《环境工程设备材料》PPT课件.ppt

环境工程设备与设计 主讲教师：食品学院 张仲欣 电 话：64222390E-mail： 本课件使用说明 1、红颜色：标题； 蓝颜色：需记笔记的内容； 绿颜色：重点； 黑颜色：解释性材料； 棕颜色：重复前页的标题。 2、页面切换声：“咔嚓”； 页面上增加内容声：“铛”或“嗒嗒 ”。 教材： 普通高等教育“十一五”国家级规定教材 环境工程设备 金兆丰主编 化学工业出版社 主要参考书： 化工设备机械基础 董大勤主编 化学工业出版社 本课件使用说明 主要内容及学时安排 绪论 2学时 第1章 环境工程设备材料 8 学时 第2章 容器设计与制造 16 学时 第3章 管道与阀门 6 学时 第4章 机械传动与减速器 10 学时 第5章 环境工程设备设计实例 6 学时 本课程的学习方法 一、开设本课程的目的与意义 1.了解环境工程设备的相关知识，能认识 设备。 2.掌握环境工程设备的结构、原理、工作 过程、特点等，为设备的选型配套打基 础。 3.掌握环境工程设备设计的基础知识与方 法，为设备的设计与改造打基础。 二、本课程的学习方法 1.提倡记笔记，必须做作业。 2.期末考试：平时占30%，卷面占 70%。缺课4次（注意：不是旷课4 次）不得参加本课程的考试。 3.答疑时间：周二晚上8点-10点， 地点：2-231（ 2号楼2楼最西头）。 绪论 主要内容： 1.环境工程设备的定义和分类 2.机械类与容器类环保设备 3.标准化知识简介 4.环境工程设备的选用与设计原则 1.定义： 以控制环境污染为目的的设备，称为环 境保护设备或环保设备 v环境保护设备是水污染治理设备、空气污染 治理设备、固体废弃物处理设备、噪声与振 动控制设备、放射性与电磁波污染防护设备 的总称。 一、环境工程设备的定义与分类 按类别、亚类别、组别和型别四个层次进行分类。 （1）按类别：即按控制的污染物对象分类 水污染治理设备 空气污染治理设备 固体废弃物处理处置设备 噪声与振动控制设备 放射性与电磁波污染防护设备 2.分类： 2.分类： （2）按亚类别：即按环保设备的原理和用途分类 物理法 化学法 物理化学法 （3）按组别：即按功能原理分类 如用于分离的原理有： 沉淀 澄清 上浮 气浮 离心 磁分离 2.分类： （4）按型别分类：即按结构特性和工作方式 如气浮分离器的典型结构有： 溶气气浮 真空气浮 分散空气气浮 电解气浮 泡沫分离器 二、机械类与容器类环保设备 单体设备可分为机械类与容器类两种类型 机械类设备可分为通用设备与专用设备 容器类设备可分为常压容器、中低压容器、高压 容器等 常压：只承受容器内介质的静压 低压：介质工作压力1.6MPa 中压：介质工作压力为1.610MPa 高压：介质工作压力为10100MPa 容器类环境工程设备一般是指没有运动构件的设 备，主要是指设备的外壳。 三、标准化知识简介 1.标准化的发展历史：由统一性决定 2.标准化的主要作用：便于设计、生产、使用 3.标准化和标准的定义：大家都遵守的规则 4.标准的分类：国家、部门、行业、企业 5.标准的代号和编号：由名称、代号、编号、年份 组成。如钢制压力容器（ GB150-1998 ） 6.ISO9000和ISO14000：ISO为国际标准，9000为 质量标准，1400为环保标准 四、环境工程设备的选用与设计原则 1.成套设备与单体设备：成套设备满足工 艺要求，单体设备尽量选通用设备。 2.通用设备的选用原则：适用、先进、安 全、经济 3.专用设备的设计原则：满足工艺要求、 结构简单、成本低 环境工程设备与设计 第1章 环境工程设备材料 主要内容： 1.材料的基本性能 2.碳钢与铸铁 3.合金钢 4.有色金属及其合金 5.非金属材料与复合材料 6.材料的腐蚀与防腐 7.环境工程设备材料选择 环境工程设备与设计 第一节 材料的基本性能 主要包括：力学性能、物理性能、化学性能和 加工性能 一、力学性能 力学性能是指材料在外力作用下抵抗变形或 破坏的能力，如强度、硬度、弹性、塑性、 韧性等。这些性能是化工设备设计中材料选 择及计算时决定许用应力的依据。 环境工程设备与设计 一、力学性能 1. 强度 是指材料抗变形或断裂的能力 。 （1）材料拉伸时的应力应变曲线 应力：材料内部单位面积所受的力 应变：构件单位长度所产生的变形 应力的单位为MPa，即106N/m2 环境工程设备与设计 1.强度 材料拉伸时的应力应变曲线 材料拉伸试验： 试棒制备 材料拉伸过程演示 l0=10d0 l0= 5d0 一般d0=10mm 环境工程设备与设计 1.强度 材料拉伸时的应力应变曲线（画出） 环境工程设备与设计 1.强度 p比例极限 e弹性极限 s屈服极限（屈服点） b强度极限 E=tan()材料的弹性模量 在比例极限内，=E 环境工程设备与设计1. 强度 长期静载对强度的影响：蠕变极限n 交变载变载 荷对强度的影响：疲劳极限-1 交变载变载 荷大小用应力循环系数或应力比衡量， r= min/max 疲劳极限-1以106107次交变这材料不被破坏的应力 许用应力 不同的设计对应设计对应 不同的强度极限。 安全系数是对设备对设备 安全性的保护护，一般n=25。 环境工程设备与设计 2. 硬度 硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷 、刻划）的局部抵抗能力。 是弹性、强度与塑性的综合性能指标。 常用硬度表示方法： （1）布氏硬度(HB)：用于软质材料， 如低碳钢，HB200300 布氏硬度与抗拉强度的对应关系： 低碳钢 b=0.36 HB 高碳钢 b=0.34 HB 灰铸铁 b=0.1 HB （2）洛氏硬度(HRC、HRB)：用于硬质材料， 如高碳钢或合金钢，HRC4060 环境工程设备与设计 3. 塑性 延伸率 断面收缩率 化工设备材料一般要求5=1020% 其中p为断裂时的应变。L1和s1为断裂时的长度 和断面面积。 环境工程设备与设计 4.冲击韧性 冲击韧性k：使其破坏所消耗的功或吸收 的能除以试件的截面面积，即 低温容器所用钢板的k值 不得低于0.3MJ/m2 环境工程设备与设计 二、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。 三、化学性能 1. 耐腐蚀性 材料对周围介质侵蚀的抵抗能力 2. 抗氧化性 材料抵抗高温氧化的能力。 环境工程设备与设计 四、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 环境工程设备与设计第一节 材料的基本性能 【作业】 1.一个总重为700N的电机，用一个 M8吊环螺钉起吊。螺纹根部直径为 6.4mm，其截面上的应力有多大？ 2.一钢管，中径为D，厚度为，要 受F的拉力。已知断面上的许用应力 为。F允许多大？(圆环面积近似 用中径周长乘以厚度) 环境工程设备与设计第一节 材料的基本性能 【作业答案】 1.=22MPa 2.F=D 环境工程设备与设计 第二节 碳钢与铸铁 碳钢即“铁碳合金”是由95以上的铁和0.05 4的碳及1左右的杂质元素所组成的合 金。 一般含碳量0.022的称为钢； 大于2称为铸铁； 含碳量小于0.02的称为纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3的铸铁极脆。 后二者的工程应用价值都很小。 环境工程设备与设计 一、铁碳合金的组织结构 1.金属的组织与结构 组织：在金相显微 镜下看到的金属的 晶粒，简称组织。 环境工程设备与设计 结构：电子显微镜观察到金属原子各种规则排列， 称为金属的晶体结构，简称结构。 不同温度下纯铁面心立方晶格与体心立方如下： 体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者 的强度高于前者。 1.金属的组织与结构 环境工程设备与设计 铸铁中的碳一般以石墨的形式存在，有不同的组织 形貌。石墨在铸铁中的三种存在形式如下： 球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之；粗片状石 墨最差。 1.金属的组织与结构 环境工程设备与设计 2.纯铁的同素异构转变 体心立方晶格的纯铁称-Fe， 面心立方晶格的铁称为-Fe。 -Fe加热可变为-Fe， 反之高温下的-Fe冷却可变为-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象， 称“同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在910恒温下完成的。 在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。 环境工程设备与设计 3.碳钢的基本组织 碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和 混合物三种。 (固溶体：两种或两种以上的元素在固态 下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形 式的物体。) 这三种不同的存在形式，形成了不同的碳 钢组织。 环境工程设备与设计 （1）铁素体 碳溶解在-Fe中形成固溶体称铁素体。 -Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006），强度 和硬度低，但塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。 （2）奥氏体 碳溶解在-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 -Fe原子间隙较大，碳的溶解度比-Fe中大得多，如在 723时可溶解0.8，在1147时可达最大值2.06。 奥氏体组织是在-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥 氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。 3.碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （3）渗碳体 碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 熔点约1600，硬度高。 铁碳合金含碳量小于2时，其组织是在铁素 体中散布着渗碳体，是碳素钢。 含碳量大于2时，部分碳以石墨形式存在， 称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸 铁具有一定消震能力。 3.碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （4）珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间 ，即其强度、硬度比铁素体显著提 高；塑性、韧性比铁素体差，但比 渗碳体要好得多。 3.碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 （5）莱氏体 珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组 织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 （6）马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳在-Fe 中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎 不能承受冲击载荷。 3.碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 环境工程设备与设计 从铁碳合金状态图中可以看出：温度和 含碳量对钢铁组织影响的规律是： 温度由高到低：液体奥氏体珠光体 含碳量由低到高：铁素体渗碳体莱氏 体 即：不同含碳量的铁在不同的温度下有不 同的组织结构。 3.碳钢的基本组织 环境工程设备与设计 三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改 变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性 能，称为热处理。常用的热处理方法有： 环境工程设备与设计 1. 退火和正火 退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间， 随炉缓慢冷却。 目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便 于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 2. 淬火和回火 淬火：加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一 段时间，然后投入到淬火剂中冷却。 目的：淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨 性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。 三、钢的热处理 环境工程设备与设计 回火：是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工 艺。 目的：降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在150250范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体 有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量 具，要进行低温回火处理。 中温回火温度是300450。 有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。 轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。 高温回火温度为500680。 综合性能：强度、韧性、塑性等都较好 淬火高温回火习惯上称为“调质处理”。 用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。 2. 淬火和回火 环境工程设备与设计 时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后， 在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时 间而变化的过程。 时效处理可进一步消除内应力，稳定零件尺寸 ，它与回火作用相似。 2. 淬火和回火 环境工程设备与设计 3. 表面淬火 使零件表面层比心部具有更高的强度、硬度、耐磨 性和疲劳强度，而心部则具有一定的韧性。 4. 化学热处理 有渗碳、渗氮(氮化)、渗铬、渗硅、渗铝、氰化(碳 与氮共渗)等。 渗碳、氰化可提高零件的硬度和耐磨性； 渗铝可提高耐热、抗氧化性； 氮化与渗铬的零件，表面比较硬，可显著提高耐磨 和耐腐蚀性； 渗硅可提高耐酸性等。 三、钢的热处理 环境工程设备与设计 四、碳钢 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响 碳钢中的杂质元素有： 硫、磷、锰、硅、氧、氮、氢等 （1）硫：有害元素。FeS和 Fe形成低熔点(985) 化合物。钢材热加工11501200，过早熔化而导 致工件开裂，称为“热脆”。 高级优质钢：S0.02%0.03%； 优质钢：S0.03%0.045%； 普通钢：S0.055%0.7%。 环境工程设备与设计 （2）磷:有害元素。虽能使强度、硬度增高，但塑性、冲击韧 性显著降低。 特别是在低温时，使钢材显著变脆，称“冷脆”。 使冷加工 及焊接性变坏， 高级优质钢： P0.025%； 优质钢： P0.04%； 普通钢： P0.085%。 （3）锰:脱氧剂，有益元素。 MnS(1600) ，部分消除硫的有害作用。 锰具有很好的脱氧能力，与Fe成为Mn进入炉渣，从而改 善钢的品质，特别是可以降低脆性，提高强度和硬度。 在0.5%0.8%以下时，看成是常存杂质。 优质碳素结构钢中，正常含锰量是0.5%0.8%；高锰结构钢 可达0.7%1.2%。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响 环境工程设备与设计 （4）硅:脱氧剂。有益元素。 硅与FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去。 硅在钢中溶于铁素体内使强度、硬度增加，塑性、韧性降低。 镇静钢中的含硅量常在0.1%0.37%，沸腾钢中只含有0.03% 0.07%。 由于钢中硅含量一般不超过0.5%，对钢性能影响不大。 （5）氧：有害元素。 在炼钢末期要加入锰、硅、铁和铝进行脱氧，但不可能除尽。 FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使强度、塑性降低。尤其是对疲劳 强度、冲击韧性等有严重影响。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响 环境工程设备与设计 （6）氮 长时间放置或在200300加热，氮以氮化物的形式 析出，硬度、强度提高，塑性下降。 （7）氢 氢会使钢材出现氢脆、白点等缺陷。即在断面上出现 白色斑点，易断裂。 1. 常存杂质元素对钢材性能的影响 环境工程设备与设计 2. 分类与编号 按用途分：建筑及工程用钢、结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具 钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢） 按含碳量分：低碳钢、中碳钢和高碳钢 按脱氧方式分：镇静钢和沸腾钢 按品质分：普通钢、优质钢和高级优质钢 （1）普通碳素钢 编号：Q235-A，Q235屈服强度及数值（MPa） A质量等级，有A，B，C，D四级。 脱氧方法有F，b，Z，TZ。其中Z镇静钢，在编号中忽略 化工压力容器一般选用镇静钢。 普通碳素钢有 Q195、 Q215、 Q235、 Q255及 Q275五个钢种 。 环境工程设备与设计 （2）优质碳素钢 S0.03%0.045% ；P0.04% 08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、80等。即平均 含碳量为万分之几。45号钢中含碳量平均为0.45%(0.42% 0.50%)。 优质低碳钢（含C0.25%），如08、10、 15、20、25；塑性 好，焊接性能好，用于壳体、接管等。 优质中碳钢（含C量0.3%0.60%）,如30、35、40、45、50与 55； 45号钢，用于搅拌轴、齿轮等传动零件。 优质高碳钢（含C0.6%），如60、65、70、80。60、65钢主 要用来制造弹簧，70、80钢用来制造钢丝绳等。 2. 分类与编号 环境工程设备与设计 （3）高级优质钢 S0.02%0.03%； P0.025%，均0.03%。 它的表示方法是在优质钢号后面加一个A字，如20A 。 2. 分类与编号 环境工程设备与设计 品种：钢板、钢管、型钢、铸钢和锻钢 （1）钢板（压力容器用热扎厚钢板） 4mm6mm厚度间隔为0.5mm 6mm30mm厚度间隔为 lmm 30mm60mm厚度间隔为2mm 一般碳素钢板材料有 Q235-A、 Q235-AF 、08、10、15、20等。 3. 碳钢的品种及规格 但常用钢板厚度参见HG20581-1998 10%：高合金钢 按用途用途分： 合金结构钢合金结构钢 调质结构钢、表面硬化钢 低碳马氏体钢、非调质结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢: :不锈钢和耐热钢等 环境工程设备与设计 低合金钢的编号表示方法：12CrNi3。 12表示含碳量为万分之十二(或 0.12%)， Cr、Ni3所含的主要合金元素及其 含量，数字为百分数，含量1.5%时， 不标数字，如Cr 含量为0.4%，则不标数 字，Ni3表示镍含量为3%左右 。 一、分类与编号 环境工程设备与设计 二、合金元素对钢的影响 目前常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)， 硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀 土元素(Re)等。 1. 1. 铬铬 提高耐腐蚀性能和抗氧化性能。 含量达到13时，能使钢的耐腐蚀能力显著提高， 并增加钢的热强性。 提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨 性，但使塑性和韧性降低。 2. 2. 锰锰 提高强度和低温冲击韧性。 环境工程设备与设计 3. 3. 镍镍 提高淬透性，有很高的强度，而又保持良好 的塑性和韧性。 提高耐腐蚀性和低温冲击韧性。 镍基合金具有更高的热强性能。 镍被广泛应用于不锈耐酸钢和耐热钢中。 4.4.硅硅 提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等 介质的腐蚀性。 硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。 二、合金元素对钢的影响 环境工程设备与设计 5.5.铝铝 强脱氧剂，显著细化晶粒，提高冲击韧性，降低冷 脆性。 提高抗氧化性和耐热性，对抵抗H2S介质腐蚀有良好 作用。 价格便宜，在耐热钢中常以它来代替铬。 6.6.钼钼 提高高温强度、硬度、细化晶粒、防止回火脆性。 钼能抗氢腐蚀。 7.7.钒钒 在固溶体中提高高温强度，细化晶粒，提高淬透性 。 铬钢中加少量钒，在保持钢的强度情况下，能改善 钢的塑性。 二、合金元素对钢的影响 环境工程设备与设计 8. 8. 钛钛 强脱氧剂，可提高强度、细化晶粒，提高韧性，减 小铸锭缩孔和焊缝裂纹等倾向。 在不锈钢中稳定碳，防止晶间腐蚀， 提高耐热性。 9. 9. 稀土元素稀土元素 提高强度，改善塑性、低温脆性、耐腐蚀性及焊接 性能。 二、合金元素对钢的影响 环境工程设备与设计 三、可焊接的低合金高强度钢 碳含量通常小于0.25%。 有较高的屈服强度（3001000MPa）和屈强比（ s/b=0.650.95）， 较好的冷热加工性能、良好的焊接性能，较低的冷 脆倾向以及较好的抗大气、海水等腐蚀能力。 主要有高强度钢、低温钢和耐蚀钢 1. 1. 高强度钢高强度钢 350MPa强度级，典型牌号为16Mn； 400MPa强度级，典型牌号为14MnMoV 500MPa强度级，典型牌号为12MnNiCrMoVCu 环境工程设备与设计 2. 2. 低温钢低温钢 主要有09Mn2V(-70)、06MnNb(-90) 3. 3. 耐蚀钢耐蚀钢 10MnPNbRe钢耐海洋大气及海水腐蚀， 12MnAlV钢制造炼油厂耐高温硫化氢设备。 大型化工容器16MnR，质量比碳钢轻l/3； 与碳钢相比，用15MnV制造球形贮罐可节省钢材约45% 。 根据容器的具体操作条件(温度、压力)和制造加工( 卷板、焊接)要求选用。 三、可焊接的低合金高强度钢 环境工程设备与设计 四、专业用钢 锅炉用钢，压力容器用钢、焊接气瓶用钢等。 在钢号后分别加注g、R或HP等，如20g、 16MnR和15MnVHP等。 质地均匀、杂质量低，能满足某些力学性能的 特殊检验项目要求。 环境工程设备与设计 五、特殊性能钢 不锈钢、耐热钢和高温合金及低温用钢 1. 不锈钢 不锈耐热钢和不锈耐酸钢的统称。 编号： 1Cr18Ni9Ti，0Cr18Ni9 其中最前边的数字表示碳的千分含量，若小于千分之 一，也要标注0。 后边为所含的主要合金元素及其含量，数字为百分数 ，含量1.5%时，不标数字，如Cr 含量为18%左右 ， Ni含量为9%左右， Ti 含量1.5%，则不标数字 。 环境工程设备与设计 2. 耐热钢和高温合金 例如石油化工的乙烯裂解、氨的合成等，温 度往往达到1000以上。 300350即需选用耐热钢，一般耐热钢 工作温度都在700以下， 7001000用高温合金。 环境工程设备与设计 （1）耐热钢 Cr、 Al、 Si：铁素体形成元素，被高温气体氧化后生成一 种致密的氧化膜。 Ni、Mn：奥氏体形成元素， 提高高温强度和改善抗渗碳性 。 V、Nb、Ti：形成强碳化物，提高高温强度。 C和N：扩大和稳定奥氏体，提高高温强度。 B和Re：均为耐热钢中添加的微量元素，可以显著提高钢材 的抗氧化性，并改善其热塑性。 按特性和用途分为抗氧化钢（又称高温不起皮钢）和热强钢。 抗氧化钢指在高温下有较好的抗氧化性，并有适当的强度。 热强钢在高温下有较好的抗氧化性和耐腐蚀能力，且有较高 的强度。常用来做高温工作下的汽缸、螺栓及锅炉的过热器 等。 2. 耐热钢和高温合金 环境工程设备与设计 （2）高温合金高温合金 铁基合金、镍基合金、钴基合金。 铁基耐热合金工作温度在700以下，含有相 当高的铬、镍成分和其他强化元素。 镍基耐热合金是目前在700900范围内 使用得最广泛的一种高温合金。这类合金的 镍含量通常在50%以上。 钴基耐热合金的高温强度主要靠固溶强化获 得。钴价格昂贵，应用受到很大的限制，一 般在1000以上才用。 2. 耐热钢和高温合金 环境工程设备与设计 3. 低温用钢 深冷分离、空气分离等。 （温度-20） 目前国外低温设备用的钢材主要是以高铬镍 钢为主，也有使用镍钢、铜和铝等。 我国低温钢材系列主要有： 16MnDR、07MnNiCrMoVDR、15MnNiDR 、09Mn2VDR、09MnNiDR 环境工程设备与设计 第四节 有色金属及其合金 主要包括：铜 、铝、铅、铸造合金、轴承合金等。 一、铝及其合金 质轻，导电导热性好，易于加工。 铝不会产生火花，常用于制作含易挥发性介质的容器 ； 铝不会产生食物中毒，不污染物品，不改变物品颜 色，在食品工业中可代替不锈钢； 铝的导热性能好，适合于作换热设备。 环境工程设备与设计 1. 1. 纯铝纯铝 （1 1）高纯铝）高纯铝 抗硫腐蚀，可用于浓硝酸设备，如高压釜、槽车、贮槽、阀 门、泵。 （2）工业高纯铝 纯度高，可用于制造铝箔。 （3）工业纯铝 用于接触含硫物质但要求不高的设备，例如：反应器、热交 换器、深冷设备、塔器等。 一、铝及其合金 环境工程设备与设计 2. 2. 铝合金铝合金 是铝中加入合金元素而成，强度提高， 主要用于要求质轻而强度高的航空零件 。 化工上常用铸造铝合金，主要有： 铝硅合金：制造泵壳 铝铜合金：制造简单铸件 铝镁合金：力学性能高，耐腐蚀性能好， 但热强性低。多用于食品机械零件。 铝锌合金：制造复杂铸件和日用品。 一、铝及其合金 环境工程设备与设计 二、铜及其合金 导热导电性好，易于加工，色泽美观。 1. 1. 纯铜纯铜（紫铜）（紫铜） 低温时可保持较高的塑性和冲击韧性，用于制作深冷设 备和高压设备垫片； 耐稀硫酸、亚硫酸、稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢 氟酸及其它非氧化性酸等介质的腐蚀，对淡水、大气、 碱类溶液的耐蚀能力很好； 不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液。 环境工程设备与设计 2. 铜合金 是铜中加入合金元素而成，强度提 高。 主要有： 黄铜：铜与锌的合金称为黄铜 白铜：铜与镍的合金称为白铜 青铜：铜与锡的合金称为锡青铜； 铜与铝、硅、铅、铍、锰等组成的 合金称无锡青铜。 环境工程设备与设计 （1 1）黄铜）黄铜 铸造性能好，力学性能比纯铜高，耐蚀性能与纯铜相似， 在大气中耐腐蚀性比纯铜好，价格便宜，应用较广。 在黄铜中加入锡、铝、硅、锰等元素，形成特种黄铜。 锰、铝能提高强度；铝、锰和硅提高抗蚀性和减磨性；铝 能改善切削加工性。 常用的黄铜牌号有H80、H68、H62等，数字为含铜量。 H80：用于大气、淡水及海水中有较高耐腐蚀性、加工性 能优良，可作薄壁管和波纹管。 H68：塑性好，可在常温下冲压。 H62：在室温下塑性较差，但机械强度较高，易焊接，价 格低廉，可做深冷设备的筒体、管板、法兰及螺母等。 锡黄铜 HSn70-l含有1%的锡，能提高在海水中的耐蚀性。 称海军黄铜。 2. 铜合金 环境工程设备与设计 （2 2）白铜）白铜 镍含量低于50%的铜镍合金称为简单（普通）白铜 ，再加入锰、铁、锌或铝等元素的白铜称为复杂（ 特殊）白铜。 白铜是工业铜合金中耐腐蚀性能最优者，抗冲击腐 蚀、应力腐蚀性能亦良好，是海水冷凝管的理想材 料。 （3 3）青铜）青铜 锡青铜分铸造锡青铜和压力加工锡青铜。 锡青铜典型牌号 ZQSn70-1，有高强度和硬度，能 承受冲击载荷，耐磨性很好，具有优良的铸造性， 比纯铜耐腐蚀。 锡青铜用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门 、轴承、蜗轮、齿轮、旋塞等。 无锡青铜力学性能好。 2. 铜合金 环境工程设备与设计 三、钛及其合金 钛合金的密度小（4.507g/cm3）、强度高、 耐腐蚀性好、熔点高。 工业纯钛牌号有 TA0、TA2、TA3(编号愈 大、杂质含量愈多)。 纯钛加工性能良好；有良好的耐蚀性。钛也 是很好的耐热材料。 在钛中添加锰、铝或铬钼等元素，可获得性 能优良的钛合金。 环境工程设备与设计 四、镍及其合金 高强度和塑性，好的延伸性和可锻性。 好的耐腐蚀性，用于制造处理碱介质的 化工设备。 Ni-Cu合金中的蒙乃尔耐蚀合金应用最广 。蒙乃尔合金能在500时保持高的力学 性能，能在750以下抗氧化，在非氧化 性酸、盐和有机溶液中比纯镍、纯铜更 具耐蚀性。 环境工程设备与设计 五、铅及其合金 硬度低、强度小，不宜单独作为设备材料，只做设备的衬里。 热导率小，纯铅不耐磨，非常软。但在许多介质中，特别是在 硫酸中，铅具有很高的耐蚀性。 铅与锑合金称为硬铅，硬度、强度都比纯铅高，在硫酸中的稳 定性也比纯铅好。硬铅的主要牌号为 PbSb4、 PbSb6、 PbSb8和 PbSb10。 铅和硬铅在硫酸、化肥、化纤、农药、电器设备中可用来做加 料管、鼓泡器、耐酸泵和阀门等零件。 由于铅具有耐辐射，在工业上用作 X射线和g射线的防护材料。 铅合金的自润性、磨合性和减振性好，是良好的轴承合金。 铅合金还用于铅蓄电池极板、铸铁管口、电缆封头的铅封等。 环境工程设备与设计 第五节 非金属材料 既可用作结构材料，又能作设备的保护衬 里、涂层，还可做设备的密封材料、保温 材料和耐火材料。 非金属材料分为无机非金属材料（陶瓷、 搪瓷、岩石、玻璃等）和有机非金属材料 （塑料、涂料、橡胶等）及近年来发展的 复合材料（玻璃钢、不透性石墨等）。 环境工程设备与设计 一、无机非金属材料 1. 1. 陶瓷陶瓷 好的耐腐蚀性、耐热性和一定的机械强度。 导热性差，热膨胀系数较大，受碰击或温差急变而易破裂。 2. 2. 搪瓷搪瓷 由含硅量高的瓷釉通过900左右的高温煅烧，使瓷釉密着在 金属表面。 有优良的耐腐蚀性能、力学性能和电绝缘性能，但易碎裂。 热导率不到钢的1/4，热膨胀系数大。不能直接用火焰加热， 以免损坏搪瓷表面，可以用蒸汽或油浴缓慢加热。使用温度 为-30270。 环境工程设备与设计 3. 3. 辉绿岩铸石辉绿岩铸石 用辉绿岩熔融后制成，可制成板、砖等材料作设备衬里， 也可作管材。 铸石除对氢氟酸和熔融碱不耐腐蚀外，对各种酸、碱、盐 都具有良好的耐腐蚀性能。 4. 4. 玻璃玻璃 化工用的玻璃不是一般的钠钙玻璃，而是硼玻璃（耐热玻 璃）或高铝玻璃，它们有好的热稳定性和耐腐蚀性。 具有耐腐蚀性、清洁、透明、阻力小、价格低等特点，但 质脆、耐温度急变性差，不耐冲击和振动。 一、无机非金属材料 环境工程设备与设计 二、有机非金属材料 1. 1. 工程塑料工程塑料 是用高分子合成树脂为主要原料，加入添加剂以改善产品性 能。 热塑性材料遇热软化或熔融，冷却后又变硬，可反复多次。 主要有聚氯乙烯、聚乙烯等。 热固性塑料固化后不能用加热的方法使之再软化，如酚醛树 脂、氨基树脂等。 有良好的耐腐蚀性能、一定的机械强度、良好的加工性能和 电绝缘性能，价格较低。 环境工程设备与设计 （1 1）硬聚氯乙烯（）硬聚氯乙烯（PVCPVC）塑料塑料 使用温度-10+55。当温度在6090时，强度显著下降 。 （2 2）聚乙烯（）聚乙烯（PEPE）塑料塑料 在室温下，除硝酸外，对各种酸、碱、盐溶液均稳定，对氢 氟酸特别稳定。 （3 3）耐酸酚醛塑料（）耐酸酚醛塑料（PFPF） 使用温度为-30+130。这种塑料性质较脆、冲击韧性 较低。 （4 4）聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE）塑料）塑料 耐腐蚀性强。甚至超过贵重金属金和银，有塑料王