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设备材料选择

设备材料选择
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从GMP和制药工艺对设备材料选择的要求入手,着重对制药设备中常用不锈钢选用作了探讨,并结合对此进行了阐述。同时,简述了非金属材料的选用原则。

虽然中国制药设备产品经多年的发展,其应用也已经相当成熟,但制药企业的设备管理与采购人员对制药设备材料选择概念仍处于模糊状态,特别是对金属材料的选择更为扑朔迷离。认为选了316L 材质便是符合了GMP,这个错误的观念在中国乃至国外相关人士有一定的的沉淀。虽然,笔者撰写过此类文章,人们对此有所改观,但仍有部分业内人士仍沉溺于此,这是对GMP的一种曲解,其也与

GMP内含所相悖的。

1、GMP对制药设备材料的要求

(1)GMP(98版)1第32条认为:“与药品直接接触的设备表面应光洁、平整、易清洗或消毒、耐腐蚀,不与药品发生化学变化或吸附药品。”第34条认为:“……储罐和输送管道所用材料应无毒、耐腐蚀。……注射用水储罐的通气口应安装不脱落纤维的疏水性除菌滤器。”

(2)GMP(98版)附录2第一节3款第7条认为:“洁净室(区)内应使用无脱落物、易清洗、易消毒的卫生工具……。”第二节3款认为:“与药液接触的设备、容器具、管路、阀门、输送泵等应采用优质耐腐蚀材质,……。过滤器材不得吸附药液组份和释放异物。禁止使用含石棉的过滤器材。”

再看美国cGMP3中211.65条(a)款,其认为:“设备表面与组份、中间物料或药品接触时应不起反应,无吸着、吸附作用,以不致改变药品的安全性、鉴别特征、含量(或效价)、质量或纯度而使之超出法定或其它既定要求。”

可以说,查遍GMP相关文件均未见到制药设备选材的强制性条文,GMP对制药设备选材只作了定向的规定,而没有作具体的规定。虽然,在《药品生产验证指南》4这本国内权威性的专著中,对一些生产过程中设备和管道的选材作了若干陈述,如类似注射用水管路材质为316L,其是有的放矢,而不是一遇到制药设备与物料直接接触的材质便是316L这样叙述的,何况此书的前言中明确表示“是一本验证工作方面的指导性工具书,不具有法规性的验证规定4。”这说明:GMP对制药设备选材只作定向性的规定。

2、制药工艺对制药设备的材料要求

人们在关注制药设备材料应“易清洗或消毒、耐腐蚀,不与药品发生化学变化或吸附药品”的同时,更不要遗忘另一个选材原则,这便是不溶性微粒的有效控制。

在药品中微粒大致有尘粒、金属或其它微粒,微粒的存在直接影响药品质量,危及人们的生命安全。大量临床资料表明,如药品被7-2μm的尘粒污染了,尤其是静脉注射用药,可以导致热原反应、肺动脉炎、微血栓或异物肉芽肿等,严重的会致人死命4。因此,我国药典1985年首次对输液不溶性微粒作出限定,规定每毫升中大于或等于10μm的粒子不得超过50个,大于或等于25μm的粒子不得超过5个4。

同时,文献4中也明确指出:无菌性及不溶性微粒的污染是无菌原料药区别于非无菌原料药的两大主要特征,也是生产工艺中与控制的最重要项目之一。不溶性微粒的污染的控制在无菌原料生产中最难控制的一项指标,每个无菌产品的不溶性微粒必须是在一定的范围内,即大于10μm和小于25μm 的不溶性微粒控制在300个/g以下,而大于25μm的不溶性微粒控制在30个/g以下4。

所列举的不溶性微粒的来源在生产过程中有四个方面,即公用设施系统、操作系统、工艺物料系统以及设备或用具系统。其中设备或用具系统不溶性微粒控制的关键与材质选用密切相关,有部分物料在材质表面作高速接触时,基于材质表面硬度低而产生一定量的金属微粒,如像316L不锈钢表面硬度相对软,物料高速运动与相对软的材质表面接触必然产生金属微粒。为了确保不溶性微粒污染的数量就必须严格控制各个相关环节,特别是材料的选用尤为重要。

3、对制药设备中常用不锈钢材料选择的探讨

在金属材料中,奥氏体不锈钢是制药设备产品使用最为广泛的材质,常见的品种有316L(00Cr17Ni14Mo2)、316(0Cr17Ni12Mo2)、304L(00Cr19Ni11)、304(0Cr19Ni9)及1Cr18Ni9Ti(俗

称18-8),它们的共同特点便是具有耐蚀性和较好的耐热性。这些奥氏体不锈钢的共性是耐蚀,而其“耐蚀”性是相对的,其是指在一定的外界条件和一定的腐蚀介质中具有高的化学稳定性的特性。但是,此类奥氏体不锈钢在某些介质情况下使用时,就会产生晶间腐蚀、点蚀等类型的腐蚀,特别是在含Cl-介质中极易产生腐蚀,通常采用超低碳或低碳的方法解决(即选316L或304L)。然而,超低碳不是解决此类腐蚀的根本方法,还与其它因素有关。

需指出的超低碳奥氏体不锈钢在制药设备产品易产生的三个问题:(1)当介质中Cl-含量超过一定值时,即便是超低碳奥氏体不锈钢照样会腐蚀;(2)当介质中Cl-含量少量时,由于加工与处理不当,超低碳奥氏体不锈钢也会腐蚀;(3)超低碳奥氏体不锈钢由于含C量的减少,使得其综合机械性指标也相对较低,特别是表面硬度相应低,在高速与物料运行中易产生不溶性微粒。

因而,人们要注意到316L不是不腐蚀的不锈钢,也不是没有金属微粒产生的材质,更不要认为选了316L就一定符合GMP了。

3.1、奥氏体类不锈钢的腐蚀及防止

奥氏体类不锈钢常见的腐蚀有晶间腐蚀和点蚀二类,其腐蚀机理5:一是晶间腐蚀。当奥氏体不锈钢在制造和焊接时,加热温度和加热速度处敏化温度区域时,材料中过饱和碳就会在晶粒边界首先析出,并与铬结合形成碳化铬,此时碳在奥氏体内的扩散速度比铬扩散速度大,铬来不及补充晶界由于形成碳化铬而损失的铬,结果晶界的铬含量就随碳化铬的不断析出而不断降低,形成所谓的贫铬区,使电极电位下降。当与含Cl-等腐蚀介质接触时,就会引起微电池腐蚀。虽然腐蚀仅在晶粒表面,但却迅速深入内部形成晶间腐蚀;二是点蚀。材料与含Cl-等腐蚀介质接触时,Cl-在材料钝化膜的缺陷地方,如夹杂物、贫铬区、晶界、焊缝热影响区或位错等处,侵入钝化膜,与金属离子结合形成强酸盐而溶解钝化膜,Cl-使膜产生缺位破坏,形成“钝化-活化”微电池,产生点状腐蚀,腐蚀电流使材质产生穿孔。

影响奥氏体类不锈钢腐蚀的因素:(1)介质氯离子。Cl-含量应控制在一定值(详细可查相应材料腐蚀手册),对Cl-含量超值时选用超低碳奥氏体不锈钢应慎而慎之。在国家标准《钢制压力容器》(GB150-98)中,对不锈钢容器水压试验的水的氯离子含量要求不能大于25ppm(1ppm为百万分之一),由此可见,连水压试验对氯离子的要求都这么苛刻6,可见制药设备产品就更不必谈了。(2)晶间腐蚀影响因素7。当温度在敏化区域外,碳原子不可能造成晶界的贫铬。只有当温度在敏化区内加热温度梯度关系,会造成贫铬区域。此外,还与其含碳量有关,含碳量越多其扩散量越多,碳化物形成量也越多,使得晶间腐蚀倾向渗入晶界的深度加大,从而引起晶间腐蚀。(3)点蚀影响因素7。有文献实验证明,含铬量增加,就不会产生点蚀。但含铬量对晶间抗贫铬无益。而增加钼的量会大大提高耐点蚀能力,这与Cl-结成MoOCl2保护膜有关,从而防止Cl-穿透钝化膜。

防止奥氏体不锈钢腐蚀的措施:(1)降低不锈钢中含碳量,可用低碳不锈钢或超低碳不锈钢,可避免或减少铬的碳化物在晶间析出,从而减少或避免晶间腐蚀;(2)固溶处理,在高温作用下使碳化物全部溶解在奥氏体中,从而消除晶间腐蚀的倾向。一般在奥氏体不锈钢采购时,可选用经过固溶处理的产品;(3)像316类含Mo不锈钢能形成保护膜,有效地防止点蚀;(4)材料焊接时,首选自动氩弧焊,无法时用手工氩弧焊,低电流并快速冷却,并可用水激冷却等,减少热影响区域。从而减少或避免晶间腐蚀和点蚀;(5)酸洗钝化处理。材料焊后需抛光,内壁作酸洗钝化处理,使材料内表面有层致密的钝化膜,能延缓或避免Cl-穿入钝化膜而产生的点蚀现象;(6)结构设计。减少焊缝或错开安排焊缝,对高温使用的材料要设法减少热膨胀结构,从而减少热影响或应力集中区域,从而减少这二类腐蚀倾向。

3.2、奥氏体类不锈钢的不溶性微粒的探讨

在制药设备制造商与使用方中,人们在热衷于防腐蚀方面选材的同时,却忽视了一项很重要的原则,那便是控制不溶性微粒方面的选材。纵观制药设备产品可知,有部分零件将以高速运行状态与药物直接接触从而产生磨损,磨损产生的少量金属微粒将参入药物中。

例如,万能粉碎机的粉碎主要以颗粒与碰撞靶的冲击粉碎及剪切挤压运动,对于小颗粒的粉碎,

在万能粉碎机内的粉碎过程中起主要作用的是颗粒与碰撞靶的冲击粉碎(内齿圈、外齿圈,外圈碰撞环)及剪切挤压粉碎,而颗粒间的碰撞粉碎作用不明显。另一方面,物料颗粒在动齿圈、定齿圈所形成的间隙处受到强烈的剪切作用,亦是物料粉碎的一大作用因素。其过程从产生一定量磨损,这点可从文献8中齿圈齿面的磨痕图得以证实。也有实验从齿圈的侧面的颗粒挤压摩擦作用而形成较深磨痕的现象可知,定、动齿圈间颗粒受剪切力而被粉碎作用剧烈频繁8。正因为这种颗粒与靶板间存在着严重的摩擦剪切作用,使与物料直接接触零件磨损严重,从而产生其粉碎过程的不溶性杂质和金属颗粒污染的现象。特别是现有万能粉碎机与物料直接接触零件均为奥氏体不锈钢(有的甚于选316L),其材质表面硬度相对其它金属较低,而万能粉碎机的动齿圈以3000~4000rpm速度下粉碎,极易产生金属微粒,此点可以用失量称量法得验证。而无菌原料药生产对不溶性杂质和金属颗粒的控制是有一定指标要求的,GMP要求的是生产设备能确保产品可靠性,容不得半点不确定性。笔者之意不是无菌原料药不能选用万能粉碎机,而是视不同工况条件而定。

再如,类似于灌装容积式泵中的金属泵也会产生此类问题,有的厂商走了一条自相矛盾的路,其选材一定是316L,而考虑到硬度不匹配,便会采用表面渗碳来提高硬度。殊不知,碳一多则此钢材从原奥氏体晶格转变成其它晶格,也失去了其为防腐而选奥氏体钢种的初衷。

类似于此方面的问题比比皆是,现可怕得是制造商与使用方对此没能有足够的重视,故笔者在此呼吁同行应科学地应对其。

4、奥氏体类不锈钢的应用、选材与加工

4.1、基本处理原则

奥氏体不锈钢选择的基本原则:(1)当与液体物料(也就是有Cl-析出的场合)直接接触的零件,尤其是注射用水的管路,应选用316L之类的超低碳奥氏体不锈钢;(2)当与固体物料(也就是没有Cl-析出的场合)直接接触的零件,可选一般奥氏体不锈钢;(3)当防腐与不溶性微粒控制之间相冲突时,应以主要控制对象为先,再设法妥善处理其它方面,同时应综合考虑选用。当不锈钢达不到上述要求时,可在其它材质中去优选。(4)选了奥氏体不锈钢则是防腐的开端,而不要以为就能万事大吉或符合GMP,更重要地确保加工工艺和钝化处理等手段去可靠地应对。

4.2、对奥氏体不锈钢材料选择的探讨

制药设备产品中所选用的奥氏体不锈钢的材料常有板材、管材、棒料及铸锻件,其加工方法有冷作焊接、机加工等。在制药设备设计中,不同产品有不同的设计要求,如耐蚀、强度、刚度、硬度(耐磨性)或机加工性等。对奥氏体不锈钢来说,则是耐蚀性、强度、刚度及机加工性有其特点,而不能应对硬度(耐磨性)的特殊要求。因而,制药设备是依据工艺与应用而综合性选定材料。

(1)对制药设备的奥氏体不锈钢材质选择不光在低碳或超低碳中做文章,而且还要充分考虑到其它相关因素,才能真正符合GMP。从某种意义上说,其它相关因素的合理考虑对防止不锈钢腐蚀起着重要的作用。笔者曾作过这样的试验,在无菌液贮罐(外带夹套,夹套内走CaCl2)的制作中,一台筒体材质选316L、另一台选1Cr18Ni9Ti,对1Cr18Ni9Ti的制造中考虑到其它相关因素(从结构、焊接工艺、制后处理等方面加以保证),结果一台316L贮罐只使用了3~4月就出现腐蚀,而另一台1Cr18Ni9Ti贮罐使用近二年还没出现腐蚀9。这说明不是选316L奥氏体不锈钢就能符合GMP了,也给我们提出对不锈钢合理选择的课题。

(2)人们往往关注的是产品抛光的表面粗糙度值越小越好,而疏忽了酸洗钝化这一环节,这也是确保产品耐蚀的关键所在。由于,产品内壁作酸洗钝化处理,使材料内表面有层致密的钝化膜,能延缓或避免Cl-穿入钝化膜而产生的点蚀现象。有时无法酸洗钝化时,至少应涂有钝化膏。关于抛光,最好方法是先手工机械抛光,最终再加电解抛光,这方法的优点:1)可以将机械抛光时的粉末和金属表层一起除去;2)表面平滑,表面积大大减小,使得清洗效果更好;3)如果存在凹坑或焊接缺陷,经过电解抛光后,一目了然,可以进行修补;4)电解抛光可以在表面形成非常好的钝化膜,使其耐蚀性得到大幅度提高;5)消除机械抛光产生的残余应力部分。

如注射用水的管路,其使用条件是长期保温且需蒸汽灭菌,国内厂家在安装管路时,由于选用抛

光管,所以在考虑到自动氩弧焊的同时,不要遗忘焊后酸洗钝化工艺。

(3)上述提及的万能粉碎机主要零件材料的选择,笔者观点应根据不同情况而综合考虑做出合理选择,在耐蚀与不溶性微粒控制方面有其选择重点。主要考虑二点:一是,被粉碎物料的硬度,一般中西药材的莫氏硬度在1-2间。当被粉碎物料莫氏硬度接近1时,可选用18-8钢;当被粉碎物料莫氏硬度接近1-2时,可采用不锈钢表面硬度处理或采用9Cr18Mo等其它材料;当被粉碎物料莫氏硬度接近或大于2时,应考虑改用气流粉碎形式。二是,在严格控制不溶性微粒要求下,制造商应积极地与使用方沟通,根据URS对与物料直接接触零件选材方面做出设计确认(DQ)报告,DQ的依据是磨损性试验,以确定粉碎物料运行中产生微粒是否在这一工艺指标内。

(4)现在已很少听到对压片机冲杆和冲模选材时要用316L说法了,而压片机的冲杆和冲模的设计要求表面HRC≥45,综揽国内外压片机冲杆和冲模的选材皆在Cr12MoV、Cr12、9Cr18Mo、W18Cr4VCo5、5CrW2Si和CW6Mo5Cr4V3等钢中选择,这是基于压片机冲杆和冲模平时直接接接的物料是粉剂,即平时无Cl-等腐蚀介质条件的产生。倘如,冲杆选用316L的话,使用不久就会发生冲杆“丢棱”与受阻现象,引起片重误差超标与无法正常运行。这一例子说明了有时选材不一定是奥氏体不锈钢,在考虑防腐与硬度时,应权衡利弊,这或许对上述万能粉碎机进行综合选材的一种借鉴。

(5)粉针剂生产中,分装机的计量螺杆使用条件是粉剂,长期在无Cl-等腐蚀介质条件中使用(只有灭菌,短时且速烘干除外),其材料选316L还是1Cr18Ni9Ti呢?从材质的强度、刚度与机加工性来看,1Cr18Ni9Ti比316L要好。从机加工来看,316L难以车削(易粘搭),特对加工细长型螺杆来说难以做到既保证螺杆表面的粗糙度,又能保证其形位公差,再者,用316L制的螺杆易弯曲产生不同轴度。笔者对进口分装机的螺杆用1Cr18Ni9Ti自制螺杆代替国外316L的螺杆已使用十多年,均无腐蚀现象产生。

(6)膏体灌装机的换向转阀,在保证密封不泄漏的前提下,其阴转子和阳转子锥体应有良好的匹配性,在二者反复间歇性回转时其应要有一定的硬度差,一般选用的奥氏体不锈钢,但余下的问题是怎样解决二者硬度差的配置?国外产品其能用冷作硬化工艺增加奥氏体不锈钢硬度,而国内无法解决。有的制造厂商用热处理方法或用涂硬铬层方法,前者会产生腐蚀且膏体变色,后者久用后脱落产生不溶性粒子。此时,阳转材质在现有条件下只能在非金属材料中选用。

(7)隧道烘箱和百级层流烘箱(蒸汽灭菌箱除外)的内腔体选材,药厂常会给制造商提出用316L 的要求,按笔者看法似乎高了一点,由于其作用是蒸发水分或加热灭菌,不会长期处Cl-等腐蚀介质条件中使用,要产生奥氏体不锈钢二大腐蚀的概率极低,故选用304材质已足够。

5、制药设备非金属材料的选择

制药设备产品除金属材料外,还有一定的非金属材料,其大致有塑料、橡胶、陶瓷等其它材料,还有保温与过滤材料。在选用时,大致需符合这一准则:无毒性与耐腐蚀,具体表现为使用无脱落物、与药物接触时起反应,无吸着、吸附作用,且不致改变药品的安全性、鉴别特征、含量(或效价)、质量或纯度而使之超出法定或其它既定要求。

5.1对塑料类材料的选用

在满足上述准则前提下,还要注意消毒(灭菌)时的不变形,进货材料质保书至少应有食品级的保证。制药设备产品常选用的塑料材料为:(1)油尼龙(己内酰胺,加入油剂的铸造型尼龙)、尼龙(NY,常用尼龙1010等)、聚丙烯(PP,特别是增强性或复合性)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲醛(POM)等其它卫生级工程塑料,一般使用在不与药品直接接触的场合(有时也用在与固体制剂与粉体直接接触场合),与药包材外部接触作为输送零件。(2)聚四氟乙烯(PTFE)等材料也可使用在与药品直接接触的场合。

5.2、对橡胶材料的选用

在满足上述准则前提下,还要注意可消毒(灭菌)性(即不变形),进货材料质保书至少应有卫生级(或医用)的保证,常有硅橡胶,可使用在与药品直接接触的场合。

5.3、对过滤材料的选用

在满足上述准则前提下,还要注意材料为不脱落纤维、不得吸附药液组份和释放异物,禁止使用含石棉的过滤器材。

6、结语

对制药设备材料选择选材可作如下小结:(1)制药设备选材是综合性的,既要从防止腐蚀角度出发,又要兼顾不溶性微粒控制等方面要求;(2)GMP只提出制药设备选材的要求,在遵循GMP原则下又要综合考虑到相应工艺的具体要求与特殊点,更要针对不同使用条件合理用材;(3)在合理选材的同时,更要综合考虑制造加工等其它环节。

《化工设备机械基础》习题解答

第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量 A组 B组:

第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围

第三章 内压薄壁容器的应力分析 四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力 σσ θ 和m 。 MP S PD m 6384100824=??==σ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 634== σ θ 2. 圆锥壳上之A 点和B 点,已知:p=,D=1010mm ,S=10mm ,a=30o 。 α cos 2,:21D A R R = ∞=点

MP S PD m 58.14866 .01041010 5.0cos 4=???== ασ S P R R m = +2 1 σσθ MP S PD 16.29866 .01021010 5.0cos 2=???== ασ θ 0,:21=∞=R R B 点 0==σ σθ m 3. 椭球壳上之A ,B ,C 点,已知:p=1Mpa ,a=1010mm ,b=505mm ,S=20mm 。B 点处坐标x=600mm 。 25051010==b a 标准椭圆形封头 b b b y x A a R a R 2 2 21,:),0== ==点( MP S Pa m 5.5020 10101=?== =θσσ MPa sb P B b a x a m 3.43)(2 2 2 2 4 =--= σ点: MPa b a x a a sb P b a x a 7.27)(2)(2 222442 22 4 =?? ????-----= θσ :)0,(==y a x C 点 MPa S Pa m 25.25202101012=??== σ MPa S Pa 5.5020 10101-=?-=-=σ θ 五、 工程应用题 1. 某厂生产的锅炉汽包,其工作压力为,汽包圆筒的平均直径为816 mm ,壁厚为16 mm ,试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ 和m 。 【解】 P= D=816mm S=16mm

化工厂通用化工设备说明介绍

化工厂常用化工设备简介 化工设备是指化工生产中静止的或者配有少量传动机构组成的装置,主要用于完成传热、传质和化学反应等过程,或用于储存物料。 化工设备通常按以下方式分类。 1.按照结构特征和用途分为:容器,塔器,热换器,反应器(包括 反应釜,固定床或流化床和管式炉等)、分离器、储存器。 2.按照材料分为:金属设备(碳钢,合金钢,铸铁,铝,铜等),非 金属设备(内衬橡胶,塑料,耐火材料和搪瓷等),其中碳钢设备最常用。 3.按受压情况分为:外压设备(包括真空设备)和内压设备,内压 设备又分为常压设备(操作压力<=0.7MPA)低压设备(0.1 MPA100MPA) 4.按设备静止与否分为:静设备和动设备。静设备(塔、釜、换热 器、干燥器、储罐等)动设备(压缩机、离心机、风机、泵、固体粉碎机械、) 三、化工容器结构与分类 1、基本结构在化工类工厂使用的设备中,有的用来贮存物 料,如各种储罐、计量罐、高位槽;有的用来对物料进行物理处理,如换热器、精馏塔等;有的用于进行化学反应,如聚合

釜,反应器,合成塔等。尽管这些设备作用各不相同,形状结构差异很大,尺寸大小千差万别,内部构件更是多种多样,但它们都有一个外壳,这个外壳就叫化工容器。所以化工容器是化工生产中所用设备外部壳体的总称。由于化工生产中,介质通常具有较高的压力,故化工容器痛常为压力容器。 化工容器一般由筒体、封头、支座、法兰及各种开孔所组成. 1)筒体筒体是化工设备用以储存物料或完成传质、传热或化学反应所需要的工作空间,是化工容器最主要的受压元件之一,其内直径和容积往往需由工艺计算确定。圆柱形筒体(即圆筒)和球形筒体是工程中最常用的筒体结构。 2)封头根据几何形状的不同,封头可以分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种,其中以椭圆形封头应用最多。封头与筒体的连接方式有可拆连接与不可拆连接(焊接)两种,可拆连接一般采用法兰连接方式。 3)密封装置化工容器上需要有许多密封装置,如封头和筒体间的可拆式连接,容器接管与外管道间可拆连接以及人孔、手孔盖的连接等,可以说化工容器能否正常安全地运行在很大程度上取决于密封装置的可靠性。

第一章 化工设备材料及其选择

第一章 化工设备材料及其选择 本章重点:材料的力学性能及化工设备材料的选择 本章难点:材料的性能 建议学时:4学时 第一节 概述 一、化工设备选材的重要性和复杂性 1、 操作条件的限制 2、 制造条件的限制 设备在制造过程中,要经过各种冷、热加工使它成型,例如下料、卷板、焊接、热处理等,要求材料的加工性能要好。 3、 材料自身性能的限制 二、选材要抓住主要矛盾,遵循适用、安全和经济的原则。 (1)材料品种应符合我国资源和供应情况; (2)材质可靠,能保证使用寿命; (3)要有足够的强度,良好的塑性和韧性,对腐蚀性介质能耐腐蚀; (4)便于制造加工,焊接性能良好; (5)成本低。 第二节 材料的性能 一、力学性能 材料抵抗外力而不产生超过允许的变形或不被破坏的能力,叫做材料的力学性能。主要包括强度、塑性、韧性和硬度,这是设计时选用材料的重要依据。 1、强度 强度是固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度等。 (我们先看两个实例,再作总结) 压力 温度 介质 (从高真空到几千大气压,故有强度要求) (-250℃~2000℃,材料受冷、热) 酸碱(腐蚀)、核反应堆中子照射(变脆)

[实例1]常温拉应力下20号钢的拉抻试验 [实例2]高碳钢T10A 的拉伸试验 (1)屈服点(s σ) 金屑材料承受载荷作用,当载荷不再增加或缓慢增加时,仍继续发生明显的塑性变形,这种现象,习惯上称为“屈服”。发生屈服现象时的应力.即开始出现塑性变形时的应力,称为“屈服点”,用s σ(MPa)表示。它即代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 条件屈服点(2.0σ)工程中规定发生0.2%残余伸长时的应力,作为“条件屈服点” (2)抗拉强度(b σ) 金属材料在受力过程中,从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值,叫做抗拉强度。由于外力形式的不同,有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度等。抗拉强度是压力容器设计常用的性能指标, (3) 蠕变极限(n σ) (3)注意: δ的大小与试件尺寸有关; ψ的大小与试件尺寸无关。 (试件计算长度为试件直径5倍时,用5δ表示) 2、韧性 (韧性是表示材料弹塑性变形为断裂全过程吸收能量的能力,也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。我们常用冲击韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力,用缺口敏感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。) (1)冲击韧性:材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。用冲击吸收功A K 或冲击韧度表示αK 表示。

化工设备和管道的选择

化工设备和管道的材料选择 许多因素影响到材料的选择:工艺的设计条件,材料的经济性,维修方面,材料的可加工性,材料的是否方便供应,对最终产品的污染,工艺安全方面的考虑,材料特性(mechanical properties), 但是对于化工装置,很多时候主要的考虑因素是抗腐蚀。 A. 材料特性 具体而言,以下是最重要的一些特性在设计阶段是需要考虑的。 1. 材料的机械特性 抗拉强度(strength) ,刚度(抵抗变形的能力,stiffness),韧性(toughness),硬度(hardness, wear resistance), 抗疲劳性(fatigue resistance),抗蠕变性(creep resistance) 等。 2. 在高温和低温下,材料的机械特性的变化。 3. 抗腐蚀性。 4. 一些所需要的特别性质: 比如,热传导性,电阻,磁性等。 5. 材料的易加工性 6. 材料是否有标准尺寸 7. 价钱 对于上面第二点,展开来讲,一般说来,随着温度的上升,钢材的强度和刚度会随之降低。在这方面,不锈钢的表现要好于碳钢。如果材料在高温下会暴露于高应力下,那么材料的抗蠕变性就很重要。特殊的合金钢ALLOY, 比如Inconel, 就常常被选为加热炉的炉管材料. 在低温下,钢材会出现脆的现象, 这种发脆的现象常常是由于钢材中的结晶结构的变化.对于那些低温场合 (cryogenic plant, liquefied-gas storages), 奥氏体不锈钢(fcc: face-centred-cubic) 或者铝合金( aluminum alloys (hex))常常被选为用材。(对于LPG 的场合,因为常温下是气体,当设备失去压力的时候,液化气会气化,由于焦耳汤姆逊效应,气化吸收了大量的热,导致温度急剧下降,因此,液化气场合的选材常常要考虑低温的要求,防止出现失压低温的时候,钢材脆化) 对于第三点,抗腐蚀性。常见的类型有,介质造成的均匀腐蚀,电偶腐蚀(由于不同的金属材料相接触)(galvanic corrosion),点蚀(pitting),晶间腐蚀(intergranular corrosion), 应力腐蚀(stress corrosion), 冲蚀,腐蚀疲劳,高温氧化(high temperature oxidation), 氢脆。 从本质上讲,金属的腐蚀是电化学的过程。形成这个过程四个要素必不可少: 1. 阳极 2. 阴极 3. 导电介质(电解液) 4. 通过介质形成电路展开来讲: 均匀腐蚀 对于这种腐蚀,其腐蚀速度是可以通过试验来预测的。最终的选择,要考虑到装置的设计年限,材料的经济性,使用频率,工艺安全等。腐蚀速率常常取决于流体的温度和浓度。一般来讲,随着温度的上升,腐蚀速度也随之上升,但也并不都是这样的。另外,也有其他因素影响到腐蚀速率,比如流体中氧含量 (oxygen solubility). 常见到的例子有,用来传热的循环流体. 膨胀罐如果使用氮封,防止溶氧,就会减轻管道的腐蚀。 电偶腐蚀 当不同的金属接触在一块的时候,那么作为阳极的那一方的腐蚀速率就会增加。如果不同的金属的接触不可避免,那么可以用保温隔热来断开电路的形成。(insulated). 或者,如果阳极一方作出牺牲,增厚阳极一方的腐蚀余量。常见的地下管道,比如消防水管,采用阳极牺牲保护法来减轻消防水管的腐蚀。 点蚀

本工程施工采用的主要材料推荐选用《主要材料品牌推荐表》

本工程施工采用的主要材料推荐选用《主要材料品牌推荐表》中的品牌(或厂家)或选用相当于该档次(或以上)的产品。所有材 料品牌选择均须报招标人、监理工程师确认,且经检验合格后方能使 用。 主要材料设备品牌表(建筑装修) 序号材料设备名称规格、型号等 推荐品牌备注特殊要求 钢筋按设计要求韶钢、武钢、广钢、柳钢、钢质防火门按设计要求日高牌、南粤牌、深圳永福铝合金门窗、型材按设计要求凤铝、白云铝材、亚洲铝材深灰色透水砖按设计要求 邦坚、利景、汉撒雅铂、诚 永亿 耐磨砖按设计要求宝仕马、金牌龙、罗曼缔克玻璃按设计要求南玻、中南、格兰特 预制钢筋混凝土管 按设计要求 桩 商品混凝土按设计要求 商品砂浆按设计要求 加气砌块按设计要求 灰砂砖按设计要求 水泥按设计要求石井、珠江、英红、海螺防水胶合板按设计要求 实木枋板材按设计要求 钢板复合门按设计要求美心牌、宇宙牌、合兴东

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防火卷帘按设计要求日高牌、南粤牌、深圳永福塑料门按设计要求美心、海螺、众和 复合实木门按设计要求潮盛、安嘉、美心 防滑砖按设计要求冠珠、蒙娜丽莎、金舵抛光砖按设计要求冠珠、蒙娜丽莎、金舵外墙砖按设计要求白兔、冠珠、龙驹、腾达仿石砖按设计要求冠珠、蒙娜丽莎、金舵石材按设计要求威洋、煌发、石磊 石膏板按设计要求泰山牌、龙牌、穗龙牌硅酸钙板按设计要求埃特尼特、龙牌、泰山牌铝合金方板按设计要求新静界、华狮龙牌、建龙牌穿孔吸音复合板按设计要求新静界、龙牌、涤音声学钢夹金属饰面板按设计要求德苏曼、源雅、中成 硬木地板按设计要求林安、大自然、柏高 复合木地板按设计要求林安、圣象、柏高 雷诺丽特牌、未来之窗、吉铝单板、铝塑板按设计要求 鑫祥 厕格复合板(抗焙特 按设计要求佳丽福牌、奥高、雅美家板) 不锈钢管按设计要求正康、宇航、潮兴发 乳胶漆按设计要求立邦、南方、多乐士 门窗配件按设计要求利益、瑞高、振盛 防水材料按设计要求大禹、汇源、雨虹 保温隔热材料按设计要求可耐福、陶氏、孚达 地坪漆按设计要求耐迪斯、科普、飞宇

常用化工设备基础知识教材

化工设备基础知识 第一章轴轴的主要作用是用来支撑和固定旋转传动零件,常见的轴有直轴和曲轴两种。一、直轴的分类:根据承受荷载的情况不同,直轴可分为心轴、转轴和传动轴三类。 1、心轴:心轴工作时主要用来支撑转动零件,承受弯矩而不传递运动,也不传递动力。心轴随零件转动的(如火车轮轴)称为活动心轴,不随零件一起转动的(如自行车轴、滑轮轴)称为固定心轴,它们承载时均产生弯曲变形。 2、转轴:转轴既要支承旋转零件还要传递运动和动力,如机床主轴、减速机齿轮轴、搅拌轴等。这类轴在外力作用下将产生弯曲变形和扭转变形。 3、传动轴主要用来传递扭矩,它不承受或承受较小的弯矩,如汽车、拖拉机变速箱与后轮轴间的传动轴。 轴的材料:选取轴用材料主要取决于轴的工作条件载荷和加工工艺等综合因素,除满足强度、刚度、耐磨性外,还要求对应力集中敏感性小,常用碳素钢、合金钢的锻件和轧制圆钢做为轴的毛坯。 碳素钢对应力集中的敏感性较小,其机械性能可通过热处理进行调整,比合金钢价廉,所以应用最广,常用30、40、45、50 号钢,其中45 号钢最常用。对于非重要或受载荷较小的轴可用Q235、Q237 等普通碳素结构钢。 合金钢可淬性好,且具有较高的机械性能,常用于传递较大功率并要求减小尺寸和重量以及提高轴颈耐磨性的场合。 合金铸铁和球墨铸铁也常用来做轴的原因是铸造成型容易得到较复杂且更合理的形状,铸造材料吸振性高,并可用热处理的方法提高耐磨性,对应力敏感性较低,且价廉。但铸造质量不易控制,可靠性较差,需慎用。 二、轴的结构 轴的外形通常作成阶梯形的圆柱体。轴上供安装旋转零件的部位叫轴头,轴与轴承配合部分叫轴颈,轴的其他部分叫轴身轴的设计与选择要考虑很多因素的影响,在满足不同截面的强度和刚度要求的同时,还要便于轴上零件的固定、定位、拆装、调整,尽可能减小应力集中以提高轴整体的疲劳强度,以及轴本身的加工工 艺性。 旋转零件一般要随轴旋转传递运动和动力,零件在圆周方向和轴线方向都需要确定他们之间的相对位置以保证各零件正常的工作关系。

化工设备设计中材料的选择和有效运用

化工设备设计中材料的选择和有效运用 发表时间:2019-09-16T09:52:31.753Z 来源:《房地产世界》2019年5期作者:谭朝晖 [导读] 随着我国经济技术的不断发展,社会对于化工设备的设计质量要求越来越高,这就使得相关的企业要提高重视,加强对于化工设备的质量管理。 谭朝晖 中泰化学(集团)公司华泰重化工有限责任公司热电厂发电部新疆乌鲁木齐市 830001 摘要:随着我国经济技术的不断发展,社会对于化工设备的设计质量要求越来越高,这就使得相关的企业要提高重视,加强对于化工设备的质量管理。具体到化工设备的设计中,就是要选择最合适的设计材料和设计工艺,以保证化工设备的质量和安全,同时企业在具体的生产环节,也要根据具体的情况合理应用化工设备,进而促进企业生产的效率。 关键词:化工设备;材料选择;设备设计 引言 我国经济的快速发展,推动了各行各业的迅猛成长。化工行业也在国家经济的推动下,快速成长起来。化工行业最重要的设施就是机械设备,它在化工生产中占有很重要的地位,所以机械设备的维护和保养是化工生产中最重要的环节。化工工艺链中设备管道接触到大量的强酸、强碱、高浓度氯离子以及电石渣循环浆液等粗糙介质,存在强腐蚀、强磨损的恶劣的化学物理环境,主要针对化工设备设计中的材料选择和应用进行分析和研究,从而在设备材料方面不会再发生影响设备正常运行的问题。 1化工设备的材料选择 1.1选择载荷类型的材料 选择载荷类型材料的优势是,它可以避免发生机械设计的部分元件失效的现象。经过对机械设备设计的研究发现,在设计环节中,机械材料外载荷性能很容易引发机械设计的部分元件发生失效的现象。从此可以看出失效零部件的性能和材料的外载荷性能之间的矛盾问题,所以在机械材料的选择上,一定要考虑材料的载荷性,要根据材料的载荷性选择机械设备。通过对载荷性能的分析,在选择时需要注意两个方面:第一个方面是如果在化工生产中机械需要受到载荷力,那么就要选择低碳性的钢渗碳,或者是选择中碳性的钢调质方式来对材料进行加工作业,这样的选择方式主要是因为零部件如果在外载荷力的作用下发生了扭转的现象,而应力又大多集中在材料的表层上,那么就说明材料的表面性能直接决定着零部件之间的控制效果。这样的举措,主要是要保障产品的质量达到标准。第二个方面是如果是外载荷力作用在零件的横截面,促使横截面的应力达到了均衡,那么在设计时,就要选择能够承受压缩的或者是能够承受拉伸的,而且其性能分布也较为均匀的材料,这样的举措,主要是为了保障机械设计在加工和生产环节中能够对材料进行较高效的工作。 1.2对合金钢材料和碳素钢材料的分析 在材料的选择上,也可以采用合金钢材料和碳素钢材料,但在两者的选择上也要依据实际的情况进行选择。合金钢是一种合成的材料,是在碳素钢的基础上改进而来的,它是在碳素钢内加入合金而形成的合金钢。此改善的措施,主要是针对碳素钢的缺点,碳素钢存在着韧性差和强度差的特点,中等以上的形状材料,不能达到完全淬透的状态,这就影响了碳素钢的充分利用。合金钢的特点则是满足了这一点,其淬透性和韧性以及强度都得到了大力的提升,而且还增加了另一个特点,其耐磨性也得到了提升。虽然合金钢弥补了碳素钢的缺点,但是也不是任何条件下都可以用合金钢。经过研究和分析,只有在零横截面较大和材料外载荷应力很大的情况下,以及需要对材料进行完全淬透的情况下才能利用合金钢材料,其他的情况下要选择碳素钢材料,碳素刚材料拥有的优势是价格低廉,稳定性能高。 1.3选择可循环利用和回收的材料 在材料使用上,选择可循环利用和回收的材料的好处是,可以节省成本,还可以达到国家的环保节能要求。通过分析和研究,要达到循环利用和回收的材料只有单一性的合金系材料,主要是合金系的构成元件很少,从而不会对环境造成污染,所以能够提升对合金的回收和循环利用。以往的机械设计中,经常存在着不同种类的材料都堆放在了一起,不能达到对材料进行分类的要求。通过调查,可以得到的是金属材料的种类太多,钢材材料就有上百种,如果不能对这些种类的材料进行分类,就无法达到回收利用的目的。 2化工设备设计中材料的选择与应用需要注意的问题 2.1关于生产成本 在具体使用化工设备进行生产的过程中,一定要把控好生产的成本。一方面也对于产生的环境进行检测,评估其可能会对于生产设备造成的损害。一般来说,化工设备的价格较高,而对于设备的损害也是企业生产的无形的成本,企业可以对设备的损害进行预测,并将其算入投资的成本,然后预算生产的收益,比较二者之间是否合理,如果成本与收益相同或者成本大于收益,企业就要考虑改善生产的环境,尽可能的降低生产过程中对于设备所造成的损害。 2.2关于生产环境 由于不同化工设备的设计材料有所不同,其对于各类环境的耐受力也不一样,因此在具体使用化工设备的过程中,一定要对于生产的环境进行检测与分析,比如环境中气体的活性、是否存在腐蚀性、温度等,根据具体的生产环境选择不同化工设备进行操作,一方面可以有效避免危害环境对于化工设备的损害;另一方面也可以选择最合理的设备,进而保证生产的质量和效率,实现企业的经济效益。 2.3关于设计工艺 为了使得设备达到最好的质量和效果,在具体设计中,要严格遵守效果设计工艺,避免由于工艺的差错而影响设备价值。一是要平衡好材料的价格和设备的性价比之间的关系,避免为了追求设备的高性能,比如抗腐蚀性和耐高温,而选择使用非常昂贵的设计材料。二是在具体的设备设计环节,要严格的遵守相关工艺的技艺标准和规范,合理的进行操作,避免因为技艺的操作不当而影响化工设备设计的质量,要尽可能的将相关材料的价值发挥到最大,制作出性能优异的化工设备,为企业的生产提供动力。 2.4达到经济性能和实用性能相统一的要求 各行各业的健康发展,都离不开对成本的有效控制,这样才能增加企业的经济效益。化工机械设备的材料选用上也要遵循这一原则,

工程施工材料选择与施工要求

工程施工材料选择与施工要求 一、工艺管道 1、车间使用的溶剂管道、物料的不锈钢管道,根据压力选择壁厚但DN25以上管径的 壁厚不小于3mm,包括卫生级管道 2、车间使用的耐腐蚀管道不得使用可燃材料如聚乙烯、聚丙烯等,建议选择钢衬四氟 或钢衬搪瓷管道 3、管道连接方式已法兰为优先选择,输送可燃液体的管道、有毒有害气体、易燃易爆 气体管道禁止使用快开卡盘,氮气、空气可以使用快开接头连接形式 4、管道法兰连接出使用静电跨接线,遵循EHS规范要求,多于6个螺栓以上的需要跨 接。每对法兰或螺纹接头间电阻超过0.03欧姆时应设导线跨接。 5、输送可燃液体的管道、有毒有害气体、易燃易爆气体管道宜采用明管敷设,最大限 度的减少夹层中水平敷设,穿楼板,穿楼层管道必须加套管保护,并且套管高出地 面5cm 6、设备的氮气保护要经过核算,满足设备用量,离心机、烘箱等大 耗量设备宜单独设置氮气管道 7、 二、空调、尾气与维护结构 1、彩钢板选择不燃材料,顶板使用博美网格,墙板选用复合博美网 格或岩棉板,建议选用博美网格。 2、门板选用复合铝蜂窝彩钢板, 3、维护结构禁止选用复核纸蜂窝、苯板等可燃材料 4、空调、尾气管道禁止使用可燃材料,禁止使用玻璃钢管道包括无 机玻璃钢 5、酸性气体的尾气吸收使用移动式喷淋吸附,管道临时连接 6、吸收塔可以使用玻璃钢材质 7、尾气管道材质具有导电性,并做静电接地 8、空调送风、排风必须设置防火阀,并且阀门与排风温度监测联动, 当排风温度高于70度时自动关闭,并停止风机运行 9、空调风管保温可以采用橡塑海绵,但外面必须包覆不燃材料 10、空调低温水管道保温可以使用橡塑海绵,外包镀锌铝板或不锈钢 板或单层彩钢板,不建议铝板 11、离心机宜选择单独排风系统 12、空调自动控制 三、工艺设备选择与设备安装 1、设备选择不得使用可燃材料,如pp,聚乙烯储罐等。承装酸性物 料的设备除耐腐蚀金属外,建议选择搪瓷储罐、或钢衬喷涂储罐。 2、所有设备均需要做好静电接电 3、设备下口宜选用法兰连接,高度适宜操作。 四、电气仪表安装安全要求 1、电气安装必须规范,按规定使用穿线管,DN50以下管道均采用 国标,地埋仅用于穿线保护的可以选择薄壁管 2、防爆接线盒螺栓必须上全,电缆桥架必须封闭桥架盖 3、穿线管与桥架,与接线盒、与灯具等设备连接位置,穿线后的接 口使用防爆胶泥密封,密封厚度5~10cm

《化工设备机械基础》第一章-习题解答

第一章化工设备材料及其选择 一. 名词解释 A组: 1.蠕变:在高温时,在一定的应力下,应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变 形的现象。 2.延伸率:试件受拉力拉断后,总伸长的长度与原始长度之比的百分率。 3.弹性模数(E):材料在弹性范围内,应力和应变成正比,即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。 4.硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。 5.冲击功与冲击韧性:冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及 时和迅速塑性变形的能力。 6.泊桑比(μ):拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材,μ=0.3 。 7.耐腐蚀性:金属和合金对周围介质侵蚀(发生化学和电化学作用引起的破坏)的抵抗能力。 8.抗氧化性:金属和合金抵抗被氧化的能力。 9.屈服点:金属材料发生屈服现象的应力,即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。 10.抗拉强度:金属材料在受力过程中,从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。 B组: 1.镇静钢:镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧,是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来,生 成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小,浇注后钢液从底部向上,向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔,内部紧密坚实。 2.沸腾钢:沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧,是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大,浇注后钢液在锭模中发生自 脱氧反应,放出大量CO 气体,造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔,凝固收缩后气体分散为很多形状不 同的气泡,布满全锭之中,因而内部结构疏松。 3.半镇静钢:介于镇静钢和沸腾钢之间,锭模也是上小下大,钢锭内部结构下半部像沸腾钢,上半部像镇静钢。 4.低碳钢:含碳量低于0.25%的碳素钢。 5.低合金钢:一般合金元素总含量小于5%的合金钢。 6.碳素钢:这种钢的合金元素含量低,而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。 7.铸铁:含碳量大于2%的铁碳合金。 8.铁素体:碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。 9.奥氏体:碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。 10.马氏体:钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来,得到一种碳原子在α铁中过饱和的固溶体。 C. 1.热处理:钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式,以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能, 这样的加工工艺称为热处理。 2.正火:将加热到临界点以上的一定温度,保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来,冷却速度比退 火快,因而晶粒细化。 3.退火:把工件加热到临界点以上的一定温度,保温一段时间,然后随炉一起冷却下来,得到接近平衡状态组织的 热处理方法。 4.淬火:将钢加热至淬火温度(临界点以30~50oC)并保温一定时间,然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一 种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。 5.回火:在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力,使 组织趋于稳定,并获得技术上所要求的性能。 6.调质:淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时,一般采用调质处理。

学习工程材料的感想

学习工程材料的感想 这个学期选择了理工科的工程材料作为通选课,选修了这样的课程才知道,原来,我们的生活,都离不开材料。材料的用途广泛,在我们日常生活中发挥着不可替代的作用。 工程材料指具有一定性能,在特定条件下能够承担某种功能、被用来制造零件和工具的材料。 工程材料种类繁多,有如下常见分类方法。 按成分分类:金属材料、非金属材料、复合材料。 金属是工业中应用广泛的材料,其中钢铁的用量最大。一般金属具的优良的工艺性能和力学性能; 非金属材料中,合成高分子材料、特别是塑料的使用广泛;而陶瓷具有高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘的特点,主要用于化工设备、电器绝缘件、机械加工刀具、发动机耐热元件等; 复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性能不同的物质,复合材料一般综合了各组分材料的优良性能,在生活用品、机器制造等各个领域已得到广泛应用。 按用途分类:结构材料(如机械零件、工程构件)、工具材料(如量具、刃具、模具)、功能材料(如磁性材料、超导材料等) 按领域分类:机械工程材料、建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料。 工程材料除了以上所列举的,还有很多,广义的工程材料包括还一般工程上所用的材料均可称为工程材料。如:金属,陶瓷,高分子材料等。功能材料:是指通过“光,电,磁,热,化学,生物等作用后,具有特殊功能的材料。如:磁性记录材料(磁带,磁盘);光纤材料(用于通讯,显示)。 由上可见,工程材料可以说是涉及我们生活的方方面面。它的用途广泛,作用巨大,是别的材料所不可比拟的。随着国家科学技术的发展,工程材料的种类也越来越多,应用性也越来越强。现在国家积极推进高新技术的发展,工程材料所占的比重也越来越重大。

化工设备常用金属材料与非金属材料

第8章 化工设备常用金属材料与非金属材料 本章重点要讲解内容: (1)掌握金属的主要晶格结构及其特点。 (2)掌握压力容器与化工设备常用金属材料的种类、牌号及主要性能 (3)熟悉金属的腐蚀与防护。 (4)了解金属热处理的种类及方法。 第一节 材料的性能 材料的性能主要有:力学性能、物理性能、化学性能和加工性能等。 1、力学性能 该性能决定许用应力,主要的指标如:强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。 (1)强度 设备的强度指的是构件抵抗外载荷而不破坏的能力。利如提升重物的钢丝绳,不允许被重物拉断。例如提升重物的钢丝绳,不允许被重物拉断。但在设计中,为了保证强度而盲目的加大结构尺寸是不合理的,因为会造成材料的极大浪费,增加运输及安装费用。 常温强度指标:[]0 /n σσ=,屈服强度和抗拉(压)强度;蠕变极限σn 疲劳极限σr 。 (2)硬度 局部抵抗能力,是弹性、强度与塑性的综合性能指标。 ◆ 压入硬度:布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC 、HRB)和维氏硬度(HV); ◆ 低碳钢 σb =0.36 HB ◆ 高碳钢 σb =0.34 HB ◆ 灰铸铁 σb =0.1 HB (3)塑性 (在第二章中已经详细讲过,在此让学生复习一下) (4)冲击韧性 冲击韧度αk ,使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积。 低温容器所用钢板αk 值不得低于30J/cm 2 2、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。 3、化学性能 ◆ 耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力; ◆ 抗氧化性 高温氧化,降低表面硬度和抗疲劳强度,选耐热材料。 4、加工工艺性能 (1) 可铸性:收缩与偏析; (2) 可锻性; (3) 焊接性; (4) 可切削加工性。

土木工程施工中的材料选择策略

土木工程施工中的材料选择策略 在土木工程施工中,施工材料管理是一项综合性较强的工作,在整个工程项目成本管理中占据较大比例,因此,为了从根本上提高土木工程施工的质量,实现对工程成本的有效控制,对施工材料进行优化选择是极为必要的。近年来,我国土木工程施工在材料的选择及质量控制工作中取得显著成效,但其中仍存在诸多尚未完善的地方,直接对建筑工程的施工质量造成影响,因此应加强对工程施工材料选择及质量控制的研究,以促进土木工程的持续发展。 1土木工程施工材料选择的重要性及特点 1.1重要性分析 施工材料在土木工程施工中占据重要地位,因此施工材料是整个工程项目重点管理及控制对象之一,其会对工程施工的质量、进度及成本产生直接影响。加强对施工材料的选择,有利于提高施工企业的市场竞争力,是现代化施工企业实现短期获利目标的关键,因此应对施工材料的质量书评进行有效控制和管理,以降低工程施工成本,以确保工程施工质量,实现工程经济效益的最大化[1]。 1.2土木工程施工材料的选择特点 社会的发展,时代的进步,土木工程施工材料也随之不断创新和发展,其中的大多数材料都直接被一些新型的材料所替代,比如陶瓷材料、玻璃材料及合金材料等,这些人工合成的材料类型开始受到广泛的运用。但是一些基本上的混凝土、钢筋材料等依然是当下工程施

工当中的重要材料。当前的土木施工材料选择具备以下多个方面的特点:①需要由此选择相应的高性能、高强度的材料类型,并且这些材料还应当具备多功能及耐久性等;②需要对一些地方性材料加以充分的运用,可直接采用由固体废弃物所生产出的环保型材料;③需尽可能的采用节能型的材料;④在使用材料的过程当中,不可直接去采用具备一定毒害性作用的材料,应当由此选择真正有益的材料;⑤需要充分选择天然无污染的材料。 2土木工程施工材料选择中存在的问题分析 2.1严重匮乏相应材料选择和管理人才 通常施工单位都严重缺乏相应的材料管理人才,这都是由于其员工整体专业水平严重偏低所致。通常施工单位内的员工们大多都是外来聘用的农民工,而这些农民工所具备的文化水平普遍偏低,又明显缺乏对于材料进行选择和管理的专业知识。因而直接导致土木工程施工材料的管理、选择方面存在明显的缺陷和问题。甚至有很多其他施工单位都没有充分认识到这点,没有对此类的问题作出应有的重视,并不注重对于人才的培养工作,最终直接引发相应的施工质量问题,促使其质量水平难以获得有效的保障,对施工企业的根本利益造成严重的损害。 2.2材料选择的过程和方法当中问题明显 在选择的方法和过程中出现问题的情况,具体表现为以下几点:①对于材料的选择方式规范性不强,材料选择的过程中存在很大的漏洞和弊端[2];②选择材料时,所采取的监督力度明显不足,这主要

第一章化工设备材料及其选择

第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释: 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度6、普通碳素钢7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢10、容器钢11、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量

第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径3、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组: 1、球壳上任一点2、圆锥壳上之M点3、碟形壳上之连接点A与 B

三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知:p =2M Pa,D =1008m m,S =8mm 。(图3-34) 2、圆锥壳上之A 点和B点。已知:p =0.5M Pa ,D =1010mm ,S =10mm ,α=30°。(图3-35) 3、椭球壳上之A、B 、C点。已知:p =1MPa,a =1010mm,b=50.5mm,S=20mm,B 点处座标x=600mm 。(图3-36) 图3-34 图3-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为10020mm 的球形容器,其工作压力为0.6MPa ,厚度为20m m ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器,两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为2030mm ,筒体与封头厚度均为30m m,工作压力为3MPa ,试求: (1) 圆筒壁内的最大工作应力; (2) 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,2.5时,计算封头上薄膜应 力m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计

工程材料选择题.doc

四、选择填空(20分) 1、合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是(d) (a)均强烈阻止奥氏体晶粒长大(b)均强烈促进奥氏体晶粒长大 (c)无影响(d)上述说法都不全面 2、适合制造渗碳零件的钢有(c)。 (a)16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A (b)45、40Cr、65Mn、T12 (c)15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi 3、要制造直径16mm的螺栓,要求整个截面上具有良好的综合机械性能,应选用(c ) (a)45钢经正火处理(b)60Si2Mn经淬火和中温回火(c)40Cr钢经调质处理4、制造手用锯条应当选用(a ) (a)T12钢经淬火和低温回火(b)Cr12Mo钢经淬火和低温回火(c)65钢淬火后中温回火 5、高速钢的红硬性取决于(b ) (a)马氏体的多少(b)淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量(c)钢中的碳含量6、汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性,中心有良好的强韧性,应选用(c ) (a)60钢渗碳淬火后低温回火(b)40Cr淬火后高温回火(c)20CrMnTi渗碳淬火后低温回火 7、65、65Mn、50CrV等属于哪类钢,其热处理特点是(c ) (a)工具钢,淬火+低温回火(b)轴承钢,渗碳+淬火+低温回火(c)弹簧钢,淬火+中温回火 8、二次硬化属于(d) (a)固溶强化(b)细晶强化(c)位错强化(d)第二相强化 9、1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢,进行固溶处理的目的是(b) (a)获得单一的马氏体组织,提高硬度和耐磨性 (b)获得单一的奥氏体组织,提高抗腐蚀性,防止晶间腐蚀(c)降低硬度,便于切削加工 10、推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击,应选择用(b ) (a)20Cr渗碳淬火后低温回火(b)ZGMn13—3经水韧处理(c)W18Cr4V淬火后低温回火 11、位错是一种。(①) ①线缺陷②点缺陷③面缺陷 12、纯铁在850℃时为晶格。(①) ①体心立方②面心立方③密排六方 13、有些金属在固态下会发生晶体结构的变化,这种变化可以称为。(③) ①等温转变②变温转变③同素异构转变 14、共析钢过冷奥氏体在连续冷却时,有如下转变。(②) ①只有贝氏体和马氏体转变,而没有珠光体型转变 ②只有珠光体型和马氏体转变,而没有贝氏体转变 ③只有珠光体型和贝氏体转变,而没有马氏体转变 15、当晶格常数相同时,面心立方晶格比体心立方晶格的致密度。(②) ①小②大③相等 16、具有匀晶相图的合金在固态时的相结构属于。(②) ①化合物②固溶体③以上都不是 17、密排六方晶胞的原子数为。(②)

浅析化工设备设计中材料的选择及应用

浅析化工设备设计中材料的选择及应用 化工设备在工业中应用十分广泛,生活中的很多必需品都是由化工设备制造的,化工设备性能的好坏关系到工业生产的安全和稳定。而化工设备的材料又很大程度上影响着设备的质量。要选择适宜的化工设备材料,保证其机械性能和安全性,这样才能制造出质量过硬的设备来,为工业的发展做出贡献。本文分析探究化工设备材料的选择和应用,并给出选择材料时应该注意的事项。 标签:化工设备设计;材料选择;应用 选择适宜的设备材料不仅可以保证设备的质量和性能,还可以使得设备运行更加安全,更加人性化,例如好的材料可以降低噪音,减小对人体耳膜的伤害。此外,材料的选择不能仅仅局限于眼前,还要放眼长远,要为长久的利益着想,例如不能为了图一时便宜就使用廉价的高污染的材料,这样和生态环境相违背的做法是不可能长久的,因此必须重视化工材料的选择,从多方面考虑,不仅保证材料的机械性能,同时要考虑互换性、环保性以及可持续性和经济性等,这样才能促进化工设备健康持续发展。 1 化工设备设计中材料选择和应用的重要意义 着我国经济的飞速发展,各方面的建设如火如荼,对化工产品的需求迅速增长,因此也带动了化工设备的发展。但是由于各个行业对材料的需求增大,化工设备设计所需要的材料供应不足,材料稀缺问题越来越严重。在这种大的环境下,就不能只考虑眼前材料的低品质性,而要选择经济型、环保型、可持续型的材料,充分利用有限的资源来发展化工行业,这才是可行之路,也是必行之路。 2 化工设备设计中材料选择与应用应该注意的事项 2.1 在材料选择和应用中应该注意经济性和适用性 化工设备的材料选择很重要的两点就是材料的经济性和适用性,要选择适合的材料,不能只追求材料性能,還要注重材料的价格,要选择性价比高的材料。现在工业发展迅速,对各种材料的需求增大,所以在设备材料选择中就不能选择那些稀缺的材料,稀缺的材料不仅供应不足,而且价格高昂,不满足经济性的要求,为了使得化工设备能够持久性发展,必须避免选择这种材料。 化工设备的制造需要很多种材料,而不同的化工设备对材料的要求不同,例如生产化肥的设备就要保证其耐腐蚀性,而炼钢设备要保证其耐高温性。因而在化工设备的设计时就要考虑化工设备所应用的环境,选择适当的材料,不然不仅浪费了材料,还使得设备最终达不到质量要求。 2.2 化工设备设计中材料的选择和应用应该重视绿色环保

常用工程材料选用

. 三、常用工程材料及选用 纯金属因价贵,力学性能较低,不能满足现代工业的要求,因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。 一、碳素钢 Wc≤2.11%碳素钢是指,并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能,且价格低廉,在工业中广泛应用。 碳素钢的分类及牌号 碳素钢的种类很多,常按以下方法分类。 1.按钢的含碳量分类 可分为:低碳钢(0.0218%

铌、锆等。通常低合金钢中加入合金元素的种类和数量较合金钢少。不同元素的组合,不同的元素含量,可得到不同的性能。 合金钢的分类 . . 1.按质量等级分 按质量等级,合金钢可分为优质合金钢(如一般工程结构用合金钢、耐磨钢、硅锰弹簧钢等)和特殊质量合金钢(如合金结构钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢等)。2.按合金元素总量分 按合金元素总量将合金钢分为:低合金钢(W<5%)、中合金钢(W =5%~10%)和高MeMe合金钢(W >10%)Me3. 按合金元素种类分 按合金元素种类将合金钢分为:铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等。 4. 按主要性能和使用特性分 主要分为工程结构用合金钢,机械结构用合金钢,轴承钢,工具钢,不锈、耐蚀和耐热钢,特殊物理性能钢等。 合金钢的编号 我国合金钢编号方法的原则是以钢中碳含量(Wc×100)、合金元素的种类和含量(W Me×100)来表示。当钢中合金元素的平均含量W <1.5%时,钢号中只标出元素符号,不标明Me合金元素平均含量;当W≥1.5%、2.5%、3.5%……时,在该元素后面相应的标出2、3、4……。Me合金钢的具体编号方法见表1-11: 表1-12 合金钢的编号方法

化工设备机械基础习题-力学部分.doc

第六章化工设备材料及其选择 一、名词解释: 1、延伸率 2、冲击功和冲击韧度 3、耐腐蚀性 4、屈服点 5、抗拉强度 6、普通碳素钢 7、优质碳素钢 8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢10、容器钢11、晶间腐蚀 二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量

第七章容器设计的基本知识 一、指出下列压力容器温度与压力分级范围 一、名词解释 1、第一曲率半径 2、第二曲率半径 3、区域平衡方程式 4、微体平衡方程式 5、无力矩理论 6、边缘应力的局部性 二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组: 1、球壳上任一点 2、圆锥壳上之M点 3、碟形壳上之连接点A与 B

三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和 θσ 1、球壳上任一点。已知:p =2MPa ,D =1008mm ,S =8mm 。(图3-34) 2、圆锥壳上之A 点和B 点。已知:p =0.5MPa ,D =1010mm ,S =10mm ,α=30°。(图3-35) 3、椭球壳上之A 、B 、C 点。已知:p =1MPa ,a =1010mm ,b =50.5mm ,S =20mm ,B 点处座标x =600mm 。(图3-36) 图3-34 图3-35 图3-36 四、工程应用题 1、有一平均直径为10020mm 的球形容器,其工作压力为0.6MPa ,厚度为20mm ,试求该球形容器壁内的工作应力。 2、有一承受气体内压的圆筒形容器,两端均为椭圆形封头。已知圆筒平均工资直径为2030mm ,筒体与封头厚度均为30mm ,工作压力为3MPa ,试求: (1) 圆筒壁内的最大工作应力; (2) 若封头椭圆长、短半轴之比分别为2,2,2.5时,计算封头上薄膜应力 m σ和θσ的最大值并确定其所在位置。 第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计

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