Оборудование и материалы для производств неорганических веществ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 

Л. Н. Нажарова 

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ 
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВ  
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 

Учебно-методическое пособие 

Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 661.2/.6.002.5(075) 
ББК 35.20/46я7

Н18

Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 

Рецензенты: 
д-р техн. наук А. В. Корнилов 
канд. техн. наук Р. А. Ибрагимов 

Н18 

Нажарова Л. Н. 
Оборудование и материалы для производств неорганических 
веществ : учебно-методическое пособие / Л. Н. Нажарова; 
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 88 с. 

ISBN 978-5-7882-2815-0

Рассмотрены вопросы классификации оборудования. Перечислены требования, предъявляемые к оборудованию. Основное внимание уделено вопросам 
надежности аппаратов и технологических линий, а также материалам для изготовления оборудования, их разрушению и способам защиты конструкций от 
коррозии. Изложены методы исследования коррозионной стойкости металлических конструкционных материалов.  
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01 
«Химическая технология» по профилям подготовки «Технология неорганических веществ» и «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».  
Подготовлено на кафедре технологии неорганических веществ и материалов. 

ISBN 978-5-7882-2815-0
© Нажарова Л. Н., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 661.2/.6.002.5(075) 
ББК 35.20/46я7

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ..................................................................................................................... 4 

1. Основные требования, предъявляемые к оборудованию ................. 5 

2. Классификация оборудования ...................................................................... 8 

3. Смесители ........................................................................................................... 17 

4. Надежность аппаратов и технологических линий ............................ 23 

5. Материалы для изготовления оборудования производств
неорганических веществ ................................................................................... 29 

Лабораторные работы  ....................................................................................... 52 

Лабораторная работа 1. Коррозионная стойкость 
металлов в растворах электролитов .................................................. 52 

Лабораторная работа 2. Исследование электрохимической 
коррозии металлов объемным методом ........................................... 58 

Лабораторная работа 3. Жаростойкость металлов 
и сплавов ........................................................................................................ 64 

Лабораторная работа 4. Электрохимическая защита 
оборудования ............................................................................................... 72 

Лабораторная работа 5. Пассивность металлов ........................... 76 

Лабораторная работа 6. Защита от коррозии 
ингибиторами ............................................................................................... 81 

Список использованных источников ........................................................... 84 

Литература для подготовки к защите лабораторных работ ............... 86 

Приложение ............................................................................................................ 87 

ВВЕДЕНИЕ 

Химическое предприятие представляет собой сложный ком
плекс технологического оборудования. Технологическое оборудование, в соответствии с ГОСТ 31109-82, – это «средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства 
воздействия на них, а также технологическая оснастка». В приложении к химической технологии химическим оборудованием можно 
назвать сложный комплекс взаимосвязанных узлов, деталей машин и 
аппаратов, предназначенных для обеспечения технологического процесса переработки или получения химических веществ и материалов. 
Для производств неорганических веществ используют огромное количество различных машин и аппаратов, для изготовления которых 
предусмотрено широкое использование различных видов конструкционных материалов с высокими прочностными и антикоррозионными 
характеристиками. 
Сегодня актуальной задачей промышленности является проектирование, изготовление и использование новых машин и аппаратов, 
способных удовлетворять требованиям современных химических производств и повышение их надежности. 
Данное учебное пособие предназначено для  бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01 «Химическая технология». В его основу положены некоторые разделы курса лекций по дисциплине 
«Оборудование и основы проектирования» для студентов, обучающихся в ФГБОУ ВО «КНИТУ» по профилям подготовки «Технология 
неорганических веществ» и «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов». Представленные материалы будут 
полезны также при подготовке магистров, обучающихся по направлению 18.04.01. 
В пособии рассмотрены вопросы классификации оборудования, 
перечислены требования, предъявляемые к оборудованию, основное 
внимание уделено вопросам надежности аппаратов и технологических 
линий, конструкции смесителей и материалам для изготовления оборудования, их разрушению и способам защиты конструкций от коррозии. В заключительном разделе изложены методы исследования коррозионной стойкости металлических конструкционных материалов и 
оценки эффективности защиты металлов от коррозии.  

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ОБОРУДОВАНИЮ 

Список неорганических веществ, выпускаемых сегодня промышленностью, огромен. Можно сказать, что он бесконечен. Технологии их получения сложны, разнообразны и состоят из большого 
числа операций, для выполнения которых используют различное оборудование. Любой технологический процесс имеет собственное аппаратурное оформление, производство качественных материалов и веществ с заданными характеристиками и в требуемом количестве возможно лишь при правильном подборе аппаратов. 
Аппараты для получения неорганических веществ и материалов 
очень разнообразны, они различаются по назначению, конструкции, 
масштабам производства, выполняются из различных конструкционных материалов. Но любое оборудование должно удовлетворять определенным требованиям, основные из которых приводятся в данном 
разделе. Аппараты должны быть механически надежными, обладать 
высокими эксплуатационными характеристиками, быть конструктивно 
совершенными, безопасными, унифицированными и экологичными. 
Механическая надежность. Механическая надежность оборудования характеризуется такими понятиями, как прочность, долговечность, герметичность аппарата.  
Прочность – это способность материалов или конструкций выдерживать механические нагрузки без деформаций и разрушения. При 
проектировании оборудования необходимо выполнять расчеты на 
прочность наиболее ответственных узлов и деталей конструкции по 
известным нормативным методикам. 
Долговечность – это срок эксплуатации оборудования. Различают действительную долговечность и расчетную. Расчетная долговечность – величина условная, она задается отраслью и используется 
при расчете амортизации, для многих видов химического оборудования составляет 10–12 лет. Действительная – реальный срок службы 
аппарата. На практике действительная долговечность превышает расчетную. 
Герметичность – это способность аппарата работать без потери 
вещества, находящегося в любом агрегатном состоянии. Особенно 
важным это требование становится при эксплуатации оборудования, 
в котором перерабатываются агрессивные, токсичные, летучие, пожа

ро- и взрывоопасные вещества. Герметичность связана с требованиями 
безопасности и экологичности оборудования.  
Высокие эксплуатационные характеристики. К эксплуатационным характеристикам оборудования относятся большая мощность аппарата, высокая производительность и КПД – коэффициент полезного 
действия, низкое энергопотребление, значительная поверхность теплои массообмена и другие, причем эти показатели должны повышаться 
не за счет увеличения габаритных размеров оборудования, а за счет 
проектирования и производства более совершенных конструкций.  
Конструктивное совершенство. Конструктивное совершенство 
определяется технологичностью, эксплуатационными достоинствами, 
ремонтопригодностью, безопасностью, транспортабельностью аппарата.  
Высокая технологичность аппарата определяется простотой его 
изготовления на машиностроительных заводах-изготовителях, а эксплуатационные достоинства – простотой его обслуживания при эксплуатации на химическом предприятии. 
Ремонтопригодность оборудования подразумевает возможность устранения неполадок, возникающих в процессе его работы, замены отказавших узлов и деталей, проведения ремонта, а транспортабельность – возможность его перевозки от предприятия-изготовителя до места его эксплуатации, соответствие нормативам перевозки 
грузов по габаритам, массе и другим показателям. 
Безопасность оборудования призвана гарантировать соблюдение Федерального закона «О промышленной безопасности опасных 
производственных объектов» и сохранность здоровья обслуживающего персонала в процессе его эксплуатации. 
Унификация подразумевает максимально возможное использование при проектировании оборудования унифицированных узлов и 
деталей, руководство нормативными документами, регламентирующими типы, параметры и основные размеры химической аппаратуры. 
Например, разработаны ГОСТы на детали конструкции реактора: 
– ГОСТ 6533-78 Днища эллиптические отбортованные стальные
для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры. 

– ГОСТ 12820-80 Фланцы стальные плоские. 
– ГОСТ 26296-84 Лапы опорные подвесных вертикальных сосу
дов и аппаратов. 
Некоторые конструкции, относящиеся к универсальному оборудованию, выпускаемые в большом количестве и используемые прак

тически во всех областях народного хозяйства, также изготавливаются 
в соответствии с ГОСТами, например: 

– ГОСТ 20680-2002 Аппараты с механическими перемешиваю
щими  устройствами. Общие технические условия. 
– ГОСТ 34347-2017 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. 

– ГОСТ Р 54805-2011 (ИСО 5199:2002) Насосы центробежные.

Технические требования. Класс II. 
Нормализованные и стандартизованные детали и конструкции 
прошли многократные и длительные испытания, гарантированно являются самыми надежными и расчетами не проверяются. 
Экологичность. Это требование к оборудованию, которое гарантирует соблюдение Закона «Об охране окружающей среды» при производстве аппарата и в процессе его эксплуатации. Экологичность 
взаимосвязана с надежностью оборудования и его безопасностью.  
Критериями, характеризующими степень совершенства оборудования, являются технико-экономические показатели, такие как: 
– удельная производительность, количество продукта получаемого с 1 м2 или 1 кг массы оборудования за единицу времени (1 ч); 
– стоимость аппарата, единовременные вложения на его приобретение; 
– расходы на содержание и эксплуатацию, включающие амортизационные отчисления, затраты на текущий и капитальный ремонт, 
замену малоценных или изношенных деталей и приспособлений, платежи по страхованию оборудования и другие расходы. Чаще бывает 
выгодно приобрести более дорогое оборудование, чем нести огромные 
расходы на содержание и эксплуатацию дешевого аппарата.  
Универсальным и наиболее объективным критерием является 
себестоимость продукта, для производства которого предназначено 
оборудование. При сравнении более совершенным является аппарат 
(или технологическая линия), при использовании которого получают 
продукцию с меньшей себестоимостью. 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ  ОБОРУДОВАНИЯ

Существует много вариантов классификации химического оборудования. В их основе лежат различные признаки. 
По принципу действия все оборудование можно разделить на 
две большие группы: машины и аппараты. К группе машин относится 
оборудование, которое предназначено для совершения работы и в котором происходит преобразование энергии в работу. К машинам могут 
быть отнесены, например, дробилки, насосы, компрессоры. К аппаратам относят оборудование, в котором совершаются химические превращения или физико-химические процессы. Например, к этой группе 
относят реакторы, кристаллизаторы, адсорберы, теплообменники, печи, сушилки и другие аппараты. На химических предприятиях используют как машины, так и аппараты, четкой границы между ними нет. 
Чаще аппаратами называют устройства, относящиеся к основному 
оборудованию, а машинами – устройства, относящиеся к вспомогательному оборудованию. 
На основное и вспомогательное оборудование разделяют по роли в технологическом процессе. Главные, основополагающие химические или физико-химические процессы, в результате которых образуются целевые продукты и полупродукты, осуществляют в аппаратах, 
относящихся к основному оборудованию. Их размеры, производительность, режим работы определяют весь технологический процесс. 
Их поломка или остановка также приводят к нарушению режима всего 
технологического процесса. К вспомогательному оборудованию 
обычно относят устройства, обеспечивающие работу основных аппаратов, их производительность не определяет производительность отделения или цеха. 
По режиму протекающих процессов оборудование делится на 
аппараты: 
– периодического действия;
– непрерывного действия.
По масштабам производства и областям применения аппаратов
их разделяют на три группы: 
– универсальные;
– специализированные;
– специальные.

Универсальное оборудование используется практически в любом производстве, не только химическом, и даже в быту, например 
насосы, трубопроводы, центрифуги, аппараты с перемешивающим 
устройством, дробилки и др. Выпускают такие конструкции заводыизготовители в большом количестве, заказываются они по каталогам. 
Специализированное оборудование по сравнению с универсальным распространено несколько в меньшем масштабе и используется в 
близких по типу процессах. Например, это кристаллизаторы, колонны, 
печи, сушилки. 
Специальное оборудование проектируется и создается для одного 
процесса и может быть названо единственным или уникальным, например колонна карбонизации в производстве соды, печь кипящего слоя  
для обжига серного колчедана в производстве серной кислоты, аппарат 
ИТН (использования тепла нейтрализации) в производстве аммонийной 
селитры, печи для варки стекломассы и некоторые другие. 
По назначению оборудование химических предприятий делится 
на следующие основные группы: 
– транспортное оборудование;
– смесители (реакторы);
– грануляторы, прессы, формовочные машины;
– дробильно-размольное оборудование;
– классификаторы;
– дозаторы (питатели);
– аппараты разделения неоднородных систем (для разделения
суспензий, для разделения и очистки газов); 
– термотехнологическое оборудование;
– машины для растаривания и упаковки.
К транспортному оборудованию предприятий относят машины
для перемещения и транспортирования жидких, газообразных и твердых веществ. Все транспортное оборудование по территориальному 
признаку подразделяют на две группы – внешнезаводской транспорт и 
внутризводской транспорт. По агрегатному состоянию транспортируемого вещества оно разделяется на транспорт для перемещения жидких, газообразных и твердых веществ. 
Внешнезаводской транспорт применяется для обеспечения 
предприятия сырьем, материалами, оборудованием, вывоза готового 
продукта, отходов, а также перевозки работников предприятия. Для 
этих целей используют железнодорожный, водный, автомобильный, 
конвейерный, трубопроводный транспорт.