диффузионного слоя.

При малой скорости оплавления огнеупора расплав по его порам проникает в объем. Здесь идет взаимодействие, результатом чего может быть увеличение жидкой фазы в объеме огнеупора, образование новых фаз, твердых растворов или химических соединений. При повышении температуры скорость диффузионных процессов изменяется мало, а скорость химического взаимодействия – существенно. Химическое взаимодействие огнеупора и расплава зависит от местоположения их катионов в ряду напряжений: любой элемент вытесняет из расплава все другие, следующие за ним в этом ряду, а сам вытесняется теми, что стоят выше.

Коррозия огнеупора будет меньшей, если энергия связи металла огнеупора с кислородом больше энергии связи металла расплава с кислородом или другими элементами. На коррозию огнеупора оказывает влияние смачиваемость его поверхности расплавом и шлаком. Если краевой угол смачивания больше 1800, огнеупор не взаимодействует с расплавом в кинетической области. Смачиваемость, как известно, обусловлена силами физического и химического взаимодействия. Связь огнеупора с оксидными расплавами обусловлена химическими силами и весьма возрастает с повышением температуры.

Глубина проникновения расплава в огнеупор определяется его пористостью, текстурой, объемом открытых и закрытых пор. В процессе пропитки шлаки и расплавы способны разрушать стекловидную связку и превращать закрытую пористость в открытую.

Проникновение расплава в поры огнеупора протекает, в основном, по капиллярному механизму и в общем случае описывается уравнением:

h = , (17.26)

где h – высота капиллярного поднятия; - коэффициент поверхностного натяжения расплава; - краевой угол смачивания; - плотность расплава; g – ускорение силы тяжести; r – радиус капилляра.

Зависимость h от времени носит параболический характер.

Все изложенное выше, дает возможность рационально выбирать огнеупоры для конкретных случаев.

1. Параметры оценки химической стойкости неметаллических материалов в агрессивных средах.

1. Параметры оценки защитных свойств неметаллических материалов.

2. Механизмы и особенности переноса газов, воды и водных растворов электролитов в неметаллических материалах.

3. Что характеризуют понятия «химическая стойкость» и «защитные свойства» неметаллических материалов и в чем их сходство и различия.

4. Какие численные показатели, применяемые для оценки химической стойкости неметаллических материалов, могут быть использованы для прогнозирования их длительной эксплуатационной пригодности в конструкциях химических аппаратов.

5. Классификация и номенклатура неметаллических материалов, применяемых в антикоррозионной технике.

Выбор материалов для изготовления из них оборудования, эксплуатируемого в контакте с агрессивными средами, является одной из ответственных задач. Именно материалы обеспечивают работоспособность, надежность и долговечность конструкций. В этой связи, помимо необходимых физико-механических характеристик, материалы должны обладать достаточно высокой химической стойкостью к действию технологической среды. Немаловажным фактором в решении вопроса о выборе того или иного материала для проектируемого объекта является экономическая целесообразность.

На практике часто приходится прибегать к применению антикоррозионной защиты изделий, изготовленных из черных металлов или из материалов, недостаточно устойчивых к действию технологической среды. Среди мероприятий по антикоррозионной защите видное место занимают защитные покрытия из неметаллических материалов. Значительный технико-экономический эффект достигается при изготовлении многих технических объектов из конструкционных неметаллических материалов.

Таким образом, понятие «неметаллические материалы» включает в себя огромное разнообразие материалов как природного (естественного) происхождения (например, горные породы – граниты, бештауниты, андезиты, асбест, мрамор, древесина, натуральные каучуки, масла и т.п.), так и материалы, полученные искусственным путем (камне-керамические материалы, синтетические смолы и пластмассы, синтетические каучуки и резины, композиты и т.п.).

Вне зависимости от способа получения, назначения, методов переработки и применения все они могут быть условно разделены на материалы неорганического происхождения (силикатные материалы) и органического происхождения (синтетические смолы, каучуки и резины, пластмассы, лакокрасочные материалы и т.д.). Условность такой классификации становится очевидной, если обратить внимание на композиционные материалы, которые сочетают в себе компоненты, имеющие как неорганическое, так и органическое происхождение.

В настоящем разделе рассмотрены искусственные материалы, широко применяемые в антикоррозионной технике, относящиеся к классу неорганических (силикатные материалы) и к классу органических, включая композиты на полимерной основе.

1. Силикатные материалы, получаемые методом плавления горных пород: номенклатура, химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения, изделия

1. Каменное литьё

Каменным литьем называются материалы, получаемые плавлением изверженных горных пород (базальты, диабазы, габрро и др.), шихт из осадочных горных пород или шлаков цветной и черной металлургии с различными добавками. Плавление обычно осуществляется в электрических печах. Расплавленная масса разливается в формы. Полученные изделия после остывания подвергаются термической обработке для снятия внутренних напряжений.

Основным сырьем для каменного литья является базальт, к которому добавляют 7 – 8% горной породы горнблендита (отходы титаномагнетитового рудника) и 1,5% хромистого железняка.

Несмотря на то, что содержание SiO2 в плавленом базальте не превышает 50% он обладает исключительной стойкостью к любым реагентам, кроме плавиковой кислоты. Кислотостойкость изделий из плавленого базальта во всех остальных минеральных и органических кислотах оценивается в 99 – 100%. Он устойчив также в щелочах любой концентрации при обычных температурах. Эта уникальная химическая стойкость плавленого базальта обуславливается весьма плотной кристаллической структурой (объемная масса равна его плотности – 2,9 – 3,0 г/см3), что обеспечивает непроницаемость изделия (открытая пористость равна нулю, а водопоглощение – 0,02%).

Плавленый базальт обладает высокой твердостью, износостойкостью и механической прочностью (разрушающее напряжение на сжатие достигает 500 МПа). Естественно, что сочетание всех перечисленных свойств в одном материале позволяет применять изделия из плавленого базальта в различных отраслях промышленности. Однако, материалу свойственны и существенные недостатки. Прежде всего, низкая термостойкость не позволяет эксплуатировать изделия из плавленого базальта при температурах выше 1500С. Значительная сложность отливки изделий больших габаритов ограничивает их размеры. Возникают трудности и при механической обработке рабочих поверхностей деталей из плавленого базальта, что требует применения алмазного инструмента.

Отечественная практика располагает опытом изготовления из плавленого базальта царг химических аппаратов диаметром до 350 мм, отдельных элементов аппаратов (распределительные решетки, тарелки и колпачки ректификационных колонн), центробежных насосов, труб и элементов трубопроводных систем (фасонные детали, пробковые краны) диаметром до 150 мм, шаров для шаровых мельниц, разнообразной номенклатуры плиток, кирпичей, блоков для футеровочных работ (так называемых, штучных изделий) и ряда других фасонных изделий и элементов.

2. Плавленый кварц

Плавленый кварц или кварцевое стекло получают путем плавления в электропечах при температуре 1700 – 18000С наиболее чистых природных разновидностей кристаллического кварца (горного хрусталя, жильного кварца или кварцевого песка), в котором содержание SiO2 достигает 98 – 99%. В зависимости от вида исходного сырья и технологии плавления различают прозрачное и непрозрачное кварцевое стекло. В качестве самостоятельного конструкционного и футеровочного материала обеспечивающего химическую стойкость технических конструкций, применяют непрозрачное кварцевое стекло (плавленый кварц), получаемое из чистого кварцевого песка, содержащего 99,95% SiO2 (остальное – оксиды Al2O3; Fe2O3;СаО; MgO; Na2О с содержанием от 0,004 до 0,04%).

Плавленый кварц устойчив к действию практически всех минеральных и органических кислот любых концентраций при высоких температурах. Исключение составляют плавиковая кислота, которая растворяет материал даже при комнатной температуре, и фосфорная кислота, разрушающая плавленый кварц при температуре выше 250 ⁰С.

Разбавленные растворы щелочей при комнатной температуре на кварцевое стекло не действуют, но концентрированные растворы, особенно при нагреве, заметно его растворяют. Однако этот процесс контролируемый, т.к. из-за высокой плотности кварцевого стекла взаимодействие идет только на поверхности материала. Высокая плотность обуславливает и низкую газопроницаемость кварцевого стекла даже при высоких температурах (500 – 700 0С в зависимости от атомного веса газа).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)