7.2 Підвищення корозійної стійкості обладнання

Напівфабрикати (рідкі дріжджі і затори для їхнього приготування, заквашені молочно-кислими бактеріями, житні закваски, житнє тісто, опара і тісто з пшеничного бо­рошна) є середовищами, в яких накопичуються продукти зброджування. Це — етиловий спирт, вуглекислий газ, мо­лочна, пропіонова, бурштинова, яблучна, винна, лимонна, мурашина, щавлева, оцтова та інші органічні кислоти, деякі альдегіди і складні жири. Основну роль відіграють молочна й оцтова кислоти, на яких припадає -90 % кислотності цих напівфабрикатів, що коливається від рН 6,0 до рН 4,2. Тому такі середовища є агресивними.

Досліджено корозійну стійкість деяких матеріалів у заквасці для житнього тіста за температури 22 °С та в борошняному кислому пшеничному заторі за температу­ри 54 °С, рН 3,5 (табл. 10.1).

Таблиця 10.1

Корозійна стійкість матеріалів у заквасці для житнього тіста

Матеріал	Втрати, г/(м2тод)	Матеріал	Втрати, г/(м2тод)
Сталь вуглецева Ст3 і СтО	0,2630	Алюміній А-00	0
Чавун сірий	0,2266	Алюміній А-1	0
Сталь XI7	0	Чавун з 17% Сг	0
Сталь 12Х18Н9Т	0	Фторопласт	0
Сталь 2Х18Н9Т+2%Мо	0	Лак ХС76	0

Результати випробувань показують, що вуглецеві сталі, сірий чавун, мідь і алюміній у кислому заторі нестійкі. Сталь Ст3 і сірий чавун забруднюють напівфабрикати продуктами корозії, тому в апаратурі хлібопекарського виробництва без захисних покриттів їх застосовувати не можна.

Етиловий спирт і його напівфабрикати (напівпродукти) є корозійно-активними середовищами відносно чорних металів.

Основним устаткуванням спиртового виробництва є брагоперегінні та ректифікаційні колони, які виго­товляються із сірого чавуну. Такі апарати внаслідок корозії вже через 2 роки виходять із ладу, а продукти корозії значно по­гіршують якість спирту. Корозії зазнає також обладнання дріжджового, бродильного та інших відділень спиртзаводів.

Досліджено стійкість деяких матеріалів у середовищах спиртового виробництва з рН 4,2...5,5, які перебували у рідкій і газоподібній фазах за температури 80... 100 °С. Випробовували луджену мідь, сталь СтЗ, іржостій­кі сталі (10X13, 10X17 і 12Х18Н9Т), алюміній А-00.

Кращою виявилася сталь 12Х18Н9Т, що не піддається міжкристалітній корозії, пластична, добре зварюється і утворює корозійностійкий зварний шов. У сталей 10X13 і 10X17 спостерігалася слабко виражена точкова корозія і, хо­ча вони дешевші, застосування їх обмежене через додаткові витрати на зварювання.

Алюміній і мідь менш стійкі, на них спостерігається рівномірна корозія. Алюміній і його сплави можна застосову­вати тільки для допоміжного обладнання, а для виготовлення ректифікаційних і брагоперегінних колон вони непридатні.

Мідь дефіцитна і, крім того, у брагоперегінних апара­тах іони міді діють токсично на дріжджі, надають розчинам спирту неприємного смаку і змінюють їхні властивості.

Чорні метали нестійкі й нерентабельні для виготовлен­ня основного устаткування. їх можна застосовувати тільки з використанням емалевих та інших захисних покриттів.

Сталь Ст3 виявилася занадто малостійкою. Навіть плакування її іржостійкою сталлю завтовшки 127... 140 мкм не дали позитивних результатів, оскільки вони були пористими і корозійне середовище проникало до основи, внаслідок чого вона інтенсивно руйнувалась. Сталь 12Х18Н9Т виявилася найстійкішою. Дещо меншу стійкість мала сталь 10X17Т. Добрі результати при випробуваннях в усіх середовищах по­казали емалеві покриття.

Встановлено, що вугле­цеві (сталь 10 і 20) та економнолеговані (12ХНФА, 30ХГСА) ста­лі піддаються у розчинах хлориду натрію інтенсивній корозії точково-виразкового характеру, починаючи з концентрації хлориду натрію 0,001 %, і непридатні для виготовлення фармацевтич­ного і мікробіологічного обладнання. У 3%-му, 20%-му і насиченому розчинах NаСІ температур кипіння і при 20 °С сталі 08X13, 12X13, Ст3, 15ХСНДД2Н17, 14Х17Н2 є нестійкими і зазна­ють інтенсивної точкової корозії. У 3%-му і 20%-му розчинах NаСІ за температури 20 °С добре протидіють корозії сталі 08Х22Н6Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, а у насиченому роз­чині NаСІ ці матеріали інтенсивно кородують. Корозійна стійкість металів залежить від концентрації хло­риду натрію і температури розчину. Сталь 12Х18Н10Т виявилася більш стійкою до пітингоутворення порівняно зі сталлю 08Х22Н6Т у 0,9%-му і 10%-му роз­чинах хлориду натрію, а у 2%-му розчині спостерігався про­тилежний результат. Отже, для виготовлення фармацевтичного і мікробіо­логічного обладнання, що працює у контакті з розчинами хло­риду натрію, можна використовувати сталі 12Х18Н10Т, 08Х22Н6Т і 08Х21Н6М2Т при веденні технологічних проце­сів за кімнатної температури і концентрації хлориду натрію до 10 %.

Титан і його сплави є одним із найбільш корозієстійких матеріалів в атмосферних умовах, у воді, лугах, розчинах ба­гатьох солей, у більшості органічних і неорганічних кисло­тах, їх висока корозійна стійкість пояснюється утворенням на поверхні захисних оксидних пасивувальних плівок, які досить міцні й самовідновлюються при порушенні їхньої цілісності. Проведені останнім часом дослідження показали можливість і доцільність застосування титану в харчовій промисловості.

Відомі приклади тривалої експлуатації різноманітного титанового харчового обладнання за кордоном. У США з ти­тану виготовляють котли для ропи, томатних продуктів, соу­сів, які не руйнуються в цих середовищах. Виготовляються також титанові холодильники, які дали можливість зменши­ти витрати холодоагентів і збільшити їх робочий тиск. У Японії з титанових сплавів виготовляють автоклави та інше обладнання для виробництва глютамінової кислоти. Листову сталь, плако­вану титаном, використовують для виготовлення колон реак­торів, теплообмінників, резервуарів тощо.

Застосування титанових сплавів марок АТ (АТЗ і АТ8) у виноробному, консервному і чайному виробництвах вияви­ло їхню достатню стійкість. Високу корозійну стійкість і бактерицидність показали титанові сплави марок АТ у молоці та молочних продуктах, які після контактування з титановими сплавами зберігали свою якість набагато довше, ніж у тарі зі скла або з іржостійкої сталі.

Для захисту обладнання від корозії застосовують такі найпоширеніші методи гальванічно­го і хімічного захисту обладнання: хромування захисне і захисно-декоративне; нікелювання захисне і захисно-деко­ративне; цинкування; кадмування; оксидування; фосфату­вання. Гальванічні покриття наносять на поверхні деталей осадженням металів із водних розчинів їхніх солей під дією постійного електричного струму. Хімічні покриття одержу­ють за рахунок взаємодії поверхневих шарів металів і сплавів з хімічними реагентами без застосування електричного стру­му від зовнішнього джерела.

Хромування забезпечує високу корозійну стійкість і широко використовується для захисту харчового обладнання від корозії. Товщина захисного хромового покриття до­сягає кількох десятків мікрометрів (мкм). Відомі хромові по­криття завтовшки 1 мм. Хромові покриття стійкі до дії сірководню, багатьох кис­лот і лугів, вологої атмосфери, тривалий час зберігають свій колір і блиск. Маючи вищий, ніж залізо, нормальний потен­ціал (-0,55 В), хром не забезпечує електрохімічного захисту чорних металів. Тому за наявності пористого шару хрому на деталях вони все ж піддаються корозії. Істотною вадою зви­чайних хромових покриттів є наявність у нанесеному шарі залишкових розтягальних напружень, які значно знижують міцність від утомленості сталевих деталей (з вуглецевих ста­лей на 25...40 %).

Нікелювання. Гальванічно-осаджений нікель добре про­тистоїть корозії в розчинах солей, лугів і органічних кислот. Мікротвердість нікелевого шару порівняно невелика і стано­вить близько 0,3 МПа. В атмосферних умовах за відсутності пор нікель добре захищає залізо від корозії, оскільки стосов­но нього є катодом. Останнім часом для захисту від корозії дедалі ширше застосовують хімічне нікелювання, якому можуть піддаватися майже всі метали, пластмаси, кераміка та скло. Технологія хімічного нікелювання значно простіша, ніж гальванічного. Отри­мані покриття містять 3... 10 % фосфору, а тому їх називають нікель-фосфорними. Для них характерні вищі антикорозійні властивості, ніж у гальванічних нікелевих покриттів.

Цинкування гальванічне застосовують для захисту де­талей із сталей і чавунів від атмосферної корозії. У парі залі­зо — цинк анодним покриттям є цинк, який захищає деталі від електролітичного розчинення. У сухій атмосфері цинкові покриття мають високу корозійну стійкість. У воді за темпе­ратури 65... 75 °С їхні захисні властивості різко знижуються, а на холоді вони стають крихкими. Цинк досить активний і легко реагує з неорганічними і органічними кислотами, лугами, сірчаними з'єднаннями і вологим вуглекислим газом.

Кадмування. Кадмій має більшу хімічну стійкість, ніж цинк. Він не розчиняється в лугах і повільніше реагує з кис­лотами. Значення нормальних потенціалів заліза і кадмію близькі, тому характер захисту кадмієвого покриття залежно від умов його експлуатації може бути електрохімічним, по­дібно до Zn, або механічним, аналогічно №. У морській воді та в умовах тропічного клімату кадмієве покриття забезпечує кращий корозійний захист, ніж цинкове. Електролітичний шар кадмію пластичний, тому його застосовують для захисту відповідальних різьбових і спряжених деталей. Проте солі кадмію отруйні й потребують обережності при нанесенні гальванічних покриттів.

Оксидування. При взаємодії з атмосферою поверхня ме­талевих деталей покривається тонкою плівкою оксидів, які не забезпечують належного захисту від корозії. Отримані штуч­ним способом оксидні плівки більшої товщини і щільності застосовують для захисту деталей, які працюють у полегше­них корозійних умовах. Ефективність застосування окси­дування зростає при подальшому насиченні оксидованих по­верхонь мастильними і лакофарбовими матеріалами.

Фосфатування — процес одержання на поверхні деталі плівки, що складається з нерозчинних солей фосфатної кис­лоти. Його застосовують для захисту від корозії деталей з чор­них металів, алюмінію, магнію, цинку та ін. Фосфатні плівки більш корозієстійкі, ніж оксидні, отримані хімічним оксидуванням у лужних розчинах. Недоліком фосфатування є те, що після нього метали і сплави наводнюються і підвищується крихкість деталей, а са­ма плівка також крихка і нестійка до стирання. Фосфатні покриття застосовують для захисту від атмосфер­ної корозії деталей, що не потребують декоративного оздоб­лення. У поєднанні з лакофарбовими матеріалами такі по­криття забезпечують високу стійкість у морській воді та мо­жуть експлуатуватись у тропічному кліматі.

Для надійного захисту металів і сплавів від дії повітря та агресивних середовищ лакофарбові покриття повинні утворювати на поверхнях деталей суцільні плівки і мати з ними добре зчеплення, характеризуватися механічною міц­ністю, стійкістю до температурних змін та змін сонячної радіації. За умовами експлуатації лакофарбові покриття поді­ляють на атмосферостійкі, стійкі в приміщенні, до впливу кис­лот, лугів, агресивних парів і газів, води, олив і бензину, тем­ператури та термоізоляційні.

Для захисту деталей від впли­ву агресивних середовищ застосовують хімічно стійкі покрит­тя. До них належать лаки ХСЛ-3; ХС-76; КФ-252; ХСЛ-76; емалі ЕП255; ПХВ та ін. їх наносять у кілька шарів.

Для захисту поверхонь деталей, які працюють за підвищених температур, використовують термостійкі покриття емалями ПФ-28, ГФ-820, ВЛ-725, К-2, КО-84 та ін.

Емальовані деталі мають високу корозійну стійкість у кислих і лужних розчинах, за високих температур та її коли­вань. Звичайні побутові емалі захищають метал від корозії до температури 500 °С, а жаростійкі — до 900... 1000 °С. Ема­люється переважно вуглецева сталь з вмістом вуглецю до 0,12 % або сірий чавун.

Пластмасами можна захищати різні матеріали: чорні й кольорові метали, бетон, кераміку, деревину та ін. Покриття наносять напилюванням (газополуменевим, вихровим, вібровихровим, струминним, в електростатичному полі), шла­куванням, намазуванням.

В арсеналі методів боротьби з корозійним руйнуванням основного і допоміжного обладнання харчових підприємств головне місце належить інгібіторам — протикорозійним до­бавкам до середовищ і захисних покриттів. Вони ефективні, універсальні й економічні. Створено інгібітори для кислих, лужних і нейтральних середовищ.