Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Металлы и сплавы в пищевой промышленности. Методические указания
.pdf
Медь марок Ml, М3 (ГОСТ 859-78) используют в качестве конструкционного материала для изготовления теплообменной аппаратуры (выпарных аппаратов, теплообменников, конденсаторов, испарителей, змеевиков и т. п.).
В большинстве органических и минеральных кисло - уксусной,
молочной, лимонной, щавелевой, растворах серной и соляной кислот медные сплавы устойчивы. В щелочах, спиртах и растворах различных
солей медные сплавы также не подвергаются коррозии.
Рис. 3. Медь марки М1 (99,9 % Cu). Зерна меди и включения примесей
(Pb, Bi, O) (электрические провода, трубки теплообменников)
Рис. 4. Однофазная латунь марки Л68 (68 % Cu, 32 % Zn). Зерна
твердого раствора цинка в меди
При конструировании деталей и узлов технологического оборудования применяют латуни JI63, JI070-1, JI062-1 и др. Из латуни
конструируют детали теплообменной аппаратуры. При использовании
латуни для изготовления труб в аппаратах сахарной промышленности
необходим их обжиг при температуре 560 °С для повышения стойкости. Латунь Л062-1 предназначена для изготовления деталей, работающих при повышенных нагрузках и воздействии агрессивных сред,
11
например для ситовых поверхностей винодельческих прессов, а латунь
Л О 70-1 – для трубок конденсаторов.
В пищевой промышленности довольно широко используют
медноникелевые коррозионностойкие двойные сплавы меди с никелем
типа мельхиор и тройные сплавы Cu-Ni-Zn типа нейзильбер для изготовления лабораторного оборудования.
Двойные и более сложные никелевые сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, в среде
парового конденсата.
Влияние меди на организм человека
Медь разрешена к применению в кондитерском оборудовании,
но запрещена к применению в технологическом оборудовании молочных заводов.
Медь – это жизненно необходимый микроэлемент, большая
часть которого находится в печени, головном мозге, сердце, почках и
скелетных мышцах. Медь участвует в синтезе коллагена, повышает
всасывание железа и играет важную роль в выработке энергии. Рекомендуемые дозы и дефицит меди Рекомендуемая суточная потребность (RDA) в меди для подростков и взрослых составляет 900 микрограммов. Дефицит меди встречается редко, и обычно он вызван
генетическими нарушениями метаболизма меди или передозировкой
цинка и витамина С. Нехватка меди увеличивает риск инфекций и
остеопороза, приводит к нарушению неврологических функций и замедлению роста. Может также развиваться депигментация кожи и
волос. Неадекватное употребление меди может приводить к нейтропении – низкому уровню нейтрофильных лейкоцитов в крови. Это
клетки иммунной системы, которые должны бороться с бактериальными и грибковыми инфекциями. Тяжелый дефицит меди ассоциируется с низкой минеральной плотностью костей и риском остеопороза в пожилом возрасте. Для подтверждения этой связи и роли пищевых добавок с медью необходимо провести дополнительные исследования. Медь играет важную роль в поддержании функций коллагена и эластина – главных структурных компонентов нашего тела.
При нехватке меди эти компоненты будут терять свою прочность.
Марки меди
Обладая замечательными свойствами, медь, в то же время, как
конструкционный материал не удовлетворяет требованиям машиностроения, поэтому ее легируют, т.е. вводят в ее состав такие металлы,
12
как цинк, олово, алюминий, никель и др., за счет чего улучшаются ее
механические и технологические свойства. Наиболее широко используются латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.
Латунями называются сплавы меди с цинком. Различают двухкомпонентные латуни и специальные, в которые дополнительно введены другие легирующие элементы. Цинк повышает прочность и пластичность меди, но в определенных пределах содержания цинка.
Максимальной пластичностью обладает латунь, содержащая
40% цинка. Основная масса латуни идет на изготовление катанного
полуфабриката: полос, труб, проволоки и различных профилей. Латунь обрабатывается в холодном состоянии. Она дешевле меди. В обозначении марок латуней принята буквенно-цифровая система: первая
буква «Л» – означает «латунь», затем – перечень символов, входящих
в сплав компонентов, затем – их процентное содержание. Первая цифра указывает на содержание меди, остальные – на содержание других
легирующих элементов. Содержание цинка в обозначении марки не
указывается – для того чтобы его определить, необходимо от 100%
вычесть процентное содержание меди и других химических элементов, входящих в данную латунь. Например: томпак Л90 – это латунь,
содержащая 90% меди, остальное – цинк; латунь алюминиевая ЛА77-2
содержит 77% меди, 2% алюминия, остальное – цинк; латунь
ЛАНКМц75-22,5-0,5-0,5 содержит 75% меди, 2% алюминия, 2,5% никеля, 0, 5% кремния, 0,5% марганца, остальное – цинк.
По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью,
коррозионной стойкостью и упругостью. Они обрабатываются литьем,
давлением и резанием. По технологическому назначению их подразделяют на обрабатываемые давлением и литейные.
Бронзы (название произошло от королевства Бурунди в Италии, откуда в древности поставлялась медь в Европу) — сплав меди с
оловом, алюминием, бериллием, кремнием, свинцом, хромом и с другими элементами. Как и латуни, бронзы подразделяются на литейные
и деформируемые. Марка бронзы состоит из букв "Бр.", после них —
символы компонентов, затем их процентное содержание. Например,
Бр. А7бронза с содержанием алюминия 7 % (старые монеты),
Бр.ОЦС4-4-2 содержит 4, 4 и 2% олова, цинка и свинца.
Бронзы подразделяются на оловянистые — на основе олова и
безоловянистые — сплавы с другими металлами. Некоторые типы
бронз хорошо обрабатываются давлением и резанием. Бронзы применяются при изготовлении антифрикционных деталей (вкладышей
подшипников скольжения), арматуры, работающей в пресной воде,
13
жидком топливе и паре при температурах до 250 °С; используются в
Марки материалов
Назначение
Медь (ГОСТ 859-
78):
М1, М3
Перегонные аппараты (коньячный виноматериал, коньячный спирт) – многолетнее промышленное применение.
Чаши варочной аппаратуры
Сплавы медноцинковые (латуни),
обрабатываемые
давлением (ГОСТ
15527-79):
Л63, Л80, ЛС59-1,
Л63(проволока),
Л63, Л68, Л80, Л6,
ЛК80-3, ЛАЖ 60-1-1
Запорные клапаны к цистернам для перевозки
спирта (этилового и коньячного)
Матрицы для формования макаронных изделий.
Краны лабораторных резервуаров для хранения охлажденного молока.
Запорная арматура для вина, виноматериалов
и пива.
Сита для фильтрации диффузионного сока в
свеклосахарном производстве
Сита мезголовушек для очистки диффузионного сока, сита жомоотжимных прессов, цинтрифуг, утфелей 1, 2, 3 кристаллизации
Сетки к прессам в винодельческой промышленности
Вентили к железобетонным резервуарам для
вин
Детали насосов и машин, контактирующие с
виноматериалами (вино, суслов) менее 1 ч
химической и пищевой промышленности. Оловянистые бронзы хорошо льются и применяются в художественном литье.
Медно-никелевые сплавы маркируются буквой М, затем — по
легирующим элементам аналогично бронзам. Например, мельхиор
МНЖМц 30-08-1 содержит 30 % никеля, 0,8 % железа, 1 % марганца.
Он имеет высокую коррозионную стойкость, применяется для теплообменных аппаратов, работающих в морской воде, и для украшений.
Константан МНМц40-1,5 — имеет большое электрическое сопротивление и применяется в виде проволоки и лент в реостатах, электроизмерительных приборах.
Монель-металл НМЖМц29-2,5-1,5 — сплав на основе меди с
высоким содержанием никеля, отличается высокой коррозионной
стойкостью в агрессивных средах, широко применяется в судостроении, электротехнике и других отраслях промышленности.
Таблица 2
14
Достоинства и недостатки меди и ее сплавов
Медь ценится за свои отличные теплопроводные свойства.
А потому в медной посуде можно готовить сложные блюда на умеренном и слабом огне с таким же успехом, как вы бы готовили на
сильном. Варенье в медном тазу не пригорает, а ягодки остаются целыми. Овощи, приготовленные в вок-сковороде сохраняют больше
витаминов. Белки, взбитые в медной кастрюле, будут намного пышнее. Так же хорошо известны и бактерицидные свойства меди. Вода из
медной кружки считается действительно целебной. Ведь если посмотреть на состав комплекса витаминов, медь вы в них найдете обязательно. Все это можно занести в копилку со знаком плюс.
А теперь о недостатках. Главный из них — это свойство меди
окисляться. Окислы визуально видны и проступают зеленоватосерыми пятнами, а для здоровья действительно вредны. Потому в медной посуде без внутреннего покрытия нельзя готовить ничего кислого
и даже с кислинкой. Но современная медная посуда в большинстве
своем внутри содержит покрытие из пищевого олова и в такой готовить можно абсолютно все. К недостаткам так же можно отнести требовательность в уходе изделий из меди. Начищать придется вручную,
путь в посудомоечную машину заказан.
Титан и его сплавы
Титан обладает хорошей коррозионной стойкостью в средах
пищевых производств.
На основе титана и его сплавов освоено промышленное изготовление проката, фасонного литья, а также штамповка труб и т. п.
В продовольственном машиностроении применяют титан в виде листа и прутка следующих марок: ВТ 1-00, ВТ 1-0, ОТ4, ОТ4-1,
ВТ5-1, ВТбс, ВТ 14. ВТ 16, ВТ20 (ГОСТ 19807-75). Титан обладает
высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной
и морской воде и в некоторых минеральных, органических кислотах и
растворах щелочей. Пассивность титана часто объясняется окислением его поверхности до ТЮ2. Благодаря высокой коррозионной стойкости и механической прочности титан является хорошим конструкционным материалом в продовольственном машиностроении.
Титановые сплавы ВТ1-00, ВТ1-0, ОТ4 и ОТ4-1 используют
преимущественно для изготовления технологического оборудования.
Сварочные работы можно выполнять ручной аргоно-дуговой
сваркой, автоматической аргоно-дуговой сваркой неплавящимся электродом без присадочного и с присадочным материалом.
15
Для пищевой промышленности из титана и сплавов на его основе изготовляют наиболее ответственные детали и отдельные узлы
машин и аппаратов, которые подвергаются интенсивному коррозионному разрушению. Титановые сплавы можно применять для изготовления отстойников, выпарных аппаратов, ректификационных колонн,
сушилок, насосов, фильтров (рукавных и автоматических фильтрпрессов), вакуумиспарительных установок, емкостной аппаратуры,
реакторов и др.
а б
Рис.5. Двухфазная структура титанового сплава вт6
Технический прогресс в пищевой промышленности требует
применения новых конструкционных материалов для технологического оборудования, ускорении замены и модернизации морально устаревших машин и агрегатов.
Специфика продукции продовольственного машиностроения
тpe6yeт значительного количеств ныне остродефицитных материалов:
нержавеющих сталей, цветных металлов и др. Как правило, потребность в них удовлетворяется не полностью. Поэтому штшины и оборудование часто изготовляются из малолегированных сталей и других
материалов, которые в условиях воздействия агрессивных пищевых
сред имеют ограниченную долговечность. Это приводит к уменьшению эксплуатационной надежности оборудования, увеличению затрат
на ремонты.
Борьба с коррозией металлов в пищевой промышленности имеет свои особенности. Если незначительные количества ионов металла,
переходящие в агрессивную среду, не имеют существенного значения
для других производств, то для пищевой промышленности они совершенно недопустимы. Технология изготовления пищевых продуктов
16
представляет собой сложный биохимический процесс, определяющий
их качество. Поэтому высоки и санитарно-гигиенические требования к
материалу оборудования. Пренебрежение этими требованиями приводит к потерям ценных продуктов питания, ухудшению их качества.
Выбор материала представляет собой весьма важную проблему. В последние годы доказано, что материалом, отвечающим требованиям
пищевых производств, является титан.
Из зарубежной практики известны примеры длительной эксплуатации различного титанового оборудования и пищевой промышленности. Например, в США изготовляют котлы из титана, в которых
готовят рассолы, томатные продукты и соусы. Испытания показали,
что титан совсем не подвергается разрушению в пищевых средах. Из
него изготовляют также холодильники, использование которых дает
возможность уменьшить расход хладореагентов и применить повышенные давления.
Возможность применения титана в пищевом машиностроении
определена на заводах фирмы «Хейнц» (США). Предварительно было
испытано более трехсот марок различных сплавов из никеля и нержавеющей стали, но все они оказались нестойкими в производственных
растворах, содержащих хлористый натрий и уксусную кислоту, которые являются типичными для консервного производства. На основании этих испытаний были разработаны рекомендации по изготовлению основного оборудовании для переработки овощей.
В СССР значительный опыт по применению титана накоплен
винодельческой промышленностью. Работами Института титана и
Всесоюзного научно-исследовательского института виноделия и виноградарства «Магарач», Всесоюзного научно-исследовательского и
экспериментально-конструкторского института продовольственного
машиностроения определен перечень оборудования, подлежащего изготовлению из титана в первую очередь. Это центрифуги, емкости для
хранения, выдержки и тепловой обработки виноматериалов; мерные
цистерны; цистерны для перевозки готовой продукции; бочкотара;
различные установки и дозаторы, работающие со щелочами и кислотами; аппараты для обработки: продуктов холодом; аппараты для непрерывного производства хереса; фильтрующие элементы для различных фильтров; утилизационные установки; оборудование цехов переработки винограда; прессы и многое другое. Например, массовое применение титановой тары для транспортировки и хранения некоторых
видов продуктов оказалось целесообразным, так как снизился вес та-
17
ры, повысилась производительность погрузочно-разгрузочных работ,
сохранилось качество продукции, возросла долговечность тары,
уменьшились затраты ее на обслуживание и ремонт.
Большой объем промышленной продукции в виноделии занимает производство ценных продуктов из отходов. Производство виннокаменной кислоты характеризуется наличием агрессивных сред. На
основании данных по стойкости титана, полученных в свое время Институтом металлургии АН ГССР, изготовлен промышленный вакуумаппарат из титанового сплава марки АТЗ и установлен в цехе виннокаменной кислоты тбилисского производственного комбината «Самтрест». В результате промышленных испытаний аппарата и течение
ряда лет установлено отсутствие коррозии материала и образования
накипи. Это намного улучшает теплообмен и увеличивает в 3 раза
производительность по упариваемому раствору. Готовый продукт получается высокой концентрации, что не означает повторную кристаллизацию. Экономический эффект от эксплуатации только одного аппарата из титана вызывает положительные эмоции у экономистов.
Все производства пищевой промышленности характеризуются
громадным количеством жидких сред, которые необходимо транспортировать, перекачивать, фильтровать. Целесообразно поэтому применять комплект титанового оборудования: насосы, запорная арматура,
трубопроводы и фильтры. Так, например, титановые насосы ТН-70
успешно эксплуатируются на Новороссийской базе импортных виноматериалов, опытном заводе ВНИИВиВ «Магарач» и ряде других.
Применение этих насосов высокоэффективно. Вентили с условным
проходом 100 мм, изготовленные на заводе «Пензтяжпромарматура», с
1969 г. успешно эксплуатируются до настоящего времени на гидролизном заводе в г. Хорске Хабаровского края, Хакасском гидролизном
заводе, химическом заводе в г. Нарткала и др. Высокая стоимость титановой арматуры окупается увеличением срока ее службы, надежностью, инертностью материала.
Высокий уровень агрессивности среды встречаются в рыбоперерабатывающей отрасли. В рыбной промышленности широко внедряются плавучие рыбоперерабатывающие заводы, на которых рыбу
сразу же подвергают переработке. Все механизмы рыбообрабатывающих машин работают в непосредственном контакте с морской водой,
поэтому должны обладать необходимой коррозионной стойкостью.
В этом случае сплавы титана
18
В Институте титана совместно со специалистами Симферо-
польского института эфиромасличных культур разработана и изготовлена опытно-промышленная колонна из титанового сплава ВТ1-0 для
производства ирисового масла. Ранее применявшаяся сталь не удовлетворяла требованиям производства; показатель коррозии равнялся
6 баллам по ГОСТ 13819—68, что резко отражалось на качестве продукции.
Марки титана и сплавов
Наиболее распространенными марками титана являются
ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-00св. Титан указанных марок называется техническим. Данные марки не содержат в своем составе легирующие элементы, только незначительное количество примесей. Содержание титана
(Ti) в марке ВТ1-0 составляет приблизительно 99,24-99,7%, в ВТ1-00 –
99,58-99,9%, ВТ1-00св – 99,39-99,9%. Титан ВТ1-0, ВТ1-00 поставляется в виде листов, плит, прутков и труб. Проволока чаще всего используется для различных сварочных целей и производится из титана
ВТ1-00св.
В настоящее время известно довольно большое число серийных титановых сплавов, отличающихся по химическому составу, механическим и технологическим свойствам. Наиболее распространенные легирующие элементы в титановых сплавах: алюминий, ванадий,
молибден, марганец, хром, кремний, олово, цирконий, железо.
Титановый сплав ВТ5 содержит помимо титана 5% алюминия.
Он отличается более высокими прочностными свойствами по сравнению с титаном, но его технологичность невелика. Сплав куется, прокатывается, штампуется и хорошо сваривается. Из титана (сплава) ВТ5
получают титановые прутки (круги), проволоку и трубы, а также листы. Его применяют при изготовлении деталей, работающих при температуре до 400 °С.
Сплав титана ВТ5-1 помимо 5% алюминия содержит 2-3% олова. Олово улучшает его технологические свойства. Из титанового
сплава ВТ5-1 изготавливают все виды полуфабрикатов, получаемых
обработкой давлением: титановые плиты, а также листы, поковки,
штамповки, профили, титановые трубы и проволоку. Он предназначен
для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур: от криогенных (отрицательных) до + 450 °С.
Титановые сплавы ОТ4 и ОТ4-1 помимо титана содержат алюминий и марганец. Они обладают высокой технологической пластичностью (хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии) и
19
хорошо свариваются всеми видами сварки. Титан данных марок идет в
Марки мате-
риалов
Назначение
Титан и титановые сплавы, обрабатываемые
давлением
(ГОСТ
1980791):
ВТ5, ВТ6С,
ОТ4, ВТ1-0,
ВТ1-00, ВТ4,
ОТ4, ВТ5, ВТ10, ОТ4, ВТ1-0,
Детали машин, насосов, аппаратов, контейнеров и
цистерн для хранения и перевозки вина и коньячного спирта
Бочки для хранения томатной пасты
Детали машин, насосов, аппаратов, емкостей,
фляг, тележек, ковшей, используемых в контакте с
молочными , мясными, рыбными и крахмальнопаточными продуктами, температура которых не
выше 40°С
Детали угольных колонок в спиртово-водочной
промышленности.
основном на изготовление титановых листов и плит, лент и полос, а
также изготовляются титановые круги и прутки, поковки, профили и
трубы. Из титановых сплавов ОТ4 и ОТ4-1 изготовляют с применением сварки, штамповки и гибки детали, работающие до температуры
350 °С. Данные сплавы имеют недостатки: 1) сравнительно невысокая
прочность и жаропрочность; 2) большая склонность к водородной
хрупкости. В сплаве ПТ3В марганец заменяется ванадием.
Титановый сплав ВТ20 разрабатывали как более прочный листовой сплав по сравнению с ВТ5-1. Упрочнение сплава ВТ20 обусловлено его легированием, помимо алюминия, цирконием и небольшими
количествами молибдена и ванадия. Технологическая пластичность
сплава ВТ20 невысока из-за большого содержания алюминия. Однако
титан ВТ20 отличается высокой жаропрочностью. Он хорошо сваривается, прочность сварного соединения равна прочности основного
металла. Сплав предназначен для изготовления изделий, работающих
длительное время при температурах до 500 °С.
Титановый сплав ВТ3-1 относится к системе Ti – Al – Cr – Mo –
Fe – Si. Он обычно подвергается изотермическому отжигу. Такой отжиг обеспечивает наиболее высокую термическую стабильность и
максимальную пластичность. Сплав ВТ3-1 относится к числу наиболее
освоенных в производстве сплавов. Он предназначен для длительной
работы при 400 – 450 °С; это жаропрочный сплав с довольно высокой
длительной прочностью. Из него поставляют титановые прутки (титановые круги), профили, плиты, поковки, штамповки.
Таблица 3
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]