Неметаллические конструкционные и обкладочные

Материалы

 

 

Неметаллические материалы, особенно неорганические, ис-

пользуют для создания химического оборудования в гораздо

меньшем объёме. Они обладают высокой химической стойко-

стью, но прочность и пластичность их ниже, чем у металлов.

Из неорганических неметаллических материалов наиболь-

шее распространение получили фарфор, асбест, эмаль, диабаз, ке-

рамика, стекло. Многие из них используют в производствах осо-

бо чистых веществ.

Плавленый диабаз получают обработкой определенных гор-

ных пород основного состава в мартеновских печах при 1400 ÉС.

Он содержит примерно 48 % диоксида кремния и 16 % оксида

алюминия, устойчив к минеральным кислотам, за исключением:

плавиковой и кремнийфтористоводородной. Щёлочи его разъе-

дают. Кислотостойкость других силикатных горных пород слож-

ного и непостоянного состава, также используемых для создания

футеровок в кислотостойких аппаратах, несколько ниже, чем у

андезита и бештаунита. Каменное литье из диабаза обладает вы-

сокой стойкостью к абразивному износу и газонепроницаемо-

стью. Из каменного литья изготавливают футеровочные плитки,

трубы, штуцеры и др.

Асбесты – тонковолокнистые материалы, в основном со-

стоящие из гидросиликатов магния. Важнейший из асбестов (до

95 % всего используемого) – хризотил. Это щелочестойкий мате-

риал. Амфиболовые асбесты представляют собой изоморфные

силикаты магния, кальция и железа; они содержат до 5 % хими-

 

 

 

чески связанной воды. Стойки к кислотам и щелочам. Асбесты

обладают низкой теплопроводностью. Их можно применять в ка-

честве теплоизоляторов и прокладок при температурах до 600-

800 ÉС. Из асбестов изготовляют листы с площадью до 1 м2 и

толщиной от 2 до 12 мм, огнестойкие ткани, шнуры и асбестовую

вату.

Керамика обычно состоит из 50–75 % кремнезема и 20–30 %

глинозема, поэтому она устойчива к действию минеральных ки-

слот, но разрушается под действием плавиковой кислоты и ще-

лочей, а при высокой температуре и от фосфорной кислоты.

Изделия из керамики получают формовкой и обжигом спе-

циально подобранной глины, в которую добавляют кремнезем и

полевой шпат. Из керамики изготавливают кислотоупорный кир-

пич, плитки, трубы и арматуру, холодильники и колонны,

центробежные насосы и емкости, насадочные тела для адсорб-

ционных колонн.

Недостатками керамических изделий являются их хрупкость

и низкая механическая прочность. Коэффициент теплопровод-

ности керамики близок 1,2 Вт/(мÁК). Она обладает значительной

пористостью (3–10 %), поэтому изделия из керамики обычно по-

крывают изнутри и снаружи глазурью.

Графитовые материалы занимают одно из ведущих мест

среди неметаллических конструкционных материалов. Такие

ценные свойства, как высокая химическая стойкость, низкий тем-

пературный коэффициент линейного расширения, хорошая теп-

лопроводность и достаточная механическая прочность, опреде-

ляют целесообразность их использования в качестве конструкци-

онного и защитного материалов. Из простых веществ графит –

самый тугоплавкий (Тпл = +3500 ÉС).

Различают углеграфитовые материалы естественного (при-

родный графит) и искусственного происхождения. Последние

получают смешением в определенных соотношениях антрацита,

нефтяных и литейных коксов и других добавок, последующим их

прессованием и термической обработкой при 1200–2300 ÉС.

Графит инертен ко многим агрессивным средам, термостоек

и теплопроводен. Коэффициент теплопроводности к его находит-

ся в пределах 90–360 Вт/(мÁК), что отвечает значениям, характер-

ным для большинства металлов. В присутствии кислорода он на-

 

 

 

чинает окисляться при 550–600 ÉС. Искусственные графитовые

материалы, из-за значительной пористости (20–30 %) можно при-

менять в химической аппаратуре только после устранения пори-

стости, что достигается, в частности, пропиткой их фенолфор-

мальдегидными смолами.

Антегмиты представляют собой теплопроводные (К = 35–

100 Вт/(мÁК)], коррозионностойкие, антифрикционные мате-

риалы, полученные прессованием композиций из графита и фено-

лформальдегидной смолы и последующей термообработкой их

при 160–200 ÉС. Промышленность выпускает антегмиты марок

АТМ-1, ATM-10 и АТМ-1Г.

Графитолиты – это изделия, полученные литьем и холодным

отверждением композиций. Применяют три марки графитолитов:

НЛ, ГФНЛ, 5ЭФНЛ, изготовленные соответственно на основе фе-

нолформальдегидной, фуриловой и эпоксидной смол.

Каждый из указанных материалов имеет свое назначение.

Графитовые и угольные блоки используют, например, в качестве

фильтрующей перегородки. Из антегмитов изготавливают футе-

ровочные плитки, трубы и формовые изделия. Широкое приме-

нение они нашли при изготовлении теплообменников различных

конструкций: оросительных, блочных, кожухотрубных, типа

«труба в трубе² и погружных. Наиболее простыми по конструк-

ции и надежности являются оросительные холодильники, вы-

пускаемые в виде секций труб длиной от 300 до 9000 мм.

Теплостойкость антегмитов определяется теплостойкостью

связующего. Антегмит, полученный на основе фенолформальде-

гидной смолы, можно применять до 180 ÉС, на основе кремний-

органического полимера – до 400 ÉС. Антегмит АТМ-1 стоек к

аммиаку, хлору, диоксиду серы, растворам соляной, серной и

фосфорной кислот (до 70 %) и неустойчив к действию азотной и

бромоводородной кислот и растворов щелочей. Антегмит ATM-

10 стоек ко всем кислым и щелочным средам, не разрушается под

действием галогенов и сильных окислителей.

Из графитолитов изготавливают центробежные насосы, ар-

матуру и трубопроводы для производства соляной и серной ки-

слот. Методом холодного литья получают сосуды, колонны (из

сборных царг), а также реакторы с мешалками и теплообменными

устройствами.

 

 

 

Достоинством графитолитов является их способность при

литье хорошо заполнять форму и прочно соединяться с металли-

ческими деталями (болтами, стержнями и др.), помещенными в

форму. Графитолиты хорошо обрабатываются на металлорежу-

щих станках, поэтому из них можно получить детали с достаточ-

но точными размерами.

Фаолит – композиция фенолоформальдегидной смолы и ки-

слотостойкого наполнителя (асбеста, графита) соответственно

марок А и Г. Фаолит относится к термореактивным пластмассам.

Так называемый сырой (неотвержденный) фаолит выпускают в

виде листов (толщиной от 5 до 20 мм, длиной от 1000 до 2000 мм

и шириной от 700 до 1000 мм) или массой, которую можно фор-

мовать и прессовать. Формованные изделия отверждают, подвер-

гая их постепенному нагреванию в течение 30–50 ч до 130 ÉС в

специальных камерах. При этом фаолит приобретает механиче-

скую прочность. Для соединения отдельных фаолитовых деталей

применяют фаолитовую замазку («сырой² фаолит), которая затем

отверж-дается нагреванием.

Из фаолита изготавливают трубы диаметром от 33 до 300

мм и длиной 1000–2000 мм, запорную арматуру и детали центро-

бежных насосов для работы при температуре 0–140 ÉС и избы-

точном давлении не выше 60 кПа.

Фаолит устойчив к растворам соляной кислоты любых кон-

центраций, к серной и фосфорной кислотам (0-80 %) до 70 ÉС, к

растворам многих солей. Его не рекомендуют применять для рас-

творов щелочей, азотной кислоты и некоторых окислителей (Вr2,

I2 и др.).

Известен также кислотощелочестойкий фаолит (фуралит),

который представляет собой композицию на основе фуриловофе-

нолформальдегидной смолы с наполнителями (асбест, стекло).

Испытания фуралита на химическую стойкость показали, что он

стоек при 120 ÉС к соляной, серной кислотам (до 28 %) и к рас-

твору NaOH (до 40 %).

Винипласт представляет собой термопластичный конструк-

ционный материал на основе поливинилхлорида с различными

добавками. Из него делают листы толщиной от 2 до 20 мм, трубы

с внутренним диаметром от 6 до 160 мм, стержни диаметром от 5

до 22 мм и сварочные прутки диаметром 2, 3 и 4 мм.

 

 

 

Винипласт обладает высокой химической стойкостью, удов-

летворительной прочностью и легко перерабатывается в изделия

прессованием. Для соединения элементов и деталей аппаратов

применяют прутковую сварку, которую проводят при одновре-

менном разогреве струей горячего воздуха (220 ÉС) свариваемых

кромок и присадочного прутка. Отдельные детали из винипласта

можно соединять склеиванием. Для этого поверхность склеива-

ния зачищают и обезжиривают дихлорэтаном. Склеивание про-

водят 10%-м раствором перхлорвиниловой смолы в дихлорэтане.

При проектировании и эксплуатации изделий из винипласта

следует учитывать его низкую ударную вязкость, исключающую

работу в условиях вибрации, большой температурный коэффи-

циент линейного расширения (в 6 раз выше, чем у стали) и малую

теплостойкость. Аппараты из винипласта изготовляют для рабо-

ты в интервале температур 0–40 ÉС, когда винипласт устойчив к

соляной, серной и фосфорной кислотам любой концентрации, к

азотной кислоте концентрацией до 50 %, к щелочам и растворам

большинства солей.

Как конструкционный материал все более широкое приме-

нение начинает находить полиэтилен. Различают полиэтилен, вы-

сокого давления (полимеризация этилена при 150 МПа) и низкого

давления (получают с использованием катализаторов). По-

следний отличается от полиэтилена высокого давления большей

плотностью, прочностью, жесткостью, повышенной теплостойко-

стью.

Полиэтилен может работать в интервале температур от –70

до 60 ÉС. Он устойчив к серной кислоте концентрацией до 50 %, к

соляной и фтороводородной кислотам при любой концентрации,

к щелочам и растворам большинства солей. Он обладает низкими

газопроницаемостью и влагопоглощением. Применяется для из-

готовления вентиляторов, труб, трубопроводной арматуры, об-

кладок, для различных аппаратов и тары.

Преимущества полиэтиленовых труб по сравнению с метал-

лическими – низкая плотность, химическая стойкость и морозо-

стойкость. Эти трубы не разрушаются при замерзании в них во-

ды. Они рассчитаны на давление до 1 МПа.

Перспективен для использования в химической промыш-

ленности полиизобутилен, стойкий ко многим агрессивным сре-

 

 

 

дам. Это каучукоподобный термопласт, в который для улучшения

прочности вводят тальк, графит и другие наполнители.

Для защитных покрытий (гуммирования) используют рези-

ны (ГОСТ 19198-73), обладающие достаточно высокой химиче-

ской стойкостью. Их выпускают в виде листов шириной 500-1000

мм и толщиной от 0,5 до 6 мм. Для этих целей пригодны резины

марок ИРП-1256, ИРП-1257, ИРП-1309 и некоторые другие.

Резины ИРП-1256 и ИРП-1309 имеют высокую химическую

стойкость к 30 %-ной HNO3 до 50 ÉС, к 33 %-ной H2SO4 до 110

ÉС, к 70 %-ной H2SO4 до 70 ÉС и к 50 %-ным щелочам до 90 ÉС.

Резина ИРП-1257 стойка к 70 %-ной H2SO4 и к 75 %-ной Н3РО4

до 70 ÉС, а к 50 %-ным щелочам до 110 ÉС.

Резины указанных марок крепят к стальной поверхности

клеями (например, «лейконат²). Недостаток резин – старение, в

результате которого снижается долговечность и надежность за-

щищаемой аппаратуры.