ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.11.2019
Просмотров: 1105
Скачиваний: 1
При каталитическом реформинге, кроме жидких веществ, получаются газообразные с выходом 5 - 15%. Они содержат водород, метан, этан, пропан, бутан, изобутан. Эти соединения служат сырьем для синтеза метанола, формальдегида, пропилена, бутадиена, высокооктановых добавок к бензинам. Водород также используют для очистки нефтепродуктов от серы (гидроочистка). Гидроочистку ведут при давлении водорода 5-7 МПа, температуре 340 - 430°С на алюмокобальтмолибденовом катализаторе. При взаимодействии водорода с сернистыми и кислородсодержащими соединениями образуются легко удаляемые сероводород, аммиак, вода.
Сочетание процессов каталитического реформинга и гидроочистки исключает необходимость строительства установок по производству водорода.
ТЕМА 10. МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ
План
10.1 Свойства, методы обработки.
10.2 Испытание металлов, сплавов.
10.1 Свойства, методы обработки.
Металлами называют непрозрачные кристаллические вещества, обладающие блеском, высокой тепло- и электропроводностью, способностью испускать электроны при нагревании, ковкостью, другими свойствами. Все металлы делятся на черные, имеющие темно-серый цвет (на основе железа) и цветные - красного, желтого или белого цвета.
Металлы и сплавы характеризуются свойствами, которые делят на:
физические (плотность, температура плавления, теплоемкость, электропроводность, коэффициент линейного расширения, магнитные свойства);
механические (прочность, твердость, ударная вязкость, сопротивление усталости);
технологические (ковкость, жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость);
химические (коррозионная стойкость, жаропрочность, жаростойкость). Эти свойства зависят от структуры металла, его природы.
В зависимости от температуры, давления металлы и сплавы могут находиться в твердом, жидком и газообразном агрегатных состояниях (фазовых). Фаза - это однородная часть системы, ограниченная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачком.
Переход металлов и сплавов из жидкой фазы в твердую фазу называется кристаллизацией. Кристаллизация металлов идет при постоянной температуре. Эта температура имеет название критическая температура фазового превращения. Экспериментально кристаллизация идет при температуре ниже критической. Разность между критической и реальной температурой называют степенью переохлаждения металла (сплава).
В системах технологий для приготовления деталей, изделий более широко применяют сплавы, а не чистые металлы. Сплавы могут представлять собой химическое соединение, твердый раствор, механическую смесь или их совокупность.
Химические соединения (интерметаллические соединения) характерны для металлов, относящихся к разным периодам, подгруппам периодической системы Д.И. Менделеева. Например, магний-свинец.
Твердые растворы - это твердые фазы, включающие в различных соотношениях атомы разных элементов в одной кристаллической решетке.
Механические смеси образуют вещества, не дающие химические соединения и не образующие твердые растворы.
Состояние сплавов может изменяться за счет температуры, давления. Изменение состояния сплавов в зависимости от температуры, соотношения компонентов характеризуется диаграммой состояния. По этим диаграммам устанавливают линии фазовых превращений, самую легкоплавкую смесь в данной системе сплавов (эвтектики).
При изменении температуры у некоторых металлов (железо, никель, кобальт и др.) меняется тип кристаллической решетки. Существование одного и того же металла, вещества в нескольких кристаллических формах называют аллотропией (полиморфизмом). Аллотропные формы (модификации) отличают, добавляя греческие буквы к символу элемента, например: a-Pb, н-Ti, y-Fe.
Железоуглеродистые сплавы делят на стали (содержание углерода до 2,14%) и чугуны (содержание углерода более 2,14%). Предельное содержание углерода в сплаве составляет 6,67%.
При охлаждении жидкого сплава железо-углерод в нем образуются кристаллы аустенита - твердого раствора углерода в y-Fe. Вместе с тем твердый раствор углерода в a-Fe называют ферритом. Структурным элементом сплава железо-углерод является также цементит-карбид железа с содержанием углерода 6,67%. Цементит - неустойчивое соединение, распадается при определенных условиях с выделением углерода. Перлит - эвтектоидная смесь феррита и цементита с постоянным содержанием углерода 0,8%.
Сплав, содержащий 0,8% углерода, называют эвтектоидной сталью, менее 0,8% углерода - доэвтектоидной, а более 0,8% углерода - заэвтектоидной сталью. Структура эвтектоидной стали - перлит. Чугуны по содержанию углерода делятся на доэвтектические (2,14 - 4,3% углерода), эвтектические (4,3% углерода), заэвтектиче-ские (4,3 - 6,7% углерода).
С целью придания металлам и сплавам нужных свойств их подвергают термической обработке.
Различают отжиг, закалку, отпуск, старение.
Отжиг 1-го рода заключается в нагреве заготовок выше температуры фазового превращения с дальнейшим медленным охлаждением.
Отжиг 2-го рода заключается в нагреве заготовок до температуры, превышающей на 30 - 50°С температуру фазового превращения, а затем медленном охлаждении. Если охлаждение ведут на воздухе, то такая разновидность обжига 2-го рода называется нормализацией. Отжиг 2-го рода нужен для устранения внутренних напряжений, изменения структуры сплава.
Закалка применяется для повышения прочности, твердости сплавов и заключается в нагреве выше температуры превращения с последующим быстрым охлаждением в воде, минеральном масле, растворах солей.
Отпуск - это нагрев закаленных заготовок до температуры ниже температуры фазового превращения с последующим охлаждением на воздухе.
Для ускорения релаксации внутренних напряжений перед механической обработкой ведут старение. Естественное старение заключается в длительной выдержке на складе, а искусственное - в нагреве заготовок в печах до температуры 100 - 150°С и охлаждении вместе с печью.
Химико-термическая обработка включает тепловую обработку металлов, сплавов в химически активных средах для улучшения их свойств.
Цементация - процесс насыщения поверхности заготовок из низкоуглеродистых сталей. Азотирование - диффузионное насыщение азотом поверхностного слоя заготовок. Одновременное насыщение азотом и углеродом поверхности заготовок называют цианированием. Диффузионная металлизация - это процесс насыщения поверхностного слоя заготовок химическими элементами (алюминием, хромом, кремнием, бором и др.).
10.2 Испытание металлов, сплавов.
Металлы и сплавы подвергают испытаниям на прочность и твердость. Под прочностью понимают сопротивление разрушению под действием внешних сил. Ее определяют по статическим испытаниям на растяжение. Прочность характеризуют пределом прочности Qв, то есть временным сопротивлением на разрыв. Тогда:
Поскольку начальная длина образца при испытаниях на растяжение увеличивается до 1К, — =ст - относительное удлинение, %.
По нему оценивают пластичность образца.
Показателем пластичности является и относительное укорочение материала при сжатии:
где h0 .hx- начальные и конечные высоты образца.
Твердостью называют способность металла, сплава сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого вещества. Твердость измеряют по Бринеллю в НБ (вдавливанием в образцы закаленного стального шарика); Роквеллу в HRC, HRA (алмазным конусом); Виккерсу в HV (алмазной пирамидой).
Если действующую на образец силу устранить и в нем не обнаруживается остаточная деформация, то такую деформацию называют упругой деформацией. Важной характеристикой упругих свойств металлов является модуль упругости, который рассматривают как меру прочности связей между атомами в твердом теле. Модуль упругости (Ј) кристаллических тел зависит от расстояния между атомами в соответствующих направлениях кристаллической решетки.
Практическое значение имеет изменение структуры, свойств металлов, сплавов в процессе пластической деформации.
При горячей деформации добиваются, чтобы расположение волокон в металле совпадало с направлением основных усилий при работе.
Упрочнение металла при холодной пластической деформации называют наклепом. Наклеп сопровождается изменением коррозионной стойкости, ростом электросопротивления. Вместе с тем при холодной деформации беспорядочно ориентированные кристаллы поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации, что и обеспечивает высокую прочность.
ТЕМА 11. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
План
11.1.Характеристика электрохимических процессов.
11.2.Закономерности электрохимических процессов.
11.1.Характеристика электрохимических процессов
Электрохимические процессы основаны на непосредственном переходе электрической энергии в химическую без промежуточного превращения энергии в теплоту.
Широкое распространение электрохимические процессы получили после изобретения динамо-машины в 1870 г. Сначала возникли заводы для рафинирования, а затем по производству продуктов электролиза.
Основные задачи электрохимических технологий следующие:
-
получение, рафинирование цветных и благородных металлов;
-
получение щелочных, щелочноземельных и других легких металлов;
-
получение металлических сплавов;
-
получение хлора, щелочей, кислорода, водорода;
-
получение неорганических солей, окислителей;
-
защита металлов от коррозии;
-
декоративные, специальные покрытия;
-
гальванопластическое изготовление копий;
-
получение химических источников тока.
В последние десятилетия область применения электрохимических процессов расширилась. Их применяют в машиностроении, для синтеза органических веществ, получения редких металлов, в радиоэлектронике.
По сравнению с химическими методами электрохимические имеют ряд преимуществ. Прежде всего, с их помощью по простым технологическим схемам получают чистые продукты. Использование электрической энергии упростило технологию получения веществ, например, производства легких металлов (алюминия, натрия, магния), причем удается получать ценные побочные продукты.
Недостатки электрохимических процессов состоят в применении энергии постоянного тока, в наличии затрат на создание источников постоянного тока.
11.2.Закономерности электрохимических процессов.
Основные аппараты, где идут электрохимические процессы,-электролизеры. В них через растворы, расплавы солей (электролиты) проходит постоянный ток от положительного электрода (анода) к отрицательному (катоду) На аноде идет реакция растворения или окисления металла, а на катоде - выделение, восстановление.
Количественно явление электролиза описывается законами Фарадея:
1-й закон: количество выделяющегося при электролизе вещества прямо пропорционально силе тока и времени прохождения тока.
2-й закон: различные вещества при электролизе выделяются прямо пропорционально их электрохимическим эквивалентам.
Количество электричества, необходимое для выделения 1 грамм-эквивалента вещества при электролизе называют числом Фарадея. Оно составляет 96 500 Кл/моль.
Электрохимический эквивалент (Q) - это количество вещества, выделенное или растворенное при пропускании через электролит единицы количества электричества. Тогда можно записать:
Q = c /хт,
где Q - количество вещества; с - сила тока; хт - продолжительность электролиза.