обладают хорошими физико-механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных, теплоизоляционных и футеровочных материалов.

2. ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Материалы, применяемые для изготовления химической аппаратуры, должны обладать химической стойкостью и механической 'точностью. Далеко не все материалы одновременно удовлетворяют этим двум требованиям. Хи- мически стойкие материалы часто оказываются непригодными вследствие не- удовлетворительных механических свойств, и наоборот, некоторые механиче- ски прочные материалы непригодны из-за низкой химической стойкости. В

подобных случаях прибегают к комбинированию материалов или нанесению защитных покрытий. Подвергающуюся коррозии поверхность механически прочного материала покрывают химически стойким материалом, при этом по- лучается более или менее удовлетворительная комбинация. Такое комбиниро- вание материалов весьма широко используется в технике. Применяемые для изготовления аппаратуры металлы защищают от коррозии нанесением метал- лических или неметаллических покрытий.

Металлические покрытия

В промышленности тонкого органического синтеза в качестве защитного металлического покрытия применяется преимущественно освинцовывание.

Освинцовыванием называют нанесение слоя свинца на металлическую поверхность, подвергающуюся коррозии. Обычно освинцовывают стальные и чугунные аппараты, покрывая их слоем свинца толщиной 3 - 6 мм.

Выпускается шесть марок технического свинца – С0, С1, С2, С3, С4 и С3Су, различающихся по содержанию свинца и примесей. Свинец марки С0 отличается наибольшей чистотой и наименьшим содержанием примесей (не менее 99,992 % Рb), свинец марки С4 содержит наибольшее количество при- месей (не менее 99,6 % Рb). В свинце марки С3Су допускается повышенное содержание сурьмы (0,4 – 0,8 %). Химическая стойкость свинца тем выше, чем меньше он содержит примесей, поэтому в химическом аппаратостроении же- лательно использовать достаточно чистый свинец.

Удовлетворительной химической стойкостью обладает свинец марки С2 (не менее 99,95 % Рb). Его применяют при изготовлении аппаратуры в тех слу- чаях, когда непригодны другие химически стойкие материалы.

Наиболее распространенными способами нанесения свинцовых покры- тий являются рольное и гомогенное.

Рольное освинцовывание следует рассматривать как наиболее простой, но наименее надежный способ выполнения свинцового покрытия. Этот способ заключается в следующем. Из листового свинца вырезают по заранее подго- товленному шаблону нужные детали покрытия. Вырезанные детали размеща- ют в аппарате, подлежащем освинцовыванию, и плотно пригоняют к стенкам

18

при помощи деревянных молотков; швы между листами спаивают свинцом. Таким образом, стенки аппарата плотно покрываются свинцовым «кожухом».

При освинцовывании по этому способу между стенками аппарата и лис- тами свинца остаются воздушные прослойки. Заключенный в них воздух при нагревании аппарата или создании в нем вакуума расширяется и легко отделя- ет от стенок всю свинцовую облицовку. Поэтому рольное освинцовывание не применяют для защиты обогреваемых аппаратов и аппаратов, работающих при разрежении.

Гомогенное освинцовывание является более дорогим, но более надеж-

ным способом покрытия свинцом и применяется для защиты обогреваемых аппаратов и аппаратов, работающих при вакууме. По этому способу слой свинца наплавляется на луженую поверхность металла. Освинцовываемая по- верхность, предварительно очищенная от ржавчины и грязи, подвергается травлению соляной кислотой, затем нагревается до температуры плавления олова. Далее производится лужение. Луженую поверхность нагревают до тем- пературы плавления свинца и наносят на нее металл, расплавленный в пламе- ни водородной горелки.

Помимо вышеуказанных способов освинцовывания, в технике иногда применяют покрытие распылением (удовлетворительные результаты получа- ются при толщине слоя свинца не более 1 мм) и электролитическое освинцо- вывание, заключающееся в выделении свинца из растворов его солей под дей- ствием постоянного электрического тока.

Неметаллические неорганические покрытия

К этим видам защитных покрытий относятся торкретирование, эмалиро- вание и футеровка аппаратов.

Торкретирование - защитное покрытие на основе торкрет-растворов, пред- ставляющих собой смесь песка, кремнефторида натрия и жидкого стекла. Меха- низированное пневмонанесение торкрет-растворов на поверхность металла позво- ляет получить механически прочный защитный слой, обладающий высокой хи- мической стойкостью ко многим агрессивным средам.

Эмалирование - покрытие поверхности чугунных или стальных аппара- тов эмалью - применяется в тех случаях, когда через защищаемую от коррозии поверхность металла необходимо передавать значительные количества тепла.

Эмали представляют собой сплавы кремнезема (55 – 65 %) и окислов не- которых металлов (алюминия, калия, натрия, бора, титана и др.).

Эмалевые покрытия устойчивы к действию большинства органических и неорганических кислот любой концентрации, растворов солей и холодных ще- лочных растворов, но не выдерживают воздействия плавиковой кислоты и ще- лочных растворов при высокой температуре.

Эмалируемую поверхность предварительно очищают от загрязнений и ржавчины и грунтуют (покрытие поверхности грунт-эмалью). Изделия, покры- тые слоем грунтовки, обжигают в печах при температуре 800 - 900 оС, соответ-

19

ствующей температуре спекания эмали. После обжига приступают к эмалиро- ванию, проводимому «мокрым» или «сухим» способом. По «мокрому» спосо- бу нанесение эмали производится аналогично нанесению грунт-эмали. По «су- хому» способу обожженное после грунтовки изделие быстро вынимают из пе- чи и на слой грунт-эмали наносят при помощи специальных вибрирующих сит тонко измельченную эмаль. Затем эмалируемое изделие снова помещают в печь, где оно нагревается до температуры плавления нанесенной эмали. В за-

висимости от требуемого качества покрытия эмаль наносят в несколько слоев (3 - 4). После нанесения каждого слоя эмали изделия обжигают, затем медлен- но охлаждают и проверяют качество нанесенной эмали.

Эмалированное покрытие считается удовлетворительным, если электри- ческая цепь, состоящая из корпуса эмалированного аппарата, источника по- стоянного тока, вольтметра и раствора поваренной соли, заполняющего аппа- рат, не проводит ток напряжением 110 - 120 В. Термическая стойкость эмале- вого покрытия тем выше, чем меньше различаются коэффициенты линейного расширения эмали и металла, на который нанесена эмаль. Различные виды эмалевых покрытий сохраняют стойкость при температурах от -40 до +300 оС. Небольшие трещины, обнаруженные в эмалевых покрытиях, могут быть заде- ланы золотом или танталом. Следует отметить, что чугунная эмалированная аппаратура обладает несколько большей химической и термической стойко- стью, чем стальная эмалированная аппаратура.

Целостность эмали, часто нарушаемая при монтаже и эксплуатации ап- паратов, может быть восстановлена при помощи кислотоупорной замазки. Для этого поврежденный участок эмалевого покрытия тщательно зачищают прово- лочной щеткой и затем покрывают слоем замазки, состоящей из чистого квар- цевого песка (95 %) и кремнефтористого натрия (5 %), замешанных с жидким стеклом (уд. вес 1,3 г/см3). На 1 ч. жидкого стекла расходуют 2 ч. сухой смеси песка и кремнефторида. Далее замазку опрыскивают 2 %-й соляной кислотой и выдерживают в таком состоянии в течение 5 - 6 ч. Полученное таким образом покрытие может защищать поврежденный участок от коррозии в течение дли- тельной эксплуатации аппарата.

Размеры эмалируемых аппаратов лимитируются размерами существую- щих обжиговых печей (высота 2.8 м, ширина 2.2 м и длина 3.5 м).

Эмалируемые аппараты и детали должны иметь простую форму, без ост- рых выступов и углублений. Наличие выступов, углублений и штуцеров зна- чительно осложняет эмалирование. Эмалированию могут быть подвергнуты лишь те участки поверхности аппаратов, которые доступны для осмотра и об- работки инструментами.

Футеровка - покрытие поверхности аппаратов, подвергающейся корро- зии, химически стойким облицовочным материалом (в большинстве случаев плитками) - также относится к распространенным способам защиты от корро- зии.

По сравнению с гуммированием (см. ниже) этот способ сложнее, приво-

дит к значительному утяжелению аппаратов и ухудшению теплообмена через

20

стенки. Однако футеровка может успешно конкурировать с гуммированием и покрытием поверхности пластмассами в тех случаях, когда защищаемая от коррозии аппаратура работает при температуре выше 100 оС, а внутренняя по- верхность аппарата подвергается истиранию твердыми частицами, содержа- щимися в реакционной массе.

В качестве облицовочных материалов в настоящее время применяют метлахские плитки, кислотоупорный кирпич, стеклянные, графитовые, диаба- зовые плитки, плитки из каменного литья (83 % базальта, 15 % горнблендита и 2 % хромистого железняка). Наиболее распространена футеровка диабазовыми плитками и плитками из каменного литья. Эти материалы обладают хорошей

химической стойкостью и выдерживают воздействие кислот и щелочей как на холоду, так и при нагревании.

Плитки прикрепляют к защищаемой поверхности и скрепляют между собой при помощи специальных замазок, химическая стойкость которых опре- деляет антикоррозионные свойства покрытия в целом. Футеруемая поверх- ность обычно покрывается плитками в два слоя так, чтобы плитки верхнего слоя перекрывали швы между плитками нижнего слоя.

Широкое распространение получила диабазовая замазка. Ее готовят на жидком стекле, к которому в качестве наполнителя добавляют молотый диабаз и в качестве ускорителя твердения - кремнефтористый натрий. Диабазовая за- мазка является кислотостойкой, но не выдерживает воздействия щелочей. Большой интерес представляют замазки типа арзамит. Их готовят смешением раствора феноло-формальдегидной смолы в бензиловом спирте с тонкоразмо- лотыми минеральными наполнителями и пара-толуолсульфохлоридом, уско- ряющим твердение замазки при комнатной температуре. Замазка арзамит-1 (наполнители - кварцевая мука и кремнезем) обладает кислотостойкостью. За- мазка арзамит-2, устойчивая к действию кислот и щелочей, готовится с добав- лением глицериндихлоргидрина; наполнителями служат кварцевая мука и сер- нокислый барий. Замазка арзамит-4 обладает, кроме кислотостойкости, повы- шенной теплопроводностью и применяется при футеровке аппаратов, в кото- рых должен производиться нагрев или охлаждение реакционной массы. В ка- честве футеровочного материала для облицовки таких аппаратов служат плит- ки из теплопроводного материала АТМ-1. Теплопроводность таких плиток

35 ккал/м·ч·град.

Для лучшей защиты аппаратов от коррозии футеровочные работы следу- ет выполнять по подслою, т. е. укладывать облицовочные материалы на по- верхность, предварительно освинцованную, гуммированную или покрытую пластмассой.

Как указывалось, замазки типа арзамит содержат п-толуолсульфохлорид, обладающий кислотными свойствами. Для предотвращения его вредного воз- действия на сталь футеровку с применением таких замазок выполняют по под-

слою из свинца или полиизобутилена или применяют силикатные замазки при нанесении первого слоя футеровки, а второй слой укладывают на замазке ар- замит. При футеровке поверхностей теплообмена графитовыми плитками на

21

замазке арзамит-4 поверхность аппарата надо предварительно гомогенно ос- винцевать или тщательно покрыть бакелитовым лаком с последующей терми- ческой обработкой.

Покрытия из органических материалов

В качестве защитных покрытий этого типа в химической промышленно- сти применяются гуммирование, покрытие некоторыми пластмассами, а также лакокрасочные покрытия.

Гуммирование - защитное покрытие на основе резиновых смесей с после- дующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластичностью, вибростойко- стью, химической стойкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для защиты хи-

мического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бутадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбо- нитов и других материалов.

Гуммирование является распространенным способом защиты аппарату- ры от коррозионного воздействия растворов большинства кислот, солей и ще- лочей. Для гуммирования применяется мягкая резина и эбонит (твердая рези- на). Мягкую резину получают вулканизацией каучука в присутствии 2 – 5 % серы, эбонит - вулканизацией каучука в присутствии примерно 30 % серы. По сравнению с мягкой резиной эбонит обладает большей твердостью и более ус- тойчив к воздействию агрессивных агентов, однако он хрупок и трескается при резких колебаниях температуры. Стандартные сорта мягкой резины и эбо- нита нестойки к действию окислителей (азотная кислота, концентрированная серная кислота, перекись водорода и т. д.) и некоторых растворителей. В большинстве случаев покрытие гуммированных аппаратов сохраняет стой- кость при температуре до 50°.

Поверхность, подлежащую гуммированию, очищают от ржавчины и гря- зи при помощи пескоструйного аппарата и промывают бензином. На подго- товленную таким образом поверхность наносят слой резинового клея (раствор резиновой смеси в бензине в соотношении 1 : 8 - 1 : 10), назначением которого является образование промежуточного слоя, обеспечивающего прочное сцеп- ление металла и резины или слоев обкладочной резины. После просушки клея на поверхность наносят слой сырой резиновой или эбонитовой смеси толщи- ной 2 - 5 мм, тщательно прикатывают ее деревянными роликами и затем под- вергают вулканизации.

Вулканизацию обкладки проводят в специальных котлах, куда помеща- ют гуммируемые аппараты, детали или арматуру и вводят острый пар давле- нием 3 - 4 ати. Вследствие ограниченного объема вулканизационных котлов крупные аппараты, подлежащие гуммированию, приходится изготовлять из нескольких частей, которые гуммируются по отдельности. После вулканиза- ции обкладки производится сборка гуммированных частей на фланцах.

Если гуммируемые аппараты герметично закрываются и выдерживают соответствующее давление, для вулканизации резиновой обкладки можно по-

22

давать пар непосредственно в аппарат. В аппаратуре большой емкости вулка- низация покрытия производится открытым способом, без давления, для чего аппарат заполняют горячей водой или раствором соли, кипящим при темпера- туре выше 100 оС, и нагревают жидкость перегретым паром. Иногда применя- ется вулканизация под действием горячего воздуха. Следует отметить, что при открытом способе вулканизации прочность сцепления резины с металлом в 2 - 4 раза меньше, чем при вулканизации под давлением.

Сложные по конфигурации детали, которые не. удается гуммировать обычными методами, можно гуммировать путем окунания или покрытия рас- твором или латексом полихлоропренового каучука, содержащим соответст- вующие ингредиенты (наполнители, вулканизующие вещества и др.)- Вулка- низацию такого покрытия проводят горячим воздухом при 80 - 100 оС.

Аппараты гуммируют в один, два, иногда в три слоя, в зависимости от назначения аппарата и условий его эксплуатации. Общая толщина защитного покрытия достигает 6 -7 мм.

К гуммируемой аппаратуре предъявляются некоторые специфические требования: аппараты и детали должны иметь такую конструкцию, чтобы был возможен доступ к поверхности, которую обкладывают слоем сырой резины; острые углы и выступы гуммируемых деталей недопустимы, сварные швы должны быть тщательно зашлифованы, патрубки и штуцеры должны иметь возможно меньшую длину.

Винипласт. В химической промышленности в качестве защитного по- крытия металлических аппаратов применяется также пленочный винипласт. К

поверхности стенок и деталей аппаратов пленка винипласта приклеивается специальным клеем (раствор перхлорвиниловой смолы в дихлорэтане или дру- гом растворителе). Винипласт хорошо приклеивается не только к металлам, но и к бетону, благодаря чему пленочным винипластом футеруют также бетон- ные кислотохранилища.

Полиизобутилен. Для обкладки аппаратов применяют листовой поли- изобутилен марки ПСГ (смесь полиизобутилена с сажей и графитом). Этот ма- териал устойчив к действию растворов кислот, щелочей и солей при темпера- турах до 60 оС. Обклеивание металлических поверхностей полиизобутиленом производится специальными клеями (например, клеем № 88), образующими достаточно прочный клеевой шов без нагрева. Это выгодно отличает покрытие металлических поверхностей листовыми пластиками от гуммирования, при котором требуется термическая обработка (вулканизация резиновой обклад- ки).

Стыки листов полиизобутилена склеивают (или сваривают при 150 - 200 оС) без применения присадочных материалов. Недостатком полиизобути- лена является ползучесть, наблюдаемая даже при небольшая нагрузках.

Асбовинил. Смешением асбеста с 40 – 50 %-м раствором полимеров ди- винилцетилена в ксилоле (лак этиноль) получают асбовинил, применяемый

главным образом для защиты металлов и бетона от коррозионного действия кислых сред - соляной кислоты, серной кислоты (до 75 % Н2SО4), уксусной ки-

23

слоты, влажного хлора, а также растворов некоторых солей (хлористого аммо- ния, сернокислого алюминия и др.).

Асбовиниловую массу наносят на защищаемую поверхность слоем тол- щиной 10 - 14 мм и для отверждения нагревают до 120 - 130 оС в течение 70 - 75 час. Защитные покрытия крупногабаритных аппаратов отверждаются без нагревания в течение 25 - 30 суток. Существенным недостатком асбовини- ловой массы является ее токсичность и огнеопасность (из-за присутствия в ней ксилола).

Температуростойкость асбовинила находится в пределах от -50 до +110 оС, теплопроводность его 0,13 ккал/м·ч·град.

Полиэтилены. Полиэтилены устойчивы к действию кислот, щелочей, растворов солей. При температуре до 60 оС азотная кислота (менее 30 % НNО3) не разрушает полиэтилена. К воздействию хлорбензола, толуола, кислорода, хлора полиэтилен неустойчив. Как известно, полиэтилен изготовляют метода- ми высокого давления и низкого давления. Полиэтилен низкого давления (средний молекулярный вес 60 000 - 300 000) отличается несколько большей стойкостью в среде азотной кислоты и органических растворителей по сравне- нию с полиэтиленом высокого давления (средний молекулярный вес 25 000 - 50 000). Защитные покрытия из полиэтилена наносят на металлические по- верхности методом пламенного напыления. Для этого взвесь порошкообразно- го полиэтилена в струе воздуха пропускают через пламя воздушно- ацетиленовой горелки, в котором частицы полиэтилена нагреваются до пла- стического состояния и в таком виде наносятся на металлическую поверх- ность, предварительно нагретую до 140 - 160 оС.

Покрытие толщиной 0,5 мм, создающее надежную защиту от коррозии, получается в результате 10 - 12-кратного напыления.

Лакокрасочные покрытия. Для защиты наружных (а иногда и внутрен- них) поверхностей аппаратуры и коммуникаций от коррозии широко приме- няют лакокрасочные покрытия. Представляют собой жидкие или пастообразные растворы смол (полимеров) в органических растворителях или растительные мас- ла с добавлением к ним тонкодисперсных минеральных или органических пиг- ментов, наполнителей и других специальных веществ. После нанесения на по- верхность изделия образуют тонкую (до 100 - 150 мкм) защитную пленку, обла- дающую ценными физико-химическими свойствами. Лакокрасочные покрытия для металлов обычно состоят из грунтовочного слоя, обладающего антикорро- зионными свойствами, и внешнего слоя - эмалевой краски, препятствующей проникновению влаги и агрессивных ионов к поверхности металла. С целью обеспечения хорошего сцепления (адгезии) покрытия с поверхностью ее тщательно обезжиривают и создают определенную шероховатость, например, гидро- или дробе- и пескоструйной обработкой.

Лакокрасочные покрытия термостойкие - покрытия способные выдержи-

вать температуру более 100 °С в течение определенного времени без заметного ухудшения физико-механических и антикоррозионных свойств. В зависимости

24

от природы пленкообразующего компонента различают следующие виды термо- стойких лакокрасочных покрытий:

-этилцеллюлозные (при 100 °С);

-алкидные на высыхающих маслах (при 120-150 оС);

-фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные (при 200 оС);

-эпоксидные (при 230 - 250 оС);

-поливинилбутиральные (при 250 - 280 оС);

-полисилоксановые, в зависимости от типа смолы (при 350 - 550 оС) и др. Для получения таких покрытий применяют масляные краски и некото-

рые виды лаков и эмалей на основе синтетических полимеров.

Масляные краски готовят преимущественно на олифе, способной высы- хать на воздухе с образованием пленки, хорошо скрепляющейся с окрашивае- мой поверхностью. Вводимые в краски пигменты, как правило, являются ми- неральными веществами. Масляные краски применяют для защиты аппарату-

ры и коммуникаций от атмосферной коррозии и от действия кислых паров и газов, присутствующих иногда в воздухе на химических производствах.

Перхлорвиниловые лаки и эмали получают растворением в органиче- ских растворителях перхлорвиниловой смолы, к которой добавляют пласти- фикаторы и пигменты. Покрытия на основе этих лаков и эмалей обладают хо- рошей стойкостью к действию кислот, щелочей, масел и некоторых раствори- телей и выдерживают температуру до 100 оС.

Этинолевые лаки готовят на основе полимеров дивинилацетилена. Они выдерживают действие кислот и щелочей при температуре до 200 оС, но обра- зуют относительно хрупкие пленки.

Бакелитовые лаки представляют собой растворы феноло-формальдегид- ной смолы в спирте с добавкой минеральных наполнителей (каолин, андезито- вая мука и т. д.). Лак наносят в 4 - 5 слоев и каждый слой подвергают термиче- ской обработке.

Покрытия бакелитовыми лаками устойчивы к действию растворов ки- слот и солей, но не обладают стойкостью при воздействии окислителей и рас- творов щелочей. Существенным недостатком бакелитовых лаков является хрупкость образуемых ими защитных пленок и относительно слабое сцепле- ние таких пленок с металлом.

Эпоксидные лаки и эмали. Использование лаков и эмалей на основе эпоксидных смол весьма перспективно. Эти смолы являются продуктами кон- денсации многоатомных фенолов с эпихлоргидрином или дихлоргидрином. Эпоксидные покрытия хорошо сцепляются с поверхностью, быстро отвер- ждаются, устойчивы к действию кислот и щелочей и обладают минимальной пористостью.

Лак на основе каучука получают растворением в ароматических углево- дородах хлорированного каучука с добавками смол и высыхающих масел. За- щитные пленки, образуемые лаками на основе хлорированного каучука, ус- тойчивы к действию щелочей, растворов солей и минеральных кислот, а также к действию хлора.

25