|
|
реферат. Конструкционные металлические и неметаллические материалы в производстве азотной кислоты
Реферат на тему
«Конструкционные металлические и неметаллические материалы в
производстве азотной кислоты»
Студент группы
Проверил
Москва 2021 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение 3
2. Производство HNO3 4
3. Требования выбору конструкционных материалов 5
4. Выбор материалов в производстве HNO3 5
4.1. Металлические 5
4.2 Неметаллические 8
5. Заключение 9
6. Библиографический список 10
Введение
Едва ли найдётся иная область машиностроения, потребляющая такое разнообразие конструкционных материалов, и при этом предъявляющая к ним столь разнообразные, противоречивые и жёсткие требования, - как химическое машиностроение.
В процессе производства от материала может потребоваться: и высокая прочность, и пластичность; высокая теплопроводность - и теплоизоляционные свойства; возможность применения различных методов (механических, термических, электрических, химических, диффузионых, иррадиационных) обработки и формования - и высокая устойчивость химической структуры материалов в процессах обработки. Наиболее жёсткие требования предъявляются к коррозионной стойкости материалов в плане не только обеспечения надёжности и долговечности самого оборудования, но и предупреждении негативного действия продуктов коррозии на качество продукции.
Так, применяемые для этих целей материалы должны соответствовать следующим требованиям:
1) иметь достаточную механическую прочность;
2) иметь стойкость к коррозионному воздействию перерабатываемых веществ;
3) обладать соответствующими физическими свойствами (например, хорошей теплопроводностью);
4) легко поддаваться механической обработке;
5) не оказывать ингибирующего или катализирующего действия в процессах, проводимых в данной аппаратуре;
6) не вступать в химическое взаимодействие с перерабатываемыми веществами;
7) быть недорогими и доступными.
Так, реакционный котел может быть изготовлен из кислотоупорной стали, уплотнение – из упругой пластмассы, напорный трубопровод – из высокопрочного поливинилхлорида, корпус электродвигателя – из виброгасящего чугуна.
Правильный выбор подходящего материала для использования в химическом машиностроении возможны при наличии глубоких знаний в области материаловедения.
По характеру применения, материалы, используемые в химической промышленности, можно разделить на две большие группы:
1) конструкционные материалы, используемые для изготовления аппаратов
2) материалы для защитных покрытий, предохраняющие аппараты от коррозии.
1. Производство HNO3
Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода. Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака.
Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, а затем в двухступенчатом фильтре.
Вода, применяемая для технологических нужд, подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных в ней солей. Для получения реактивной азотной кислоты требуется чистый паровой конденсат.
Процесс производства разбавленной азотной кислоты складывается из трех стадий:
1) конверсии аммиака с целью получения оксида азота
4NH3 + 5О2 → 4NO + 6Н2О;
2) окисления оксида азота до диоксида азота
2NO + О2 → 2NO2;
3) абсорбции оксидов азота водой
4NO2 + О2 + 2Н2О → 4HNO3;
Суммарная реакция образования азотной кислоты выражается
NH3 + 2О2 → HNO3 + Н2О.
2. Требования к выбору конструкционных материалов
В производстве азотной кислоты аппаратура работает в условиях воздействия сильно агрессивных сред, иногда при высокой температуре и давлении. В связи с разнообразием агрессивных сред в производстве НNO3 требуется применение определенных материалов, соответствующих данным требованиям.
3. Выбор материалов в производстве HNO3
3.1 Металлические
1) Углеродистые стали и чугуны:
Из углеродистой стали и чугуна изготавливают аппаратуру для синтеза и хранения аммиака. Углеродистая сталь нестойка к действию разбавленной НNO3, но коррозия резко замедляется при повышении концентрации НNO3 выше 40,5 % мас. Водные растворы серной кислоты, содержащие выше 69 % мас. Н2SO4, слабо воздействуют на углеродистую сталь. Поэтому мелланж (91 % НNO3 и 7,4 % Н2SO4) хранят в стальной аппаратуре. Жидкие оксиды азота хранят также в стальных баллонах. Однако, аппаратуру для производства жидкого N2O4, в которую может попасть вода следует выполнять из алюминия или специальных сталей.
Содержание углерода в используемых сталях и чугунах составляет:
1) в сталях 0,2–3 % мас.; Тпл.=1350–1500 °С;
2) в чугунах 2,5–5 % мас.; Тпл.=1100–1200 °С;
2) Нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы:
В настоящее время основными конструкционными материалами в производстве НNO3 являются нержавеющие хромоникелевые стали, используемые в качестве коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных и криогенных.
Отечественная промышленность выпускает разнообразные марки сталей типа 18-10, различающихся содержанием углерода, хрома, никеля и других легирующих элементов. Основными легирующими элементами этих сталей является хром и никель.
2.1) Хром:
Добавляемый в количестве 18%, придает сталям способность пассивации, т.е. стойкости в окислительных средах, что является крайне важным параметром при работе с активными и агрессивными средами, к которым относится большое число веществ, участвующих в процессе производства.
2.2) Никель:
Способствует образованию аустенитной структуры и повышает стойкость стали в активном состоянии. Применяются стали следующих марок: 12Х18Н9, 17Х18Н9, 12Х18Н9Т, 07Х18Н10, 08Х18Н10То, 12Х18Н12Т и т.д.
(Для справки: расшифровка марки производится по принципу:
12Х18Н9 – 12% углерод, 18% хром, 9% никель)
2.3) Титан:
стоек в разбавленной азотной кислоте до концентрации 70 % мас. при температурах даже выше 100 °С (по справочным данным до 315 °С). Из него изготавливают реакторы, теплообменники.
В красной дымящей азотной кислоте титан и его сплавы подвержены пирофорной реакции уже при комнатной температуре (нитроолеум с 20 % мас. NO2 самый сильный). Однако присутствие в этой системе Н2О в количестве 2 % мас. предотвращает возгорание в этой среде.
2.4) Алюминий:
в растворах азотной кислоты покрывается защитной пленкой. С повышением чистоты он становится более устойчивым. Из марок А00 и А0 изготовляются доокислители нитрозных газов, сборники и хранилища разбавленной азотной кислоты, поглотительные колонны. Автоклавы, отбелочные колонны, работающие при повышенных температурах изготовляются из АВ0.
2.5) Легирование сплавов:
Легирование – это добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала.
Легированные металлы, например молибденом или титаном, часто применяются в различных областях производства химической аппаратуры и в целом как конструкционные материалы, поскольку такие металлы способны проявлять повышенную стойкость к коррозии, прочность и податливость механической обработке.
Однако в силу того, что в производстве азотной кислоты среда является ярко выраженной окислительной - легированные молибденом и/или титаном сплавы не используются, в виду слабой устойчивости к такой среде.
3) Высококремнистые стали:
Весьма высокой стойкостью в азотной кислоте обладают стали, содержащие в своем составе около 4 % мас. и более кремния. Однако, они очень сильно подвержены межкристаллической коррозии.
Аустенито-ферритная сталь (15ХН12С4Т) хорошо работает при производстве концентрированной азотной кислоты до 50 °С (колонны нитроолеумной абсорбции, холодильники, конденсаторы, насосы, трубопроводы).
Сталь аустенитная (02Х8Н22С6) эксплуатируется в 98%-ной азотной кислоте до 90 °С (колонны концентрирования, холодильники, конденсаторы, насосы и т.д.).
3.2 Неметаллические
Применение в химическом машиностроении неметаллических конструкционных материалов позволяет экономить дорогостоящие и дефицитные металлы.
1) Фторопласт (тефлон) - элементы конструкций из фторсодержащих полимеров обладают высокой стойкостью практически во всех агрессивных средах в широком интервале температур.
2) Углеграфитовые материалы - Графит, пропитанный фенолформальдегидной смолой, или графитопласт – прессованная пластмасса на основе фенолформальдегидной смолы с графитовым наполнителем – обладают высокой коррозионной стойкостью в кислых и щелочных средах.
3) Стекло - прежде всего боросиликатное или «химическое» стекло, применяется в качестве конструкционного материала в производствах особо чистых веществ. Оно содержит около 78 % SiO2, 13 % B2O3, остальное содержание представляют собой Al2O3, Na2O, K2O. Боросиликатное стекло имеет хорошую коррозионную стойкость в отношении всех агрессивных химикатов, за исключением плавиковой кислоты и синильных щелочей.
4) Керамика - выпускается кислотоупорный кирпич для футеровки химического оборудования, крупноблочная керамика для аппаратов башенного типа, например, в производстве азотной кислоты.
5) Асбест - Термостоек до 1700 0С. До недавнего времени являлся основным теплоизоляционным материалом для наружных поверхностей аппаратуры и трубопроводов; в настоящее время вследствие токсичности используется ограниченно.
Заключение
Производство азотной кислоты является одним из важнейших химических производств во всём мире. Именно поэтому в технологических процессах предпочтительно использование наилучших конструкционных материалов.
Благодаря обилию и многообразию используемых конструкционных материалов – возможна минимизация негативных влияний агрессивных сред и прочих факторов на процессы производства. В результате чего возможно поддержания практически бесперебойной работы всех технологических узлов процесса производства азотной кислоты, так как современные материалы наиболее точно подходят для поставленных перед инженерами задач.
Библиографический список
1. Перелыгин, Ю. П. «Коррозия и защита металлов от коррозии : учеб. пособие для студентов технических специальностей» / Ю. П. Перелыгин, И. С. Лось, С. Ю. Киреев. – 2-е изд., доп. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2015. – 88 с.
2. А.А.Соколовский. Е, В. Яшке. "Технология минеральных удобрений и кислот". Москва. Издательство "Химия" 1979.
3. Е.Я.Мельников, В. П. Салтанова. "Технология неорганических веществ и минеральных удобрений". Москва Издательство "Химия" 1983 г.
4. Г.Н.Кононова и др. Общая химическая технология: Лабораторный практикум. / М.: МИТХТ, 1991.
|
|
|
Скачать 28.49 Kb.