Вопросы и ответы к экзамену (1094464), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Вследствие структурных превращений и ухудшении при этом физико-механических свойств, плавленый кварц возможно длительно эксплуатировать при температурах, не превышающих 11000С.

В химических аппаратах плавленый кварц широко применяется для давлений 0,3 – 0,5 МПа. Трубопроводы из него диаметром 100 – 150 мм можно эксплуатировать при давлениях до 0,5 – 0,8 МПа.

3. Силикатные стекла

Силикатные стекла получают путем плавления шихты, состоящей из песка, алюмосиликатов, боросиликатов, соды и других компонентов. В зависимости от состава шихты температура ее плавления равна 1250 – 14500С. Изделия из силикатных стекол получают методами литья, раздува, протяжки. Застывшая стекольная масса – это прозрачное, аморфное тело изотропного строения. Силикатные стекла отличаются высокой хрупкостью, низкой прочностью при растяжении и хорошей сопротивляемостью сжимающим нагрузкам.

Силикатные стекла легче переносят процесс нагревания, чем охлаждения. При резком охлаждении действуют растягивающие напряжения, приводящие к разрушению изделий из стекла.

По химическому составу силикатные стекла, применяемые для изготовления химической аппаратуры, трубопроводов, лабораторной посуды и различных приборов, можно разделить на три группы:

а) Натриево-кальциевосиликатные стекла, которые содержат 13 – 20% щелочных оксидов. Еще их называют щелочными стеклами. Эти стекла применяют для изготовления тонкостенной лабораторной посуды и крупногабаритной аппаратуры с толстыми стенками. Наличие в составе этих стекол большого количества щелочных оксидов обуславливает их сравнительную лекгоплавкость и легкость формования различных изделий. Однако, высокое содержание щелочей снижает термостойкость стекол; их можно применять при перепаде температур до 80 – 900С.

б) Боросиликатные и алюмоборосилактные стекла, которые содержат 6 – 18 % В2О3 и 4 – 10% Na2О. Некоторые из них включают 5 – 6% Al2О3. Эти стекла используют для производства химической аппаратуры, т.к. их отличает хорошая термостойкость и высокая химическая стойкость. К этой группе относятся стекла типа «пирекс», которые содержат свыше 12% В2О3 и небольшое количество щелочных оксидов (не более 5%).

в) Алюмосиликатные безборные или малоборные стекла, характеризующиеся пониженным содержанием щелочных оксидов (бесщелочные стекла). Алюмосиликатные стекла отличаются высокой температурой размягчения и сравнительно высокими механическими свойствами, что позволяет применять их для изготовления изоляторов, жаростойкой посуды, стеклянных волокон, труб промышленного назначения и других изделий.

Химическая стойкость силикатных стекол такая же, как и плавленого кварца, хотя в определенной мере она зависит от их химического состава. В частности, повышенное содержание щелочных оксидов, увеличивает стойкость стекла к действию основных сред.

Отжиг стекол на 20% повышает их химическую стойкость. Обработка поверхности стекол кислотами (кроме плавиковой и фосфорной) с последующим нагреванием до 4000С также способствует повышению их химической стойкости.

Из стекла проектируют и выпускают сосуды, аппараты и комплектные установки для выпаривания растворов, дистилляции и перегонки химических веществ и экстракции. Выпускают реакционные аппараты грушевидной, цилиндрической и шарообразной формы. Применяя сварку, можно изготовить цилиндрический аппарат емкостью в 150 л. Для нагревания или охлаждения реакционной среды в аппараты помещают стеклянные змеевики с поверхностью нагрева до 1 м3. При необходимости их можно изготовлять из коррозионностойкой стали, меди, титана, серебра

4. Ситаллы

Ситаллами называются стекло-кристаллические материалы – продукты кристаллизации стекол с очень мелкими (0,01 – 1,0 мкм), равномерно распределенными по объему материала кристаллитами, сросшимися друг с другом или соединенными тонкими прослойками остаточного стекла.

Ситаллы обладают комплексом ценных физико-химических, механических и эксплуатационных свойств, которые позволяют успешно использовать их в качестве конструкционных и футеровочных материалов в химической промышленности. В числе выгодных свойств – высокая прочность, термостойкость, химическая стойкость в кислотах и щелочах. Ситаллы хорошо сопротивляются воздействию газовых сред при высоких температурах (хлор, хлористый водород, хлориды и бромиды некоторых металлов, сернистые газы и др.).

По способу производства, исходному сырью и важнейшим свойствам ситаллы подразделяются на два основных типа: технические ситаллы и шлакоситаллы. Технические ситаллы изготавливают из стекла, полученного на основе оксидов с добавками минерализаторов, подбираемых в зависимости от заданных требований к материалу и обеспечивающих нужный ход кристаллизации. Они предназначены для применения в машиностроительной, химической и родственных с ними отраслях промышленности.

5. Силикатные эмали

Силикатная эмаль – это стекловидное покрытие, получаемое путем многократного наплавления стекловидной шихты непосредственно на металле. Стекловидная масса (шихта) наносится на поверхность металла либо путем напудривания сухого порошка (сухой способ), либо путем нанесения сметаннообразной массы – шликера, получаемой путем размола сухой массы с 4 – 8% глины и водой (шликерный или мокрый способ).

В состав эмалевой шихты входят различные горные породы (кварцевый песок, глина, мел, полевой шпат), различные добавки, улучшающие сцепление эмали с поверхностью металла (NiO, CaO), обеспечивающие непрозрачность (TiO2, ZnO2, SnO2, фториды и др.), красители (Cr2O3 - зеленый цвет, TiO2 – белый цвет, Fe2O3 – коричневый цвет и т.д.). Обязательным компонентом эмалевой шихты являются плавни – вещества, снижающие температуру плавления до 760 – 9000С, т.к. процесс плавления идет на металле. В качестве плавней используют буру, соду, поташ. Эмалирование осуществляется путем обжига в печах.

Первоначально для химической аппаратуры разрабатывали составы кислотостойкой эмали с высоким содержанием SiO2. Однако, изменяя состав, возможно целенаправленно регулировать химическую стойкость эмалей (увеличение содержания основных оксидов обеспечивает повышение стойкости эмалей в щелочных средах). Естественно, что, независимо от химического состава силикатных эмалей, недопустим их контакт с плавиковой кислотой. Практикой установлено, что самым надежным в эксплуатации является стеклоэмалевое покрытие толщиной 0,8 -1,2 мм. Это достигается путем пяти – шестикратного наплавления шихты.

Эмалированная химически стойкая аппаратура широко используется в химической промышленности (процессы хлорирования, нитрования, производство органических красителей, синтетических каучуков, взрывчатых веществ и др.), в фармацевтической и пищевой промышленности, при изготовлении железнодорожных цистерн для транспортировки различных химических и пищевых продуктов и т.д.

1. Материалы, получаемые методом спекания породных силикатов: номенклатура, химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения, изделия

1. Кислотоупорная керамика и фарфор.

Кислотоупорные керамические материалы получают путем спекания массы на основе природных глин, в которую добавляют песок (отощающее вещество), полевой шпат (плавень, снижающий температуру спекания), измельченный шамот (обожженная глина), и ряд других веществ. Отформованные из такой массы изделия после воздушной сушки подвергают плавному нагреву в печи до температуры 1200 – 13000С, в результате чего происходит процесс превращения каолиния (Al2O3∙2SiO2∙2Н2О) в муллит (3Al2O3∙2SiO2) – керамику. Полученные таким образом изделия носят общее название «камне-керамические изделия».

Для химических аппаратов и другого оборудования, контактирующих с жидкими агрессивными средами используется только керамика класса 1, кислотоупорная. Это значит, что она пригодна к эксплуатации в кислых средах (исключая плавиковую кислоту), нейтральных растворах и в очень слабых основных растворах. Едкие щелочи разрушают кислотостойкую керамику.

Кислотоупорная керамика имеет примерно следующий состав: 20 -40% Al2O3; 50 – 75% SiO2; 0,1 – 0,8% СаО; 0,3 – 1,4% МgО; 0,5 – 3% Nа2О, К2О; 0,3 -1,6% Fe2О3.

Керамика применяется в качестве самостоятельного конструкционного материала для изготовления химических аппаратов и трубопроводов и другого оборудования и в качестве футеровочного материала в виде кислотоупорных кирпичей и блоков, плиток различной конфигурации.

К керамике относятся и фарфор. Это тонкокерамические изделия на основе особых сортов глин, которые в спекшемся состоянии образуют плотный, просвечивающийся в тонких слоях черепок. Фарфор непроницаем для воды и газов. Различают два вида фарфора: твердый фарфор, получаемый при температуре обжига 1300 – 14500С, и мягкий фарфор, получаемый при температуре обжига 1200 – 12500С. В химическом оборудовании применяют только твердый фарфор. Он обладает сравнительно высокой термической стойкостью: аппараты, изготовленные из него выдерживают нагрев на открытом огне.

Аппаратура, трубы, детали трубопроводных систем, арматура и насосы из твердого фарфора применяются, главным образом, для производства особо чистых химических веществ, фармацевтических и витаминных препаратов, парфюмерии, в пищевой промышленности, в производствах органического синтеза и в других отраслях, где требуется получение особо чистых продуктов.

2. Пористые керамические материалы.

К пористой керамике -керамическим изделиям- (керамика класса 2 ) относятся огнеупоры и фильтрующая керамика.

Огнеупорными называются керамические изделия, способные выдерживать высокую температуру, не деформируясь при этом под определенной нагрузкой, мало изменяться в объеме и не подвергаться разрушению при резких сменах температур. Изготавливаются они в виде кирпичей и блоков и предназначаются для защиты металлических кожухов печей и высокотемпературных реакторов с целью снижения температуры на металлической поверхности. Следовательно, пористость огнеупоров повышает их термическое сопротивление и является в данном случае фактором, благоприятствующим понижению температуры. Конечно, огнеупоры должны также обладать высокой химической стойкостью к газовой среде аппарата.

Пористую керамику применяют только для изготовления различных фильтрующих элементов в процессах отделения жидкостей от твердых веществ (сцеживания), разделения жидкостей, в электролитических ваннах и в аппаратах диализа, в аппаратах для очистки газов и т.п. Такие изделия изготавливаются из специально подобранных составов шихты, в зависимости от предъявляемых требований, вытекающих из характера технологического процесса. Технология процесса спекания не отличается от технологии, принятой для изготовления аппаратурной керамики.

Фильтрующая керамика в зависимости от ее химического состава может применяться для фильтрации как кислых, так и щелочных сред.

Из фильтрующей керамики изготовляют: фильтровальные плиты, сцеживающие плиты и плиты для фильтр-прессов, нутч-фильтры, диафрагмы электролитических ванн и диализаторов, фильтры для кислородных установок, фильтры для очистки спиртовых растворов, плитки для пневмотранспорта.

1. Вяжущие силикатные материалы: химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения.

Большинство неметаллических материалов, главным образом силикатных, широко используется для футеровки металлической поверхности аппаратов с целью их защиты от коррозии. Опыт эксплуатации таких аппаратов и сооружений показал, что их металлический корпус или кожух, подвергается коррозии из-за проницаемости футеровочного шва, и что наиболее уязвимыми являются места соединения штучных футеровочных изделий между собой. Для выполнения футеровочных работ и уплотнения швов применяются различные вяжущие материалы-цементы (замазки).

Из силикатных вяжущих материалов можно указать, в первую очередь, на портланд (строительный) цемент. Однако, его основа – обожженный известняк – предопределяет области использования портланд цемента: вода, водные растворы нейтральных веществ, основания.

Как уже отмечалось выше, силикатные материалы используются в подавляющем большинстве случаев для изготовления кислотостойких изделий. Поэтому для выполнения футеровочных работ кислотостойкими штучными изделиями из силикатов используют специальный кислотоупорный цемент.

Кислотоупорный цемент – это двухкомпонентная система, состоящая из порошка и растворителя. Оба компонента должны в своих составах содержать SiO2. В качестве порошка берется тонкоизмельченные богатые кремнеземом естественные породы (андезит, гранит, диабаз, кварцевый песок) или искусственные материалы (плавленый базальт, плавленый диабаз, фарфор и др.). В состав порошка вводят в определенных пропорциях порошок гексафторосиликат натрия (Na2SiF6), который является ускорителем твердения цементного раствора. В качестве растворителя (второй компонент) берется водный силикат натрия Na2SiО3 (жидкое натриевое стекло).

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)