Выбор материалов для химического реактора

Выбор материалов для химического реактора является важным аспектом в проектировании химического реактора . Существует четыре основные группы химических реакторов - CSTR , PFR , полупериодические и каталитические - с вариациями для каждой из них. В зависимости от природы химических веществ, участвующих в реакции, а также условий эксплуатации (например, температуры и давления), некоторые материалы будут работать лучше других.

Существует несколько широких классов материалов, доступных для использования при создании химического реактора. Некоторые примеры включают металлы, стекла, керамику, полимеры, углерод и композиты. ^[2] Металлы являются наиболее распространенным классом материалов для оборудования химической инженерии, поскольку они сравнительно просты в производстве, обладают высокой прочностью и устойчивы к разрушению . Стекло распространено в оборудовании химических лабораторий, но оно очень склонно к разрушению и поэтому не пригодно для крупномасштабного промышленного использования. Керамика не так распространена в качестве материала для химических реакторов, поскольку она хрупкая и сложная в производстве. Полимеры начали приобретать большую популярность в трубопроводах и клапанах, поскольку они способствуют стабильности температуры. Существует несколько форм углерода, но наиболее полезной формой для реакторов являются углеродные или графитовые волокна в композитах . ^[3]

Последний важный критерий для конкретного материала — его безопасность. Инженеры несут ответственность за обеспечение безопасности тех, кто работает с оборудованием или использует здание или дорогу, например, путем минимизации рисков травм или несчастных случаев. Другие соображения включают прочность, устойчивость к внезапному отказу от механического или теплового удара, коррозионную стойкость и стоимость, и это лишь некоторые из них. ^{[2] [3]} Для сравнения различных материалов друг с другом может оказаться полезным обратиться к диаграмме ASHBY и нормам ASME для сосудов под давлением . Выбор материала в идеале должен основываться на известных данных, а также на опыте. Более глубокое понимание требований к компонентам и поведения коррозии и деградации поможет в выборе материалов. Кроме того, знание производительности прошлых систем, будь они хорошими или плохими, поможет пользователю при выборе альтернативных сплавов или использовании системы с покрытием; если предыдущая информация недоступна, рекомендуется провести испытания. ^[4]

Работа высокотемпературного реактора включает в себя множество проблем, таких как деформация и растрескивание из-за теплового расширения и сжатия, а также высокотемпературная коррозия. Некоторые признаки того, что происходит последнее, включают обгоревшие или обугленные поверхности, расплавленные фазы, деформацию, толстые окалины и сильно истонченный металл. Некоторые типичные высокотемпературные сплавы включают железо, никель или кобальт, которые содержат >20% хрома с целью формирования защитного оксида против дальнейшего окисления. ^[4] Существуют также различные другие элементы, способствующие коррозионной стойкости, такие как алюминий, кремний и редкоземельные элементы, такие как иттрий , церий и лантан . Другие добавки, такие как реактивные или тугоплавкие металлы, могут улучшить механические свойства реактора. Тугоплавкие металлы могут подвергаться катастрофическому окислению, которое превращает металлы в порошкообразный оксид с небольшим использованием. Этот ущерб хуже в застойных условиях, однако было доказано, что силицидные покрытия обеспечивают некоторую устойчивость. ^[4]