Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Металлы и сплавы в пищевой промышленности. Методические указания
.pdf
ВТ1-0
Холодильные шкафы (ШХ-04)
Титан и титановые сплавы, обрабатываемые
давлением
(ГОСТ 19807-
91):
ВТ1-0, ОТ4,
ВТ5-1, ВТ16,
ВТ1-0
Варочные порядки, теплообменники и емкости
для тепловой обработки пива при 100°С в течение
3-4 ч.
Акратофоры, теплообменники и емкости для брожения вина при температуре 20-40°С в течение
3-4 ч.
Теплообменник проточного типа для пастеризации молока при 90-95°С с последующим его выдерживанием в течение 3-4 ч и стерилизацией при
135°С в течение 30 с.
Емкости для приготовления мясного бульона при
85-90°С и сахарного сиропа при 90-100°С.
Емкости и арматура (трубопроводы, насосы, вентили), предназначенные для приготовления молочнокислых продуктов (кефир, простокваша,
ацидофилин и др.) при условии контакта менее
1 ч; перечисленные сплавы недопустимы при использовании контакта более 1 ч.
Для деталей центробежных жидкостных сепараторов в крахмало-паточном и дрожжевом производстве
Для изготовления емкостей, предназначенных для
перевозки и хранения молочной кислоты
сы выпускаемых изделий;
повышенных температурах (250-500 °С) титановые сплавы по прочности превосходят высокопрочные сплавы алюминия и магния;
способностью титана образовывать на поверхности тонкие (5–15 мкм)
сплошные пленки оксида ТiO2, прочно связанные с массой металла;
Достоинства и недостатки титана
Достоинства:
- малая плотность (4500 кг/м3) способствует уменьшению мас-
- высокая механическая прочность. Стоит отметить, что при
- необычайно высокая коррозионная стойкость, обусловленная
21
- удельная прочность (отношение прочности и плотности) луч-
ших титановых сплавов достигает 30–35 и более, что почти вдвое пре-
вышает удельную прочность легированных сталей.
Недостатки:
- высокая стоимость производства, титан значительно дороже
железа, алюминия, меди, магния;
- активное взаимодействие при высоких температурах, особен-
но в жидком состоянии, со всеми газами, составляющими атмосферу, в
результате чего титан и его сплавы можно плавить лишь в вакууме или
в среде инертных газов;
- трудности вовлечения в производство титановых отходов;
- плохие антифрикционные свойства, обусловленные налипа-
нием титана на многие материалы; титан в паре с титаном вообще не
может работать на трение;
- высокая склонность титана и многих его сплавов к водород-
ной хрупкости и солевой коррозии;
- плохая обрабатываемость резанием, аналогичная обрабаты-
ваемости нержавеющих сталей аустенитного класса;
- большая химическая активность, склонность к росту зерна
при высокой температуре и фазовые превращения при сварочном цикле вызывают трудности при сварке титана.
Никель и его сплавы
Никель обладает высокой коррозионной стойкостью при повышенных температурах во многих органических средах, в том числе
в жирных кислотах, спиртах. Поэтому из никеля изготавливают аппаратуру для пищевой промышленности.
Особым свойством никеля является его устойчивость к щелочам всех концентраций и температур. Никель является лучшим материалом при изготовлении аппаратов для выпарки и плавления щелочей. Стойкость в этой среде он сообщает сплавам железо-никель.
Как конструкционный материал никель находит ограниченное
применение вследствие своей дефицитности и возможности замены
его нержавеющими сталями. Никель находит широкое применение в
качестве защитного гальванического покрытия и как компонент для
изготовления различных сплавов.
Высокой коррозионной стойкостью обладают сплавы никеля с
медью, молибденом и сплавы систем Ni-Mo-Cr и Ni-Cr-Fe.
22
Марки никеля и сплавов
Сплавы никеля с медью. Никель с медью дает непрерывный
ряд твердых растворов. Сплавы, содержащие менее 50 атом.% никеля,
по коррозионным характеристикам ближе к чистой меди, а при содержании Ni более 50 атом.% ближе к никелю.
Наиболее известен сплав монелъ-металл, содержащий 70 % Ni,
28 % Си и 1,5-2,5 % Fe. Он имеет повышенную коррозионную стойкость по сравнению с чистыми компонентами, входящими в его со
став. Сплавы этого типа обладают также высокими механическими и
технологическими свойствами, имеют большую прочность, хорошо
прокатываются, отливаются, обрабатываются давлением и резанием.
Монель-металл стоек в неокислительных неорганических кислотах при невысоких концентрациях, в растворе Н3РО4 высокой концентрации и в растворах плавиковой кислоты всех концентраций при
всех температурах при ограниченном доступе воздуха.
Сплав монель-К F6 % Ni, 29 % Сu, 0,9 % Fe, 2,75 % А1, 0,4 %
Мп, 0,5 Si, 0,15% С) отличен тем, что увеличивает свои прочностные
характеристики при старении.
Никель-медные сплавы применяют в аппаратах, работающих в
среде H2SO4, HC1, Н3РО4 и т.д. Сплав монель-К применяют для изготовления деталей, несущих значительную силовую нагрузку.
Сплавы никеля с молибденом носят названия хастеллоев. Они
представляют собой твердые растворы и обладают прочностью, пластичностью и химической стойкостью. В промышленности они представлены марками Н65М-ВИ (ЭП982-ВИ), Н70МФВ-ВИ (ЭП814АВИ), Хастеллой В-2, Nimofer S6928.
При содержании молибдена выше 15% никель-молибденовый
сплав стоек в растворах минеральных кислот. При содержании молибдена выше 20% коррозионная устойчивость сплавов особенно высока.
Сплав «Хастеллой В» (марка Н70МФ), содержит 70% Ni и 2529 % Мо. Он обладает устойчивостью в соляной и фосфорной кислотах всех концентраций при высокой температуре, в серной кислоте
при температуре кипения (при концентрации более 60% до 150°С), в
различных хлорпроизводных. Не стоек в окислительных средах.
Сплавы Ni-Mo хорошо обрабатываются, свариваются и ошлифовываются и являются ценным конструкционным материалом для
химических производств.
Сплавы никеля с хромом — нихромы — могут содержать до
35% хрома при условии сохранения пластичности .Они представлены
23
марками ХН58В (ЭП795), Nicrofer 6030 и имеют высокую стойкость в
растворах азотной кислоты в присутствии фтор-иона при высокой
температуре. Сплавы, содержащие 25-30% хрома, применяются для
изготовления толстой проволоки и лент.
Для получения очень пластичных нихромов, например, для
протяжки проволоки диаметром 0,01-0,30 мм, содержание хрома в
сплаве не должно превышать 20 %.
Никель-хромовые сплавы известны как жаростойкие материалы.
Одновременно они обладают коррозионной стойкостью и в агрессивных средах. Эти сплавы так же как и нержавеющие стали устойчивы в окислительных средах, например в азотной кислоте.
Нихромы нашли широкое применение как жаростойкий и
очень жаропрочный материал. Эти сплавы имеют аустенитную структуру и обладают высоким омическим сопротивлением.
Разновидностью нихромов являются сплавы типа нимоник.
Они применяются для конструкций, работающих при высоких нагрузках и температурах.
Применяется также хромистый сплав на никелевой основе под
названием инконель. Отличительной способностью инконеля является
сохранение высокой прочности и сопротивления ползучести при повышенных температурах. Этот сплав применяется для изготовления
химических аппаратов, работающих под давлением при высоких температурах.
Никель-хромомолибденовые сплавы (марки ХН65МВ,
ХН65МВУ, Хастеллой С-276, Хастеллой С-22, Nicrofer S5923hMo)
обладают высокой стойкостью в широкой гамме высоко агрессивных
сред: в растворах хлоридов меди (до 20%) и железа (до 35%); в растворах серной, фосфорной, уксусной и муравьиной кислот, загрязненных хлор- и фтор-ионами; в сухом хлоре, влажном хлористом водороде.
Никелевые сплавы характеризуются высокой стойкостью против общей и локальной коррозии, хорошо свариваются, технологичны
при изготовлении различных видов аппаратов. Применение материалов этой группы для сред с высокими параметрами агрессивности позволяет увеличить срок службы и надежность оборудования.
24
Достоинства и недостатки никеля
Хорошо известно, что никель и его соединения могут вызывать
у людей сильную аллергию. Так, по мнению европейских специалистов 15 % женщин и 5 % мужчин подвержены «никелевой» аллергии.
В связи с этим с января 2000 года в Европе запрещено продавать ювелирные изделия и бижутерию, содержащие более 0,05 % никеля, или
изделия, контакт с которыми приведет к тому, что 1 см2 кожи человека
будет соприкасаться с 0,05 мг никеля в течение недели. Это правило
распространяется на все страны, входящие в Европейское Сообщество
(ЕС) и на новых членов ЕС и касается не только бижутерии и ювелирных изделий, но и любых других вещей и изделий, содержащих вышеуказанное количество никеля.
Соответствующий закон как Директива Европейского Сообщества 76/769/ЕЕС, был подготовлен давно, но его применение задерживалось в течение многих лет из-за отсутствия соответствующих методов контроля таких малых количеств никеля.
В 1999 году были окончательно приняты три Постановления.
Первое - EN 810 касалось запрета на использование никеля в изделиях
«пирсинга», особенно популярного у молодежи. Второе – EN 1811
предназначено для ограничения применения изделий с вышеуказанным содержанием никеля, находящихся в «прямом и длительном контакте». Постановление EN 12472 относилось к изделиям, предназначенным к использованию в течение более двух лет. Был также разработан и утвержден метод анализа, который должен использоваться для
определения содержания никеля.
В России никаких запретов на применение никелевых покрытий не существует. Мало того, никелевые покрытия используются даже для медицинских инструментов. Вместе с тем, российским предприятиям, которые производят продукцию на экспорт, следует знать
эти европейские требования, чтобы вовремя суметь перестроиться и
адаптироваться к европейским стандартам.
Медицинский и законодательный (для Европы) аспект никелевой проблемы (основные положения из отчета международного
Никелевого института (Nickel Institute) по теме: «Никелевый аллергический контактный дерматит»)
• Многие химические вещества, включая никель, могут приво-
дить к аллергическому контактному дерматиту (ACD), вызывая у чув-
25
ствительных людей (sensitized individuals, сенсибилизированных) воспаление кожных покровов.
• Никель в любом виде – в твердом виде или в виде солей, рас-
творенных в человеческом поте – вызывает аллергический контактный
дерматит ACD. Этот процесс происходит при тесном и длительном
(prolonged) контакте изделия из никеля с кожей, когда коррозия никеля (его растворение в результате воздействия пота) приводит к образованию ионов никеля. Скорость образования ионов зависит от конкретного состава изделия, контактирующего с кожей. Бытовые контакты с
никелем в Европе – через никелированные замки на одежде «молния»
и крепления для пирсинга ушей дают сенсибилизацию населения на
уровне 5-15% для женщин и 0,5-1% для мужчин.
• Никелевая промышленность поддерживает такой законода-
тельный акт, как Никелевая директива Европейского союза (European
Union's Nickel Directive), запрещающая использование никельсодержащих изделий, которые при тесном и пролонгированном контакте с кожей приводят к растворению (solubilization) никеля со скоростью, превышающей 0,5 микрограмм на квадратный сантиметр в неделю (примечание: микрограмм это 10-6 г). При этом никелевая промышленность одобряет экспертное заключение врачей-дерматологов,
которые утверждают, что такой запрет неизбежно приведет к сокращению заболеваемости ACD среди всего населения до очень низкого
уровня.
• Не существует никаких оснований для запрета на использование никеля в потребительских товарах, если нет четких доказательств,
что такое использование создает риск для здоровья. Использование
никеля, например, при чеканке монет и в инструментальной промышленности не представляет риска для здоровья населения в целом, поскольку использование и монет и ручного инструмента не требует их
тесного и продолжительного контакта с кожей. Население США пользуется никелевой мелочью многие десятилетия, не обнаруживая при
этом никель-индуцированного контактного дерматита.
• Использование большинства нержавеющих стальных сплавов
в потребительских товарах не несет угрозы заболеванием ACD, поскольку большинство нержавеющих сталей не способны вызывать у
людей никелевую чувствительность. Кроме того, бытовые изделия из
них не вступают в контакт с кожей с требуемой интенсивностью и на
требуемое время.
26
• Никелевая промышленность играла и впредь будет играть активную роль в поддержке научных исследований по механизму никелевого дерматита ACD, в улучшении тестовых испытаний на чувствительность к никелю, а также в проведении исследований с целью снижения рисков для здоровья населения.
Биметаллы в пищевой промышленности
При плакировании происходит послойное соединение углеро-
дистой или низколегированной стали с другими металлами с получением двухслойного комбинированного материала - биметалла. Обычно
биметаллы получают методом прокатки. В качестве материала для
плакирования стали рядовых марок применяют коррозионностойкие
ферритные или аустенитные стали, а также алюминий, титан, медь.
Биметаллы являются не только заменителями однородных дорогостоящих материалов. Во многих случаях благодаря сочетанию
свойств своих компонентов они имеют более благоприятные показатели, чем однородные дорогостоящие материалы сами по себе.
Плакированные изделия отличаются более высокой прочностью. При использовании в качестве основного материала сталей с высоким пределом текучести может быть снижена масса изделий и получена дополнительная экономия по сравнению с требуемым количеством при изготовлении тех же изделий целиком из нержавеющих сталей.
Углеродистые и низколегированные стали с покрытиями из
коррозионностойких материалов типа 08Х17Т, 12Х18Н10Т,
10Х17Н13М2Т и других используют для изготовления деталей и узлов
установок перегонки рафинированного масла, цистерн для молочных
продуктов, аппаратов тепловой обработки мясопродуктов. Биметаллы
также применяют для изготовления резервуаров винодельческой и пивоваренной промышленности, оборудования для производства хлебопекарных и кормовых дрожжей, корпусов аппаратов в кондитерской и
сахарной промышленности.
Применение биметаллов в пищевой промышленности непрерывно расширяется, охватывая все новые отрасли продовольственного
машиностроения.
27
Экспериментальная часть
28
После просмотра микроструктур цветных металлов и сплавов под
микроскопом проведите анализ.
Выводы по работе
Сравните свойства цветных металлов.
Вопросы для самопроверки
1. Алюминий и его сплавы: применение в пищевой промышлен-
ности.
2. Медь и ее сплавы: применение в пищевой промышленности.
3. Титан и его сплавы: применение в пищевой промышленности.
4. Биметаллы в пищевой промышленности.
Вопрос для СРС
Проведите сравнительный анализ по применению цветных металлов в
пищевой промышленности.
Библиографический список
1. Лоуренс Б. Палевски, перевод Дарьи Михиной. Алюминий.
Что мы знаем о нём и чего не знаем?
2. http://npotitan.ru/spravka/primenenie-tittana/vpishevoy
3. http://docs.cntd.ru/document/1200068428
4. www. nickelallergy.org/index.cfm/ci_id/99/la_id/1.htm
28
Лабораторная работа 2
СТАЛИ И ЧУГУНЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Цель работы: изучить микроструктуры сталей и чугунов и их
свойства.
Задание:
1. Рассмотреть классификацию и принцип маркировки сталей и
чугунов.
2. Изучить микроструктуру сталей и чугунов.
3. На основании изученного материала дать исчерпывающий
ответ о разрешенных в пищевой промышленности сталей и чу-
гунов.
4. Сделать выводы по работе.
Приборы и материалы, инструменты: 3 металлографических
микроскопа; 3 комплекта набора микрошлифов (сталей и чугунов);
15 альбомов фотографий микроструктур.
Методика проведения лабораторной работы
Лабораторную работу выполняют после изучения сталей и чугунов, изучив структурные составляющие сплавов. На каждом рабочем месте имеется один металлографический микроскоп и набор микрошлифов. Структурные составляющие студент определяет по соответствующим диаграммам состояния сплавов. Получив комплект микроструктур, студент просматривает их под микроскопом, изучает микроструктуры и зарисовывает их в тетрадь.
Теоретические положения
Стали
Пищевая нержавеющая сталь, которую нередко в обиходе называют «пищевой нержавейкой», имеет специальный состав и свойства, что и обуславливает сферу ее применения.
Производство разнообразного оборудования и тары, контактирующих с продуктами питания, требует подбора специальных материалов, обладающих особыми характеристиками. В большинстве случаев санобработка, хранение, перевозка, приготовление пищевых продуктов осуществляются в условиях, которые способны негативно воздействовать на свойства материалов.
29
Даже обычная «нержавейка», славящаяся своими антикоррозионными возможностями, не всегда может противостоять химическим
процессам, имеющим отношение к обработке пищи. В подобных ситуациях проблема решается применением специальных пищевых нержавеющих сплавов. Именно они идеально подходят для производства
различного пищевого оборудования.
Такие сплавы отвечают повышенным требованиям (эстетическим, гигиеническим, токсикологическим) к материалам, которые допускается применять в сфере пищевой промышленности. Пищевая
«нержавейка» легко обслуживается, является экологически безопасной, износостойкой, не боится большинства агрессивных сред, а главное, она соответствует строгим нормам растворения в рабочих средах
тяжелых металлов.
Предприятия общественного питания и производители всевозможных продуктов для оснащения своих заведений и цехов используют нержавеющие трубы. Они также используются для выпуска технологических агрегатов, применяемых на всех стадиях процесса изготовления пищи – для измельчения и подготовки сырья, его тепловой
обработки, смешивания, сортировки и разделения, перевозки.
Какие нержавеющие сплавы можно считать пищевыми?
Под "нержавейкой" принято понимать широкую номенклатуру
высоколегированных сталей, которые имеют в своем составе достаточно большое содержание хрома (вплоть до 27 %). Именно этот элемент придает им антикоррозионные свойства за счет того, что при соприкосновении с агрессивной средой формирует на металлической
поверхности особую пленку. Такой защитный слой не дает металлу
ржаветь, так как содержит окислы нерастворимого плана.
Рис. 6. Структура стали.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]