石墨的機(jī)械性能

石墨的機(jī)械性能




一：前言

PS版即預(yù)涂感光版(Presensitized Offset Plates)的簡(jiǎn)稱，是為適應(yīng)平版印刷的迅速發(fā)展而研制開發(fā)出來的。由于PS版本身具有分辨力高，網(wǎng)點(diǎn)再現(xiàn)飽滿，層次豐富，水墨平衡易掌握，耐印力高等特點(diǎn)，在印刷行業(yè)得到了迅速普及。從目前掌握的統(tǒng)計(jì)資料來看，PS版依然是當(dāng)前消耗量最大，也是最重要的平印版材，PS版制造業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前印刷器材制造業(yè)極其重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。

PS版生產(chǎn)過程中要使用鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氟化鈉、碳酸二氫鈉等化工原料，并且需要冷卻與加熱，而這些原料大部分是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，設(shè)備必然腐蝕嚴(yán)重，必須要求諸多生產(chǎn)設(shè)備的材料既要能防腐蝕，又要有良好的傳熱性能。

當(dāng)前PS版生產(chǎn)廠家普遍都使用造價(jià)高于石墨四到五倍的鈦合金材料的板式換熱器，如PS版電解工序2%鹽酸溶液冷卻器、氧化工序25%硫酸溶液冷卻器、封孔工序氟花鈉、碳酸二氫鈉等溶液冷卻器，雖然傳熱效率好，但易堵，維修不方便，清洗也頻繁，給緊張的生產(chǎn)造成極大的不便；而石墨換熱器單位換熱面積造價(jià)也大大低于板式換熱器，而且導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)高，安裝、清洗、維修、維護(hù)方便，既縮短了停產(chǎn)時(shí)間，又不會(huì)減少設(shè)備的換熱面積，因而可以很好地替代鈦合金板式換熱器。
下面對(duì)石墨制化工設(shè)備簡(jiǎn)單介紹一下。

二：石墨制化工設(shè)備

（一） 不透性石墨

不透性石墨是一種由人造石墨及合成樹脂通過浸漬、壓型、澆鑄等方法制得的新型的結(jié)構(gòu)材料，它和其它一切非金屬耐腐蝕材料的區(qū)別在于，除了具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性外，還具有極高的導(dǎo)熱性能，因而大大地?cái)U(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

不透性石墨作為耐腐蝕非金屬無機(jī)材料，被廣泛應(yīng)用于在化工防腐中，目前不透性石墨已經(jīng)成功廣泛應(yīng)用于制造各種類型加熱器、冷卻冷凝器、合成爐、膜式吸收器、管道、管件、閥門、塔及附件、泵類及設(shè)備的襯里防腐等。其結(jié)構(gòu)性能如下：

1.酚醛浸漬石墨機(jī)械性能

容重 1.8～1.9 G/m3
抗壓強(qiáng)度 58.8～68.6 Mpa
抗拉強(qiáng)度 7.8～9.8 Mpa
抗彎強(qiáng)度 23.5～27.4 Mpa
抗部擊強(qiáng)度 2.7～3.1 KJ/㎡
硬度 25～35 布氏
熱導(dǎo)率、導(dǎo)熱系數(shù) 105～116 W/m·K
耐熱度 170 ℃
熱膨脹系數(shù) 4.4 1/℃×106

2．機(jī)械強(qiáng)度 不透性石墨可進(jìn)行各種機(jī)械加工，如車、刨、鋸、銑等，這些性能對(duì)加工制造各種設(shè)備提供了良好的條件。

3．化學(xué)穩(wěn)定性 不透性石墨除了強(qiáng)氧化性酸及堿外，對(duì)大部分化學(xué)物質(zhì)都耐腐蝕，特別是鹽酸，在沸點(diǎn)以下任何濃度都耐。

4．導(dǎo)熱性 浸漬石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為100～110千卡/米·小時(shí)·℃，浸漬類石墨的導(dǎo)熱系數(shù)和銅、鋁等相仿，通常將其作為熱交換器或其它傳熱設(shè)備就是根據(jù)不透性石墨的這一特點(diǎn)。

5．熱穩(wěn)定性 石墨本身的熱膨脹系數(shù)很小，為0.24×10－5 1/℃。雖然樹脂的線膨脹系數(shù)大得多，但浸漬固化后，被廣泛約束在空隙中，不能自由膨脹，使得浸漬石墨的總的線膨脹系數(shù)增加不多，為0.4～0.45×10－5 1/℃。

（二） 各種設(shè)備簡(jiǎn)介

不透性石墨制換熱設(shè)備和吸收設(shè)備具有優(yōu)良的耐腐蝕性和傳熱性能，應(yīng)用于腐蝕性介質(zhì)的傳熱過程，被廣泛地用于處理鹽酸、硫酸等腐蝕性介質(zhì)，用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)和吸收等化工單元操作。石墨換熱設(shè)備和吸收設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式可分為列管式、塊孔式（圓塊孔式及矩形塊孔式）、噴淋式、浸漬式、套管式等多種結(jié)構(gòu)形式。其中列管式、塊孔式都有系列設(shè)計(jì)，并且制訂了石墨設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。下面重點(diǎn)介紹一下列管式、塊孔式及列管式降膜吸收器的特點(diǎn)、分類、適用范圍及個(gè)別應(yīng)用。

1、組合式列管式石墨換熱器管與管板連接為彈性密封結(jié)構(gòu)。在溫差應(yīng)力作用下石墨管能自由伸縮，避免了石墨管與管板黏結(jié)在溫差應(yīng)力作用下所引起的應(yīng)力破壞。石墨材料利用率高，可制成較大傳熱面積的設(shè)備，單位換熱面積造價(jià)低于其它結(jié)構(gòu)形式，用于處理量較大的換熱過程；流體阻力小，維護(hù)檢修和清洗方便；設(shè)備許用壓力達(dá)0.5ＭＰａ，溫度150℃.由于各設(shè)備零部件互換性好，可以單獨(dú)更換，這樣大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。在硫酸、鹽酸工業(yè)和環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

2、換熱器（圓塊孔、矩形塊孔）是若干帶有物料孔道的石墨換熱器，上、下石墨封頭及其金屬蓋板以及圓筒鋼殼體（圓塊孔）或兩端側(cè)蓋（矩塊孔式）等主要零件組成，零件之間用襯墊密封，并以長(zhǎng)螺栓緊固。塊孔式換熱器有以下特點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，石墨塊體主要承受壓應(yīng)力，能充分利用石墨材料抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)?？商岣卟僮鲏毫?，適用于有熱沖擊或振動(dòng)的場(chǎng)合。
②結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
③適應(yīng)性強(qiáng)，可用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)、再沸、吸收、解吸等許多化工過程。
④零件互換性好，采用“積木式”的可拆卸組合結(jié)構(gòu)，需數(shù)量不多的標(biāo)準(zhǔn)元件，可組裝成各種不同換熱面積的設(shè)備，其拆卸、安裝、清洗、檢修和運(yùn)輸方便，這對(duì)制造和維修都具有很大優(yōu)越性。
⑤可獲得較高的傳熱系數(shù)。

例如YXSQ圓塊孔式硫酸稀釋冷卻器，上部為濃酸與脫鹽水混合、稀釋、分配部份，中、下部份為冷卻部份，可將98%的濃硫酸稀釋到50~60%，它作為現(xiàn)在硫酸稀釋工藝中較為先進(jìn)的設(shè)備，可以將濃硫酸的濃度稀釋到65%以下，并且可以在稀釋后直接進(jìn)行冷卻直至所需要的溫度。

3、降膜式石墨吸收器實(shí)際上是一種垂直安裝的列管式或圓塊孔式換熱器。換熱器的列管（或塊體上的縱向孔道）相當(dāng)于許多并列的水冷濕壁塔。在其上方設(shè)置有分配吸收液的溢流管。降膜式吸收器在吸收過程中，不斷地將溶解熱移走，其傳熱傳質(zhì)效果好。它與填料塔的絕熱吸收比較有著顯著優(yōu)點(diǎn)。

應(yīng)用于環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)中的副產(chǎn)氯化氫用水吸收后即為鹽酸,它具有很強(qiáng)的腐蝕性,大大縮短了金屬換熱器的使用壽命，因此環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)中與氯化氫介質(zhì)有關(guān)的換熱器均采用了非常耐腐蝕的石墨制換熱器。

三、應(yīng)用前景

隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品質(zhì)量也在逐步提高，碳鋼和鑄鐵已經(jīng)不能很好地滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)日益發(fā)展的要求和規(guī)?；a(chǎn)的需求，隨之出現(xiàn)一些新材料，如：合金鑄鐵、不銹鋼、鈦材、工程塑料以及各種防腐襯里等在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

碳鋼設(shè)備的防腐處理，大部分采用酚醛、環(huán)氧樹脂涂層，特別是換熱設(shè)備經(jīng)過防腐傳熱效果大大下降，從而增大換熱面積，于是石墨就成為了設(shè)備制造中非常合適的材料。例如用在電石法PVC生產(chǎn)中與HC1氣體或鹽酸相關(guān)的工藝過程，主要設(shè)備有：鹽酸冷卻器、圓塊式石墨三合一鹽酸合成爐、石墨氯化氫合成爐、圓塊石墨硫酸稀釋器、混合氣深冷器、聚合工段預(yù)熱器及轉(zhuǎn)化器氯乙烯冷卻器、乙烯氧氯化法生產(chǎn)中精餾工段中EDC冷卻器等，均收到了良好的使用效果。

石墨的導(dǎo)熱系數(shù)為480. 7 J / (m·h·℃) ,而一般合金的導(dǎo)熱系數(shù)較之低得多,如304 型不銹鋼為58. 69 J / (m·h·℃) ,因而同樣厚度的石墨熱阻就比不銹鋼熱阻小,亦既傳熱能力要強(qiáng)。雖然傳熱過程中的管壁熱阻比起流體與污垢的熱阻要小得多,但這種影響有時(shí)也不容忽略。

即使是最耐腐蝕的合金,在鹽酸這類強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速度也為0. 1 mm/ a ,而石墨的腐蝕速率幾乎為0 。因此,在強(qiáng)腐蝕性環(huán)境中,石墨換熱器的壽命顯然要比金屬換熱器的長(zhǎng)。

石墨換熱器在生產(chǎn)中不僅有效地進(jìn)行熱量的交換,降低能耗,而且可以提高有關(guān)物料的收率,從而降低物耗,它在環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)中的使用,即節(jié)約了環(huán)化反應(yīng)塔的蒸汽消耗,又提高了二氯丙烷的反應(yīng)收率。

不透性石墨設(shè)備在其它領(lǐng)域雖得以廣泛應(yīng)用，但在PS版生產(chǎn)中的應(yīng)用僅僅還是起步階段，而就實(shí)際生產(chǎn)而言，只要工作壓力不超過0.6MPa,工作溫度低于160℃，介質(zhì)中含有腐蝕性物質(zhì)都可用不透性石墨設(shè)備。

金屬換熱器即使在其它介質(zhì)條件下也經(jīng)常需要堵漏,在酸性介質(zhì)條件下運(yùn)行時(shí),則需要經(jīng)常更換,這就會(huì)造成頻繁的停車,更換列管或換熱器的直接損失和停車造成的間接損失不可不計(jì),由此可見,石墨換熱器不僅有著良好的換熱效果,更因其高度的耐腐蝕性,使用壽命長(zhǎng),而防止換熱器的頻繁堵漏或更換造成的裝置停車,使得化工裝置真正實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行,因而值得進(jìn)一步推廣。

通過以上的介紹，我們相信，隨著時(shí)間的推移和對(duì)石墨設(shè)備的了解與認(rèn)識(shí)越來越深刻，其應(yīng)用前景會(huì)相當(dāng)?shù)暮谩?br>
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