Системы технологий (стр. 13 из 29)

Решение. Определяют производительность одного аппарата АПН-10:

Аппараты в ремонте простаивают 18 дней в году, тогда коэффи циент полезного времени аппарата составит:

Требуемое число аппаратов будет равно:

пример 7. определить расход катализатора - оксида сурьмы /VI/, стабилизатора - ортофосфорной кислоты - при производстве полиэфирной нити - полиэтиленгликольтерефталата (лавсана) из этиленгликоля и терефталевой кислоты. Принять следующие исходные данные: масса терефталевой кислоты, идущей на этерифика-цию, составляет 75 т/сут; расход катализатора 0,09%; расход стабилизатора 0,025% от массы терефталевой кислоты.

Решение. На основе экспериментальных данных принимают потери катализатора равными 0,1%; стабилизатора - 0,2%. Тогда расход катализатора составит:

Пример 8. В производстве волокна из поливинилового спирта применяется серная кислота на стадии ацеталирования для нейтрализации образующегося ацетата натрия в прядильном растворе. Определить расход серной кислоты на 1 кг волокна, если концентрация серной кислоты в ацеталирующей ванне составляет 10%; унос волокном ацеталирующей ванны 25,0%; потери серной кислоты на другие процессы 0,5%.

Решение. Количество серной кислоты, которое уносится волокном, равно: 2,5x0,1 = 0,25 кг.

Общий расход серной кислоты составляет:

5.3 Контрольные задания к. практическим занятиям

1. Определить площадь поперечного сечения и условный диаметр вискозного волокна, если линейная плотность волокна 0,170 текс.

2. Чему равна линейная плотность волокна из вискозы, если площадь поперечного сечения нити равна 100 мкм2.

3. Определить прочность одиночной нити из волокна лавсан, если разрывное усилие нити 0,11 Н; площадь поперечного сечения 245 мкм2; плотность волокна 1380 кг/м3.

4. Какова прочность нити волокна лавсан, если разрывное усилие одиночной нити 9 гс, а линейная плотность волокна 0,31 текс.

5. Определить скорость выхода пленки из сушильной части целлофановой машины. При расчете использовать следующие данные: производительность машины 3000 кг/ сут; масса 1м2 целлофана 30 г, длина щели фильеры 2,0 м; коэффициент
поперечной усадки пленки 0,48; коэффициент, учитывающий
содержание глицерина в готовой пленке составляет 0,85.

6.Рассчитать производительность крутильной машины, если КПД использования машины 0,9; скорость питания машины 52 м/мин; длительность работы машины в сутки 20 ч; число крутильных мест в машине 200; линейная плотность нити IIтекс.

7. Сколько потребуется вискозы для получения 1,5 кг вискозной текстильной нити, если состав вискозы следующий: 8,2% а-целлюлозы: гидроксида натрия - 6,6%; серосодержащие вещества - 2,2%; вода - 83%. Потери при формировании нити составляют 1,0% «-целлюлозы. Готовое волокно имеет состав: 87% а-целлюлозы; воды - 12,2%, замасливателя - 0,'8%.

8. На полиамидирование в аппараты АПН-10 поступает 65 т/сут капролактама. Длительность процесса 25 ч, плотность расплава 1120 кг/м3. Сколько потребуется аппаратов для производства 55 т/сут волокна.

9. Определить расход катализатора и стабилизатора в производстве лавсана, если их потери равны соответственно 0,1 и 0,2%. Количество терефталевой кислоты, идущей на этерификацию 70 г/сутки; расход стабилизатора 0,025%; катализатора 0,09% от массы терефталевой кислоты.

10. Определить расход серной кислоты на производство 1 кг волокна из поливинилового спирта, если концентрация серной кислоты в ацеталирующей ванне составляет 12% масс, унос волокном ацеталируюшей смеси 23% масс, потери серной кислоты 1%, расход серной кислоты на другие процессы 0,4%.

6. МЕТАЛЛЫ, СПЛАВЫ

6.1 Свойства, методы обработки, испытание металлов, сплавов

Металлами называют непрозрачные кристаллические вещества, обладающие блеском, высокой тепло- и электропроводностью, способностью испускать электроны при нагревании, ковкостью, другими свойствами. Бее 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, /?-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.).

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 loj, то есть временным сопротивлением на разрыв. Тогда: