6.3 硝化设备的腐蚀与防护
在硝化剂的存在下,芳环上引入硝基的反应叫做硝化反应,而 生成的产物叫硝基化合物。在染料及中间体合成工业中,硝化反拖 是很重要的化学反应之一。染料引乂硝基可加深染料的颜色,硝基是助基西。染料中间体引入硝基是制取巧基化合物的一条重要途径。同时可使芳环上其他取代基活化,易于发生亲核置换反应。
硝化反应常常是很剧烈的,甚至有发生爆炸的现象。所以在梢硝化反应中要十分注意安全。要严格控制温度,控制搅拌器的转速。
应釜的夹套的锈垢、水垢要注意清洗,因水垢和铸锈影喃传热。一旦水垢巧绣垢増厚影响冷却速度、硝化反应温度剧升时冷却效果不 佳,湿度难控制,就会发生爆炸事故。
1.硝化反应设备的选材
硝化反应中经常使用的硝化剂有下几种形式:①稀硝酸;浓硝酸;感甜酸、硫酸組成的混酸。
硝化反应中的主要腐蚀剂是硝酸。无论稀硝酸硝化还是浓硝酸 硝化及混酸硝化,设备主要是根据销酸腐烛特性来选材的。
硝酸对金属的腐蚀随浓度的増加而逐渐严重,腐蚀过程中有化 学反应和电化学反应。实际上,凡是有硝酸参加的反应都是比较复 杂的,不是单一的。硝酸浓度不同,反应途径也不同;被氧化的物质不同时,腐蚀的程度及硝酸被还原程度也不同。
(1)碳钢
硝酸对碳钢的腐蚀特性是;当温度在室温25C左右且硝酸浓度 在下时,随着浓度的増加非腐蚀速度加大;当硝酸浓度为30% 时,其腐蚀速率达到最大值,为22. 5g/ • h);当硝酸银度超过50;同时,碳钢趋向于钝化;当浓度达70%〜80%腐蚀速率为0•5〜 1.0mm/a (腐蚀深度);当浓度进一步増加达90%时,腐蚀速率又有了增加。当温度升离时,碳酸在梢酸中的純化膜易被破坏,同时又会出现晶间腐烛。
硝化反应中,只有个别设备设用碳钢制造,如混醋配制度。其生 产过程为:由硫酸(92%)、发烟疏酸(104%)、硝巧(97%)制备 混酸,制备时设备用水进行夹套冷却,温度控前在60 C材下。碳巧板 厚15mm设备寿命1〜2年。硝化反应过程中一化不采用碳钢设备。
(2)铝
硝化反应用的硝酸的贮运设备几乎都是铝制的。铝是轻金属,标准电极电位非常低(一1.67V),按理应是不稳定的,但由于它的純化趋势很大,在许多介质中表面生成一层保护性的氧化膜。这种膜很致密义紧晚在稻的表面,同时膜被破坏时又会很快地自行慘复。
硝酸浓度达95%以上,铝是很稳定的,牌号为L2的铝在温度 20C时,腐蚀速率为O.OOlmm/a,当浓度达98%时,稳定性很高* 超过18-8镍铬不锈钢,所似生产实践中95%以上的硝酸贮存设备,多是铝制备的。铝制硝酸贮罐和硝酸运输椎车都己成为定型设备,制 造加工都已专业规范化。
影响铝材耐腐烛性的因奈之一是铅材表面状态。错材表面如有划伤、裂缝、孔穴等缺陷,对形成致密的保护膜不利,易形成浓差电 池而加速腐蚀。所以铝材加工时,表面应妥善保护,帯用木质和铜质工具,严禁用铁器。这对提高铝设备的使用寿命很重要。
焊接方法与焊接结构对铝材耐性也有影响。铝设备的腐蚀破裂往往发生在焊缝处,由于焊接不当常产生刀口腐蚀焊缝腐蚀,影响使用寿命。气焊容易产生夹杂、气孔和裂證等缺陷,使铝没备耐腐蚀性差。采用弧焊能较好地避免以上缺陷。所以对铝制化工设备应选用氨弧焊,对接焊缝、角焊缝及T字焊缝处,应采用双面接焊,减少死区和形成浓差电池造成缝隙腐蚀。焊口应除去熔渣。
(3)不锈钢
不绣钢的出现使硝酸工业得以飞速发展,在染料及中问体生产中硝化工序的主要设备如硝化反应釜,材质选用不绣钢(主要是ICrlSNi目Ti奥氏体不矮钢)。
硝酸是种强氧化性的无机酸,態使不镑钢表面很快形成一层致密的氧化膜CrO3。不锈钢的铬含量强烈地影响在硝酸中的耐蚀能力,拷含量越大,腐蚀性越强。尤其当不锈钢的铬含量达13% (或13%数倍),它在氧化性介质中耐蚀能力发生跃进式的突变。
不镑钢中镍是扩大奥氏体区域的元素,通常用来形成并稳定奥氏体组织,从而获得良好的机械性能,并能提高耐非氧化性介质的 腐蚀性性。
碳在不镑钢中能显著扩大舆氏体区域,但由于碳在不锈钢中与 铬化合形成格的化合物,从而降低了碳钢的抗晶间腐蚀性,故希望碳含量越低越好。一般需经焊接的不镑钢其碳含量应控制在0.08一下。
钛在不锈钢中起稳定碳的作用。在不铸钢中钛能与碳化合生成稳定的弥散的碳化物,均匀地分布于基体中减少了铬与碳化合的机会。奧氏体晶界上就不会产生贫铬现象.因此含钛的不锈钢可3.2 硝化物的中和水洗设备的腐蚀与防护硝化反应之后的硝基化物,往往进行水洗中和精制。这个过程的设备称硝化精制罐。如果是混酸硝化,混酸中的硝酸在硝化过程被反 应消耗掉,没有反应的硝酸一般在2%〜3%;硫酸在精制前先进行分离,因此琉酸在硝基化合中也较稀。料间苯二胺生产为例,硝化工艺 是賴基苯用混酸硝化,生成间二硝基苯,间二梢基苯中含有微量的硝.驗和少量琉酸,靑在诗制罐中水洗中和。中和用碱为40%NaOH,中 和至pH>8,升温至化C,并自然降泡至65度。加亚硫酸納进行椿制,在燃拌下进行中和,再人水中静置,分出母液,然后进行水洗。
可以看出,硝化精制过程中的腐蚀介质为酸碱交替,并含有少量硝酸,在搅拌下间二硝基苯为固体颗粒,有磨损现象。从防腐蚀角度看,以环氧树脂胶泥砌衬里岩板防腐蚀为宜。