Материалы химических реакторов.Выбор материала

В химической промышленности, в том числе и в промышленности органических полупродуктов, для изготовления аппаратуры используются весьма разнообразные материалы. Это объясняется разнообразием и специфичностью требований, предъявляемых к конструкционным материалам для химической аппаратуры. Применяемые для этих целей материалы должны иметь:

1) достаточную механическую прочность;

2) стойкость к коррозионному воздействию перерабатываемых веществ;

3) обладать соответствующими физическими свойствами (например, хорошей теплопроводностью);

4) легко поддаваться механической обработке;

5) не оказывать ингибирующего действия в процессах, проводимых в данной аппаратуре;

6) не влиять на чистоту продуктов реакции;

7) быть дешевыми и доступными.

Главным требованием для материалов химических аппаратов в большинстве случаев является их коррозионная стойкость, так как она определяет долговечность химического оборудования.

Коррозия металлов

Коррозией (от лат. слова "corrosio" – разъедать) называется разрушение материала вследствие взаимодействия его со внешней средой. Различают два типа коррозии – химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называется разрушение металла окислением его в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе.

В этом случае происходит взаимодействие металла с составными частями среды – с газами и неэлектролитами.

Электрохимической коррозией называется разрушение металла в среде электролита с возникновением внутри системы электрического тока. В этом случае наряду с химическими процессами (отдача электронов) протекают и электрические (перенос электронов от одного участка к другому). К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах.

По характеру разрушений коррозия металлов бывает сплошной (равномерной), местной и межкристаллитной.

Сплошная коррозия не представляет особой опасности для конструкций и аппаратов особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Ее последствия могут быть сравнительно легко учтены.

Значительно опаснее местная коррозия, хотя потери металла здесь могут быть и небольшими. Один из наиболее опасных видов местной коррозии – это точечная. Она заключается в образовании сквозных поражений, т.е. в образовании точечных полостей – так называемых питтингов. Местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности галогенидных (хлорид натрия, магния и др.). Опасность местной коррозии состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надежность конструкций, сооружений, аппаратов.

Наиболее опасным видом коррозии является межкристаллитная, при которой разрушение происходит по границам кристаллитов в глубине металла.

Скорость коррозии металла оценивается весовым методом, основанным на определении изменения веса образца после воздействия агрессивной среды.

Для количественной оценки степени коррозионных разрушений принята десятибалльная шкала.

Для изготовления химической аппаратуры должны использоваться конструкционные материалы, скорость коррозии которых не превышает 0,1–0,5 мм/год; чаще применяются материалы стойкие (скорость коррозии 0,01–0,05 мм/год).

Нагревание водяным паром

Наиболее широко в химической технологии в качестве теплоносителя используют насыщенный водяной пар, при конденсации которого выделяется значительное количество теплоты.

При нагревании насыщенным водяным паром различают "острый" и "глухой" пар.

При нагревании "острым" паром водяной пар вводится непосредственно в нагреваемую жидкость; конденсируясь, он отдает жидкости тепло, а конденсат смешивается с этой жидкостью.

Для нагревания и одновременного перемешивания жидкости пар вводят через барботер – трубу с рядом небольших отверстий. Барботер располагают на дне резервуара в виде спирали или колец.

Массу острого пара, используемого на нагревание жидкости D, кг, определяют из уравнения теплового баланса, учитывая равенство конечных температур нагреваемой жидкости и конденсата:

,

где Q₂ – количество подводимого тепла, кДж;

Н – энтальпия пара, кДж/кг;

с_в – теплоемкость конденсата, кДж/кг×К;

t₂ – конечная температура жидкости, К.

Нагревание острым паром в технике используют довольно редко, так как смешение нагреваемой жидкости и конденсата пара обычно недопустимо. Значительно чаще на практике нагревание насыщенным паром осуществляют через стенку (т.н. нагревание "глухим" паром). При этом способе нагревания пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и конденсат в виде пленки стекает по поверхности стенки. Пар практически всегда вводят в верхнюю часть аппарата, а образующийся конденсат отводят из его нижней части через конденсатоотводчик. Температуру конденсата можно с достаточной точностью принять равной температуре насыщенного греющего пара.

Расход пара на нагревание D, кг, определяют из уравнения теплового баланса

,

где r – удельная теплота парообразования, кДж/кг.