Раздел 2. Экспериментальная часть
2.1 Предмет и объекты исследований
Как показано выше, в связи с разработкой промышленных методов окисления
органических и неорганических соединений озоном становятся актуальными, а в
ряде случаев и определяющими, проблемы подбора коррозионностойких
конструкционных материалов для аппаратурного оформления процессов озонных
органических синтезов кислородсодержащих веществ. Для изготовления оборудования
необходимо применять доступные материалы, которые обеспечивали бы длительную и
безопасную эксплуатацию оборудования в химических производствах с применением
озона, где чаще всего технологические процессы протекают в чрезвычайно
коррозионноактивных средах, например, в уксуснокислых и сернокислотных
растворах. В этих системах наиболее часто рекомендуют применять
высоколегированные нержавеющие стали [85,86,89], сплавы [81,90], титан [95] и
другие конструкционные материалы. В месте с тем их коррозионные свойства в
озонируемых нейтральных, уксуснокислых и сернокислых растворах изучены мало.
Имеющиеся в литературе данные не позволяют даже на качественном уровне
предсказать коррозионное поведение материалов в конкретных реакционных
системах. В связи с этим в настоящей работе основным объектом исследований
явилась коррозионная устойчивость различных конструкционных материалов, в
частности алюминия АД0, сталей Ст3, 09Г2С, 08Х17Т, 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т, и
сплава 06ХН28МДТ, в кислых и нейтральных средах. В таблице 2.1 приведен
стандартный состав этих материалов.
Предметом исследований в данной работе являлось изучение коррозионного
поведения конструкционных материалов под влиянием озона, компонентов
реакционных масс и реальных реакционных систем синтеза пиридин–N–оксидов и
пиридинкарбоновых кислот в нейтральных рН 7 фосфатных буферах, 5%–ной уксусной
кислоте и 70%–ной серной кислоте.
Таблица 2.1
Химический состав конструкционных материалов.
№ п/п
Металл
Содержание элементов, %
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
Ti
Cu
8
10
2.
Al–АД0
0,025
0,30
0,1
0,02
3.
Ст.3
0,22
0,50
0,25
0,25
0,25
0,25
4.
09Г2С
0,12
1,7
0,65
0,30
0,25
0,02
0,15
5.
08Х17Т
0,08
0,80
0,80
0,56
17,95
0,76
0,23
6.
06ХН28МДТ
0,03
0,37
0,58
27,93
22,65
2,77
0,70
3,04
7.
08Х22Н6Т
0,05
0,37
0,74
5,84
21,99
0,19
0,48
8.
12Х18Н10Т
0,11
0,71
0,70
9,15
17,99
0,19
0,60
9.
10Х17Н13М2Т
0,90
1,92
0,80
13,50
16,99
2,50
0,70
0,20
Для решения основной задачи исследования – разработки рекомендаций по подбору
конструкционных материалов для реакторов озонных синтезов кислородсодержащих
производных пиридина – были поставлены и реализованы следующие задания:
изучить влияние озона, температуры, исходных (гомологов пиридина), конечных
продуктов озонных синтезов (кислородсодержащих производных пиридина) и
реакционных сред на коррозионные и электрохимические характеристики
конструкционных материалов в 5%–ных растворах уксусной кислоты, в нейтральных
растворах и в 70%–ной серной кислоте;
выяснить механизм влияния озона на катодные и анодные реакции металлов;
изучить адсорбционные характеристики гомологов пиридина, их N–оксидов и
протонированных форм, найти связь между ингибирующими свойствами и параметрами
электронного строения этих соединений;
определить основные коррозионные характеристики конструкционных материалов и их
сварных соединений (скорость коррозии и устойчивость к МКК) в реальных
реакционных средах синтезов N–оксидов пиридина, дипиколиновой кислоты и
никотиновых кислот.
Исследования проводились на образцах металлов, состав и механические свойства
которых соответствуют стандартам. Подготовка образцов, в том числе рабочих
электродов, проводилась по методикам описанным в разделах 2.4.1 и 2.4.2. В
исходном состоянии исследуемые конструкционные материалы, как показано нами в
последующих разделах, стойки к МКК.
2.2 Реакционные среды и условия проведения опыта
Исходными рабочими (фоновыми) растворами были 5%–ный раствор уксусной кислоты
(АсОН), стандартный фосфатный рН 6,86*
[* Далее обозначаемый как рН 7] буферный раствор [126] и 70%–ная серная
кислота. В работе изучалось влияние на конструкционные материалы фонового
раствора, добавок исходных веществ (гомологов пиридина), конечных продуктов
синтезов (гомологов пиридин–N–оксидов, дипиколиновой кислоты, никотиновых
кислот), озона, катализаторов – солей металлов переменной валентности и
реальных реакционных систем. В табл.2.2 приведены реакционные среды и условия
проведения опытов; опыты проводились как в условиях аэрирования
(барботирования) рабочих растворов воздухом, так и с подачей в раствор
озоно–воздушной смеси.
2.3 Описание лабораторной установки
Исследования проводились на установке, приведенной на рисунке 2.1. Установка
состоит из блока осушки воздуха, системы регулирования его расхода, озонатора с
блоком электропитания, электролитической ячейки, прибора для анализа озона в
газовой фазе.
Сжатый воздух под давлением 0,2–0,3МПа поступал в блок осушки (поз.1),
представляющий собой рессивер емкостью 50л, заполненный прокаленным силикагелем
марки КСМ. Содержимое рессивера менялось каждые 600 часов работы. Осушенный
воздух поступал далее на редуктор грубого регулирования расхода (поз.2), затем
– точного регулирования (поз.3). Контроль расхода
Таблица 2.2
Среды и условия проведения опытов
Состав рабочих растворов и реакционных систем, % масс.
Температура, 0С
Исследуемые материалы
(рабочие электроды)
5% АсОН
3–25
AД0, AД0(св. соед.) Ст.3, 09Г2С, 08Х17Т, 08Х17Т (св. соед.), 10Х17Н13М2Т
5% АсОН+ 5%г