石墨的机械性能

石墨的机械性能




一：前言

PS版即预涂感光版(Presensitized Offset Plates)的简称，是为适应平版印刷的迅速发展而研制开发出来的。由于PS版本身具有分辨力高，网点再现饱满，层次丰富，水墨平衡易掌握，耐印力高等特点，在印刷行业得到了迅速普及。从目前掌握的统计资料来看，PS版依然是当前消耗量最大，也是最重要的平印版材，PS版制造业已经成为当前印刷器材制造业极其重要的支柱产业之一。

PS版生产过程中要使用盐酸、硫酸、氢氧化钠、氟化钠、碳酸二氢钠等化工原料，并且需要冷却与加热，而这些原料大部分是强腐蚀性介质，设备必然腐蚀严重，必须要求诸多生产设备的材料既要能防腐蚀，又要有良好的传热性能。

当前PS版生产厂家普遍都使用造价高于石墨四到五倍的钛合金材料的板式换热器，如PS版电解工序2%盐酸溶液冷却器、氧化工序25%硫酸溶液冷却器、封孔工序氟花钠、碳酸二氢钠等溶液冷却器，虽然传热效率好，但易堵，维修不方便，清洗也频繁，给紧张的生产造成极大的不便；而石墨换热器单位换热面积造价也大大低于板式换热器，而且导热系数相当高，安装、清洗、维修、维护方便，既缩短了停产时间，又不会减少设备的换热面积，因而可以很好地替代钛合金板式换热器。
下面对石墨制化工设备简单介绍一下。

二：石墨制化工设备

（一） 不透性石墨

不透性石墨是一种由人造石墨及合成树脂通过浸渍、压型、浇铸等方法制得的新型的结构材料，它和其它一切非金属耐腐蚀材料的区别在于，除了具有高度的化学稳定性外，还具有极高的导热性能，因而大大地扩展了其应用范围。

不透性石墨作为耐腐蚀非金属无机材料，被广泛应用于在化工防腐中，目前不透性石墨已经成功广泛应用于制造各种类型加热器、冷却冷凝器、合成炉、膜式吸收器、管道、管件、阀门、塔及附件、泵类及设备的衬里防腐等。其结构性能如下：

1.酚醛浸渍石墨机械性能

容重 1.8～1.9 G/m3
抗压强度 58.8～68.6 Mpa
抗拉强度 7.8～9.8 Mpa
抗弯强度 23.5～27.4 Mpa
抗部击强度 2.7～3.1 KJ/㎡
硬度 25～35 布氏
热导率、导热系数 105～116 W/m·K
耐热度 170 ℃
热膨胀系数 4.4 1/℃×106

2．机械强度 不透性石墨可进行各种机械加工，如车、刨、锯、铣等，这些性能对加工制造各种设备提供了良好的条件。

3．化学稳定性 不透性石墨除了强氧化性酸及碱外，对大部分化学物质都耐腐蚀，特别是盐酸，在沸点以下任何浓度都耐。

4．导热性 浸渍石墨的导热系数为100～110千卡/米·小时·℃，浸渍类石墨的导热系数和铜、铝等相仿，通常将其作为热交换器或其它传热设备就是根据不透性石墨的这一特点。

5．热稳定性 石墨本身的热膨胀系数很小，为0.24×10－5 1/℃。虽然树脂的线膨胀系数大得多，但浸渍固化后，被广泛约束在空隙中，不能自由膨胀，使得浸渍石墨的总的线膨胀系数增加不多，为0.4～0.45×10－5 1/℃。

（二） 各种设备简介

不透性石墨制换热设备和吸收设备具有优良的耐腐蚀性和传热性能，应用于腐蚀性介质的传热过程，被广泛地用于处理盐酸、硫酸等腐蚀性介质，用于加热、冷却、冷凝、蒸发和吸收等化工单元操作。石墨换热设备和吸收设备按其结构形式可分为列管式、块孔式（圆块孔式及矩形块孔式）、喷淋式、浸渍式、套管式等多种结构形式。其中列管式、块孔式都有系列设计，并且制订了石墨设备技术标准。下面重点介绍一下列管式、块孔式及列管式降膜吸收器的特点、分类、适用范围及个别应用。

1、组合式列管式石墨换热器管与管板连接为弹性密封结构。在温差应力作用下石墨管能自由伸缩，避免了石墨管与管板黏结在温差应力作用下所引起的应力破坏。石墨材料利用率高，可制成较大传热面积的设备，单位换热面积造价低于其它结构形式，用于处理量较大的换热过程；流体阻力小，维护检修和清洗方便；设备许用压力达0.5ＭＰａ，温度150℃.由于各设备零部件互换性好，可以单独更换，这样大大延长了设备的使用寿命。在硫酸、盐酸工业和环氧氯丙烷生产等领域都得到了广泛的应用。

2、换热器（圆块孔、矩形块孔）是若干带有物料孔道的石墨换热器，上、下石墨封头及其金属盖板以及圆筒钢壳体（圆块孔）或两端侧盖（矩块孔式）等主要零件组成，零件之间用衬垫密封，并以长螺栓紧固。块孔式换热器有以下特点：

①结构坚固，石墨块体主要承受压应力，能充分利用石墨材料抗压强度高的特点。可提高操作压力，适用于有热冲击或振动的场合。
②结构紧凑，占地面积小。
③适应性强，可用于加热、冷却、冷凝、蒸发、再沸、吸收、解吸等许多化工过程。
④零件互换性好，采用“积木式”的可拆卸组合结构，需数量不多的标准元件，可组装成各种不同换热面积的设备，其拆卸、安装、清洗、检修和运输方便，这对制造和维修都具有很大优越性。
⑤可获得较高的传热系数。

例如YXSQ圆块孔式硫酸稀释冷却器，上部为浓酸与脱盐水混合、稀释、分配部份，中、下部份为冷却部份，可将98%的浓硫酸稀释到50~60%，它作为现在硫酸稀释工艺中较为先进的设备，可以将浓硫酸的浓度稀释到65%以下，并且可以在稀释后直接进行冷却直至所需要的温度。

3、降膜式石墨吸收器实际上是一种垂直安装的列管式或圆块孔式换热器。换热器的列管（或块体上的纵向孔道）相当于许多并列的水冷湿壁塔。在其上方设置有分配吸收液的溢流管。降膜式吸收器在吸收过程中，不断地将溶解热移走，其传热传质效果好。它与填料塔的绝热吸收比较有着显著优点。

应用于环氧氯丙烷生产中的副产氯化氢用水吸收后即为盐酸,它具有很强的腐蚀性,大大缩短了金属换热器的使用寿命，因此环氧氯丙烷生产中与氯化氢介质有关的换热器均采用了非常耐腐蚀的石墨制换热器。

三、应用前景

随着社会的发展和技术的进步，产品质量也在逐步提高，碳钢和铸铁已经不能很好地满足现代工业生产日益发展的要求和规模化生产的需求，随之出现一些新材料，如：合金铸铁、不锈钢、钛材、工程塑料以及各种防腐衬里等在生产中得到了广泛的应用。

碳钢设备的防腐处理，大部分采用酚醛、环氧树脂涂层，特别是换热设备经过防腐传热效果大大下降，从而增大换热面积，于是石墨就成为了设备制造中非常合适的材料。例如用在电石法PVC生产中与HC1气体或盐酸相关的工艺过程，主要设备有：盐酸冷却器、圆块式石墨三合一盐酸合成炉、石墨氯化氢合成炉、圆块石墨硫酸稀释器、混合气深冷器、聚合工段预热器及转化器氯乙烯冷却器、乙烯氧氯化法生产中精馏工段中EDC冷却器等，均收到了良好的使用效果。

石墨的导热系数为480. 7 J / (m·h·℃) ,而一般合金的导热系数较之低得多,如304 型不锈钢为58. 69 J / (m·h·℃) ,因而同样厚度的石墨热阻就比不锈钢热阻小,亦既传热能力要强。虽然传热过程中的管壁热阻比起流体与污垢的热阻要小得多,但这种影响有时也不容忽略。

即使是最耐腐蚀的合金,在盐酸这类强腐蚀介质中的腐蚀速度也为0. 1 mm/ a ,而石墨的腐蚀速率几乎为0 。因此,在强腐蚀性环境中,石墨换热器的寿命显然要比金属换热器的长。

石墨换热器在生产中不仅有效地进行热量的交换,降低能耗,而且可以提高有关物料的收率,从而降低物耗,它在环氧氯丙烷生产中的使用,即节约了环化反应塔的蒸汽消耗,又提高了二氯丙烷的反应收率。

不透性石墨设备在其它领域虽得以广泛应用，但在PS版生产中的应用仅仅还是起步阶段，而就实际生产而言，只要工作压力不超过0.6MPa,工作温度低于160℃，介质中含有腐蚀性物质都可用不透性石墨设备。

金属换热器即使在其它介质条件下也经常需要堵漏,在酸性介质条件下运行时,则需要经常更换,这就会造成频繁的停车,更换列管或换热器的直接损失和停车造成的间接损失不可不计,由此可见,石墨换热器不仅有着良好的换热效果,更因其高度的耐腐蚀性,使用寿命长,而防止换热器的频繁堵漏或更换造成的装置停车,使得化工装置真正实现长期、安全、稳定运行,因而值得进一步推广。

通过以上的介绍，我们相信，随着时间的推移和对石墨设备的了解与认识越来越深刻，其应用前景会相当的好。

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