湿法磷酸生产中常用的非金属材料__橡胶.pdf

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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ 材料湿法磷酸生产中常用的非金属材料:.橡胶周绍彪(云天化集团 云南红磷化工有限责任公司,云南 开远661600)摘要阐述了硬质胶、半硬质胶、软胶的性能,以及在湿法磷酸中常用的几种代表产品D3胶板、KBV、KBS、B215、B25S橡胶的应用范围及使用效果,并对橡胶在不同工况下的选用提出了建议。在磷酸工业中使用橡胶材料,只要选材得当,可以满足生产要求。关键词橡胶;湿法磷酸;应用中图分类号 TQ 050.4+25;TQ 1

2、26.3+5文献标识码 A文章编号 100726220(2006)0620053203Common non-metallic materials used in W PA production:.rubberZHOU Shao2biao(H ong lin Chem ical Co.,L td,Yuntianhua Group Corp.,K aiyuan,Yunnan661600,China)Abstract:W ith the properties of hard rubber,sem i2hard rubber and soft rubber described,a few repres

3、en2tative products(D3 rubber plate,KBV,KBS,B215,B25S)w idely used W PA industry are presented ontheir availability and effects.A few suggestions are proposed in rubber type selection in different cases.The proper utilization of rubber is a good choice in W PA production.Key words:rubber;wet process

4、phosphoric acid(W PA);application在有机非金属材料中橡胶对磷酸和酸中含有的杂质以及产生的含氟气体均有良好的耐蚀性。在使用温度极限范围内,它们在磷酸中的耐蚀性常常优于金属材料,因而在生产中得到广泛应用。一般来说,在很宽的温度范围内具有高弹性的一类高分子材料统称为橡胶或弹性体。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶由橡胶植物所得的胶乳经加工而成;合成橡胶由单体经聚合或缩聚而成,如氯丁橡胶、丁苯橡胶等。橡胶在化工生产中的应用,主要是作设备内表面防腐衬里,通常情况下选用天然橡胶。近年来,随着加压热硫化、常压热硫化和自然硫化等衬里施工技术的推广应用,合成橡胶在衬里方面的使用

5、数量已有明显增加。1橡胶的分类橡胶分为生胶与熟胶。未经硫化的橡胶俗称生胶;已经硫化的橡胶俗称熟胶。生活中使用的橡胶是“配合物”,由于生胶的机械强度较低和使用性能较差,为了获得满足使用要求的橡胶材料,改善橡胶的加工工艺性能和降低产品成本,通常在纯橡胶中加入各种适量的配合剂。例如,使橡胶分子链间进行交联的硫化促进剂和硫化延迟剂;在橡胶制品中起到抑制或延迟老化作用的防老剂;可改善橡胶加工性能,提高制品的柔软性的增塑剂;提高橡胶制品的硬度、强度、撕裂强度、弹性模量等力学性能的补强助剂;在橡胶中起到增容作用,从而降低制品的成本又能满足橡胶制品的质量要求的填充剂,等等。为了满足工业中各种用途和介质的要求,

6、通过改变填充物质的配比,设计出各种牌号的橡胶,把它做成胶板。为了方便衬里施工,胶板厚度常为(2.00.3)mm和(3.00.5)mm。胶板有单层胶板、双层胶板和三层胶板。生产中常用的是5 mm厚的单层或双层复合胶板。以天然橡胶为主体的合成橡胶板,已经广泛用作湿法磷酸反应槽和磷酸贮槽的衬里,稀磷酸浓缩真空蒸发器(闪蒸室)和氟气吸收塔等气体洗涤塔的衬里,泵、风机以及搅拌桨的覆盖层等。生产中常用的橡胶为氯丁橡胶和丁基橡胶。橡胶衬里施工后,要经过硫化处理才能使用。根据硫化的方式不同,可以将橡胶分为自然硫化橡胶和加压热硫化橡胶。采用预硫化橡胶板(熟胶料)衬在设备基体的表面之后,在常温、常压下,经过自然硫

7、化而达到使用要求的橡胶叫自然硫化橡胶。将未硫化的橡胶板(生胶料)衬贴在设备的表面,经过用中低压蒸汽或热水硫化而达到使用要求的胶板叫加压热硫化橡胶板。根据硫化后其含硫量的多少,橡胶的软硬程度不同,又将橡胶分为硬质橡胶、半硬质橡收稿日期 2006205219作者简介周绍彪(19632),男,云南建水人,机械高级工程师,从事磷酸生产管理工作。2006年11月第21卷第6期磷 肥 与 复 肥Phosphate&Compound FertilizerNov.2006Vol.21 No.6 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing Hou

8、se.All rights reserved.http:/胶、软橡胶3种。因为硫化后的橡胶其性能存在很大差异,所以分别被用于磷酸生产中不同压力、温度要求的设备。磷酸反应槽、磷酸贮槽和存在微负压的气体洗涤塔,常用预硫化橡胶板;浓缩系统的闪蒸室、氟洗涤塔和相应的管道常用加压热硫化橡胶板。2橡胶的特性橡胶具有一些特有的加工性质,如良好的可塑性、可粘接性、可配合性和可硫化性。在应用中笔者充分利用这些特性,来达到防腐的目的。21物理力学性能橡胶的物理力学性能见表1。橡胶主要具有以下优缺点。表1橡胶的物理力学性能橡胶可塑性(未硫化)抗折断强度?M Pa抗冲击强度?M Pa扯断强度?M Pa扯断伸长率?%扯

9、断永久变形?%耐酸系数30%硫酸50%硫酸与金属的粘结强度?M Pa硬质胶0130145650120190196半硬质胶0130145600120190196软胶01301450195005001901851)优点:橡胶质量较轻,容易搬运;衬里施工工艺简单,易于掌握;衬胶层损坏后容易修理;橡胶具有优良的耐腐蚀性能和物理机械性能,可延长设备的使用寿命和简化设备的结构;大型常压设备的橡胶衬里可在现场进行施工;橡胶层能保持设备中产品的纯净;橡胶胶层的致密性高,可在复合衬里中作为防渗层;橡胶衬里的价格较低;橡胶在未进行硫化处理前,可以进行任何复杂形状的设备衬里施工。2)缺点:耐热性较差,硬质胶的使用温

10、度为085,软胶为220+75;对强氧化性介质的耐腐蚀性能较差;在有机溶剂中一般会产生膨胀;橡胶层很容易被坚硬的物质损伤;硬胶的膨胀系数比金属大35倍,当硬胶层受热温度剧变时,会出现开裂,脱层等缺陷;衬胶层遇高温会分解,衬胶后的设备不能进行焊接;橡胶的导热性差,受热会发生老化,衬胶层不能用来传热;衬硬胶的设备不宜在冬季室外放置或在低于25下保管。22硫化硫化是橡胶内部的分子与硫化助剂的分子发生物理化学反应的过程。经过硫化后,橡胶变成了硬质橡胶、半硬质橡胶和软质橡胶3种。硫化后橡胶从可塑状态变成固定的不可塑状态。硫化橡胶具有良好的弹性、硬度、耐磨性及耐腐蚀性能,这些性能与橡胶内所含的硫有关。软胶

11、硫含量少,它与金属的粘结力就比硬胶和半硬胶差。按照工艺来分,硫化可分为热硫化法和冷硫化法。热硫化法包括加压蒸汽硫化法、常压蒸汽硫化法和热水硫化法等;冷硫化法包括未硫化胶自然硫化法、预硫化胶自然硫化法和化学硫化法等。一般来说,热硫化橡胶衬里比冷硫化橡胶衬里质量优良。因此,选择硫化方法的原则是:首选在硫化罐内用加压蒸汽硫化;如设备太大不能放进硫化罐,则可以采用在现场设备本体内用带压蒸汽硫化,蒸汽压力最高为0.3M Pa;有顶盖的设备可以采用常压热硫化,对无顶盖的设备可以用热水硫化法。不同的硫化法,需要选择不同的胶板和胶浆。23耐腐蚀性能硬质橡胶因加入硫磺较多并经过较长时间的硫化处理,故比软质胶有更

12、好的耐腐蚀性、耐热性、抗老化性及对气体较强的抗渗透性,与金属的粘接力更强;半硬质橡胶的化学稳定性与硬质橡胶相似,耐寒性能较硬质橡胶效果好,能承受冲击,与金属的粘接性能良好;软质橡胶硫含量少,具有较好的弹性,能承受较大的变形,但耐腐蚀性、抗渗透性和与金属粘结性等均比硬质橡胶差(见表2、表3)。表23种橡胶的适用范围橡胶胶层厚度?mm适用范围温度?压力?M Pa真空度?M Pa硬质胶26085016201092半硬质胶2622575016201092软质胶2622570016表3橡胶衬里的耐化学腐蚀性能介质温度w(A i)?%耐蚀性橡胶类型氟气 100所有浓度较好硬胶氢氟酸60所有浓度较好硬胶硫酸

13、7050较好软胶、硬胶氟硅酸10020较好软胶、硬胶氟硅酸10020较好硬胶磷酸6585优天然胶磷酸7050优丁基胶磷酸9080可用氯丁胶注:A i代表相应的介质。在磷酸生产中,涉及到的介质主要是氟、氯离子、氟化氢气体、氢氟酸、稀硫酸、磷酸等,橡胶的耐腐蚀性能(见表4)都可以满足其工艺要求,所以磷酸生产中的所有碳钢设备大多采用橡胶作衬里。45磷 肥 与 复 肥2006年第21卷第6期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/表4橡胶衬里的适用范围及选择项目硬质胶

14、半硬质胶软质胶耐腐蚀性优好良耐热性好好良耐寒性差良优耐磨性良好优耐老化性差优好抗气体渗透性优良差耐冲击性差差差弹性差差好与金属粘接力优优良3橡胶的应用目前,红磷公司3套磷酸装置和两套浓缩装置,主要使用以下5种胶板:D3天然胶板(VULKODU2R IT);KerabutylBS(称KBS)丁基胶板;KerabutylV(称KBV)氯化丁基橡胶?氯丁橡胶复合橡胶板;B215丁基橡胶板和B25S丁基橡胶板。前3种为KCH公司生产的产品,后2种为王子公司生产的产品。31KCH公司生产的胶板D3橡胶板属于天然加压蒸汽硫化硬质胶板,硫化后与钢体吸附强度高达10M Pa,最高使用温度达到100。主要用在高

15、温、高氟气、高HF和高氢氟酸场合的磷酸浓缩装置上;用来做闪蒸室、除沫器、洗涤塔、大气冷凝器和相应的连接管道的衬里。KBS丁基橡胶属于预硫化胶(软胶),施工后采用自然硫化。橡胶衬里的抗剥离强度达3M Pa,最高使用温度为90,具有很强的耐磨性能和耐磷酸腐蚀的性能。用作年产60 kt的二水磷酸装置的萃取槽、洗水贮槽、贮酸槽、洗涤塔的衬里,效果良好。KBV氯化丁基?氯丁复合胶板(软胶),属于双层预硫化橡胶,施工后采用自然硫化。橡胶衬里的抗剥离强度为3.33M Pa,最高适用温度为100。此胶板的面层由氯化丁基橡胶和惰性填充剂制成,下层由轻度硫化合成氯丁橡胶和填充剂的混合物构成。由于这种特殊的双层结构

16、,底层与钢体的粘接性能较好;而面层对氟气、氢氟酸等苛刻的腐蚀介质的耐腐蚀性较好,具有较好的耐温性能。公司主要用在年产7.5万t的半水二水装置,作萃取槽、转化槽、洗水槽和贮酸槽的衬里。KBV胶板与钢的粘接强度较高,经过近10年的使用,很少出现胶层脱壳现象;有个别点损坏出现泄漏时,在泄漏点周围,出现的胶体脱离的面积较小,修补时,撕离胶板还比较困难。32王子公司生产的胶板B25S胶板属于预硫化丁基胶(软胶),施工后采用自然硫化。橡胶衬里的抗剥离强度在5.88M Pa,使用最高温度达90。主要用作年产4万t的二水磷酸装置的洗水槽、集液槽等设备的衬里。此种胶板涂刷胶浆后,所需凉干时间较短,3 h后就可粘

17、贴橡胶扳,比较适于临时修补,修补后可快速投入使用。B215胶板属于常压蒸汽硫化胶(半硬质胶),抗剥离强度在5.88M Pa以上,最高使用温度为100,最低负压为20.0815M Pa。B215胶板的耐温性能较好,如2001年7月到2002年5月,应用于半水二水装置的临时萃取槽,在没有衬碳砖的情况下,在100105的温度、2.5%SO422、30%含固量、45%P2O5的半水料浆中使用,取得较好的效果。此槽后来经过衬碳砖用作年产4万t二水磷酸的萃取槽及磷酸的闪蒸冷却器,也用B215作衬里,使用工况为温度75、真空0.065 M Pa、含固量30%、P2O5为25%、SO4222%,经过2年使用,

18、情况良好4总结橡胶材料在磷酸生产中的应用,对磷酸生产技术的发展起到了重要的作用,解决了许多用金属材料不能解决的问题。但早期由于橡胶加工技术的落后,橡胶应用范围受到了限制。随着橡胶工业的发展,目前橡胶作为一种优良的耐腐蚀材料被广泛地用于工业生产。但由于橡胶种类繁多,给我们在选材上带来了很大的困难。特别是在磷酸生产过程中,面对不同工位的温度、压力、介质、杂质等因素,如何选择一种适合的橡胶材料,一直是困绕我们的难题。经过多年的生产实践,结合使用情况,对橡胶在湿法磷酸中的应用,笔者提出以下选材观点:1)磷酸、磷铵存在正压或微负压的气体洗涤塔,可以用橡胶衬里的钢塔,但衬里容易损坏;2)工作压力为20.0

19、8M Pa、温度在800左右的塔和管道必须使用D3橡胶板作内衬;3)工作压力在20.06M Pa、温度在700左右的设备可采用B215橡胶板作内衬;4)温度在105左右的常压设备,最好衬B215和KBV胶板,加衬碳砖;5)抢修设备时,建议采用B25S胶板,可以缩短抢修时间;6)浓磷酸贮槽、稀磷酸贮槽、洗涤水贮槽的衬胶,可选用B25S胶板或KBV胶板和KBS胶板,再衬1层30mm的碳砖,可以降低橡胶的老化速度,又可以保证检修时不会损坏橡胶板。参考文献1化学工业部化机研究院.耐蚀非金属材料及防腐施工M.化学工业出版社,1991.552006年第21卷第6期周绍彪湿法磷酸生产中常用的非金属材料:.橡胶