Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Товар 1. Спеціальні матеріали, що розщеплюються: Плутоній-239, Уран-233
• А) Плутоній-239
• Загальна характеристика
• Використання
• Вимірювання та порівняння плутонію-239
• Методи застереження
• Б) Уран-233
• Загальна характеристика
• Хімічні та фізичні властивості
• Методи застереження
• Товар 2. Легована титаном дуплексна нержавіюча сталь
• Загальна характеристика
• Маркування
• Зовнішній вигляд та форма
• Методи застереження
• Товар 3. Виробничі потужності, які можуть бути використані для виробництва хімікатів або хімічної зброї
• Загальна характеристика
• Список використаних джерел

Товар 1. Спеціальні матеріали, що розщеплюються: Плутоній-239, Уран-233

А) Плутоній-239

Загальна характеристика

Загальний вигляд Pu-239

Pu-239 - єдиний відповідний ізотоп для збройового використання, інші ізотопи розглядаються тільки через їх шкідливу дію. Pu-239 має велику здатність до розсіювання і поглинання, і більше число нейтронів в розрахунку на одну поділку, і, відповідно, меншу критичну масу порівняно із Ураном.

Чистий Pu-239 має середню величину випуску нейтронів від спонтанного ділення приблизно 30 нейтронів / с * кг (~ 10 поділок / с * кг). Беручи до уваги критичну масу, 6 кг або менше, гарматна плутонієва бомба може бути створена при наявності виключно чистого плутонію-239. Крім того, через сильну альфа-радіоактивності частка включення легких елементів не повинна перевищувати декількох частинок до мільйона, для уникнення реакцій альфа частка - > n.

Відносно короткий час напіврозпаду Pu-239 (в порівнянні з U-235) має значне виділення енергії при радіоактивному розпаді. Pu-239 виробляє 1.92 Вт / кг. Це вище, ніж середня теплота обміну речовин у дорослої людини. Як наслідок, на дотик плутоній досить теплий. Якщо шматок плутонію добре теплоізолювати, він розігріється до температури понад 100° C за дві години і незабаром до точки переходу альфа в бета фазу. Такий розігрів представляє проблему для конструювання зброї з-за зміни обсягу, фазових переходів не стабілізованого плутонію. Питома активність плутонію-239 61.5 мілікюрі.

Використання

Металевий плутоній використовується в ядерній зброї і служить в якості ядерного палива. Оксиди плутонію використовуються як енергетичне джерело для космічної техніки і знаходять своє застосування в ТВЕЛах. Плутоній використовується в елементах живлення космічних апаратів. Ядра плутонію-239 здібні до ланцюгової ядерної реакції при впливі на них нейтронів, тому цей ізотоп можна використовувати як джерело атомної енергії (енергія, що звільняється при розщепленні 1 г 239Pu, еквівалентна теплоту, що виділяється при згорянні 4000 кг вугілля). Більш часте використання плутонію-239 в ядерних бомбах обумовлено тим, що плутоній займає менший обсяг у сфері (де розташоване ядро бомби), отже можна виграти у вибуховій силі бомби за рахунок цієї властивості. Ядро плутонію при ядерній реакції випускає в середньому близько 2,895 нейтрона проти 2,452 нейтрона в урану-235. Однак витрати на виробництво плутонію приблизно в шість разів більше порівняно з ураном-235.

Вимірювання та порівняння плутонію-239

Коли ядро плутонію-239 ділиться нейтронами на два осколки приблизно рівної маси, виділяється близько 200 МеВ енергії. Це в 50 млн разів більше енергії, що звільняється в найвідомішій екзотермічної реакції C + O2 = CO2. "Сгорая" в ядерному реакторі, грам плутонію дає 2 107 ккал. Щоб не порушувати традиції (а в популярних статтях енергію ядерного пального прийнято вимірювати позасистемними одиницями - тоннами вугілля, бензину, тринітротолуолу і т.д.), помітимо і ми: це енергія, укладена в 4 т вугілля. А в звичайний наперсток поміщається кількість плутонію, енергетично еквівалентну сорока вагонів хороших березових дров.

Така ж енергія виділяється і при розподілі нейтронами ядер урану-235. Але основну масу природного урану (99,3%) Становить ізотоп 238U, який можна використовувати, лише перетворивши уран на плутоній.

Методи застереження

Позначення токсичності Плутонію-239

Всі хімічні елементи в тій чи іншій мірі токсичні, якщо їх концентрація в організмі перевищує встановлені норми. Наприклад, деякі лантаноїди церієвої групи можуть знаходиться в молоці, крові і кістках тварин, а інші в люпині, цукрових буряках, чорниці, різних водоростях та ін. Знаходження цих елементів у живих організмах пояснюється в першу чергу стабільністю їх ізотопів, у той час як у актиноїдів ситуація зовсім інша. Всі ізотопи цієї групи в тій чи іншій мірі, в тому числі плутонію, радіоактивні. З цього випливає, що знаходження елементів цієї групи в живих організмах виключено. Дана властивість пояснюється їх радіоактивністю: б, в і г-випромінювання згубно впливає на все живе, руйнуючи клітини організму.

Всі з'єднання одного елемента даної групи - плутонію - є отруйними. Дані властивості виявляються як наслідок б-випромінювання, так як часто доводиться працювати з б-активними ізотопами (наприклад, 239Pu). Альфа-частинки являють серйозну небезпеку в тому випадку, якщо їх джерело знаходиться в тілі зараженого. При цьому вони пошкоджують навколишні елемент тканини організму. Хоча плутоній здатний випромінювати г-промені і нейтрони, які можуть проникати в тіло зовні, їх рівень занадто малий для того, щоб заподіяти шкоду здоров'ю. Різні ізотопи плутонію мають різною токсичністю, наприклад типовий реакторний плутоній в 8-10 разів більш токсична чистого 239Pu, тому що в ньому переважають нукліди 240Pu, який є потужним джерелом альфа-випромінювання.

Плутоній самий радіотоксичністю елемент з усіх актиноїдів, проте вважається зовсім не найнебезпечнішим елементом. Якщо прийняти радіологічну токсичність 238U за одиницю, цей же показник для плутонію і деяких інших елементів утворює ряд:

235U (1,6) - 239Pu (5,0 Ч 104) - 241Am (3,2 Ч 106) - 90Sr (4,8 Ч 106) - 226Ra (3,0 Ч 107), з якого випливає висновок, що радій майже в тисячу разів небезпечніше самого отруйного ізотопу плутонію - 239Pu.

При надходженні елементи разом з водою і їжею плутоній менш отруйний, ніж такі речовини як кофеїн, ацетамінофен, деякі вітаміни, псевдоефедрин і безліч рослин і грибів. Він трохи менш шкідливий етилового спирту, але шкідливіше тютюну і всіх заборонених наркотиків. З хімічної точки зору він отруйний так само як свинець. З точки зору інгаляції плутоній - це рядовий токсин (приблизно відповідає парам ртуті). За всю історію ядерної індустрії достовірно відомо про один випадок загибелі людини від плутонію, а смерті через плутонію, що потрапив в організм людини через легені або шлунок, до цих пір жодного разу не трапилося (при цьому в рахунок не беруться дані про загибель 26 громадян США, які загинули від передозування, а також 18 добровольців, які піддавалися вивченню темпів виведення плутонію з організму).

При інгаляції плутоній має канцерогенні властивості і здатний викликати рак легенів. Проте слід пам'ятати, що при потраплянні з їжею 14C і 40K набагато канцерогенні. Тим не менш, плутоній токсичний, тому що має властивість концентруватися в кровотворних ділянках кісток і може викликати захворювання через багато років після його потрапляння.

Альфа-частинки мають відносно малою проникаючою здатністю: для 239Pu пробіг б-частинок в повітрі становить 3,7 см, а в м'якій біологічній тканині 43 мкм. У сукупності з високою повною іонізацією (1,47 Ч 107 пар іонів на одну б-частинку) невелика величина пробігу зумовлює значну величину щільності іонізації; а чим вище її щільність, тим вище вплив на організм. У зв'язку з тим, що б-випромінювання призводить до незворотних змін в скелеті, печінці, селезінці та нирках, всі ізотопи елемента відносять до групи елементів з особливо високою радіотоксичністю (група A токсичності). Ці зміни важко діагностувати, вони не виявляються настільки швидко, що можна констатувати про знаходження елемента в організмі.

Плутоній схильний до утворення аерозолів. Хоча плутоній і є металом, він дуже леткий. Наприклад, варто пронести його зразок по кімнаті, як допустимий вміст елемента буде перевищено. Тому в процесі дихання він схильний проникати в легені і бронхи. Значущі два типи впливу: гостре і хронічне отруєння. Якщо рівень опромінення досить високий, тканини можуть страждати гострим отруєнням і токсичний вплив проявляється дуже швидко. Якщо рівень опромінення малий, то утворюється нагромаджуються канцерогенний ефект.

Потрапило кількість елемента визначається коефіцієнтом всмоктування, складовим K = 1 Ч 10-3. Для біологічно пов'язаного елемента коефіцієнт вище: K = 1 Ч 10-2, причому коефіцієнт всмоктування зростає в 10-100 разів для дітей у порівнянні до дорослих. Плутоній може попадати в організм через рани і садна, шляхом вдихання або заковтування. Проте найбільш небезпечним шляхом потрапляння в організм є поглинання з легких.

Що потрапив в легені плутоній частково осідає на поверхні легенів, частково переходить в кров, а потім в лімфовузли і кістковий мозок. Приблизно 60% потрапляє в кісткову тканину, 30% в печінку і 10% виводиться природним шляхом. Кількість потрапив в організм плутонію залежить від величини аерозольних часток і розчинності в крові.

Плутоній дуже погано всмоктується через шлунково-кишковий тракт. Плутоній у чотирьохвалентному стані протягом декількох діб на 70-80% відкладається в печінці людини і на 10-15% в кісткових тканинах. Що потрапив в організм елемент менш отруйний, ніж такі відомі отрути як ціанід або стрихнін. Поглинання всього 0,5 г плутонію призвело б до смерті за кілька днів або тижнів за рахунок гострого опромінення травної системи (для ціаніду це значення становить 0,1 г). Вдихання 0,1 г плутонію у вигляді частинок оптимального розміру для утримання в легенях призведе до смерті через набряк легенів за 1-10 днів. Вдихання 0,2 г призведе до смерті від фіброзу за один місяць. Для набагато менших величин, що потрапили в організм, виникає високий ризик появи хронічного канцерогенного ефекту.

Найімовірнішою формою потрапляння плутонію в організм є його практично не розчинна у воді оксид. Він застосовується на АЕС у якості джерела електроенергії. Отже, плутоній, через нерозчинність його оксиду, має великі показники напіввиведення з організму.

У природі Плутоній найчастіше знаходиться в чотирьохвалентного стані, який за своїми хімічними властивостями нагадує тривалентне залізо. Якщо він проникає в систему кровообігу, то з великою ймовірністю почне концентруватися в тканинах, що містять залізо: кістковий мозок, печінка, селезінка. Організм плутає плутоній з залізом, отже білок трансферину забирає плутоній замість заліза, в результаті чого зупиняється перенесення кисню в організмі. Мікрофаги розтягують плутоній по лімфовузлів. Якщо 0,14 г розмістяться в кістках дорослої людини, то ризик погіршення імунітету буде дуже великий і через кілька років може розвинутися рак. Проведені дослідження елемента на токсичність показали, що для людини вагою 70 кг смертельна доза становить 0,22 г.

Що потрапив в організм плутоній виводиться з нього дуже довго - впродовж 50 років з організму виведеться всього 80%. Період біологічного напіввиведення з кісткової тканини становить 80-100 років. Виходить, що його концентрація в кістках практично постійна. Період напіввиведення з печінки становить 40 років. Максимально безпечним значенням кількості плутонію в організмі для 239Pu становить 0,047 мкКі що еквівалентно 0,0075 г. Молоко виводить плутоній в 2-10 разів активніше води.

Б) Уран-233

Загальна характеристика

Загальний вигляд Урану

Уран - дуже важкий, сріблясто-білий глянцеватий метал. У чистому вигляді він трохи м'якше стали, ковкий, гнучкий, має невеликі парамагнітними властивостями. Уран має три алотропні форми: альфа (призматична, стабільна до 667,7° C), бета (чотирикутна, стабільна від 667,7° C до 774,8° C), гамма (з об'ємно центрованої кубічної структурою, яка існує від 774, 8° C до точки плавлення).

Уран може проявляти ступені окислення від + III до + VI. Сполуки урану (III) утворюють нестійкі розчини червоного кольору і є сильними відновниками:

4UCl3 + 2H2O > 3UCl4 + UO2 + H2 ^

плутоній уран легована сталь

Сполуки урану (IV) є найбільш стійкими і утворюють водні розчини зеленого кольору.

Сполуки урану (V) нестійкі і легко диспропорціонують у водному розчині:

2UO2Cl > UO2Cl2 + UO2

Хімічно уран дуже активний метал. Швидко окислюючись на повітрі, він покривається райдужною плівкою оксиду. Дрібний порошок урану самозаймається на повітрі, він запалюється при температурі 150-175° C, утворюючи U3O8. При 1000° C уран з'єднується з азотом, утворюючи жовтий нітрид урану. Вода здатна роз'їдати метал, повільно при низькій температурі, і швидко при високій, а також при дрібному подрібненні порошку урану. Уран розчиняється в соляній, азотної та інших кислотах, утворюючи чотирьохвалентних солі, зате не взаємодіє з лугами. Уран витісняє водень з неорганічних кислот і сольових розчинів таких металів, як ртуть, срібло, мідь, олово, платина і золото. При сильному струшуванні металеві частинки урану починають світитися. Уран має чотири ступені окислення - III-VI.

Шестивалентний з'єднання включають в себе триокис урану (окис уранілу) UO3 і хлорид уранілу (уранілхлорід) UO2Cl2. Тетрахлорид урану UCl4 і діоксид урану UO2 - приклади чотирьохвалентного урану. Речовини, що містять чотиривалентний уран, звичайно нестабільні і звертаються в шестивалентний при тривалому перебуванні на повітрі. Уранілові солі, такі як уранілхлорід, розпадаються в присутності яскравого світла або органіки.

Хімічні та фізичні властивості

Уран дуже важкий, сріблясто-білий глянцеватий метал. У чистому вигляді він трохи м'якше стали, ковкий, гнучкий, має невеликі парамагнітними властивостями. Уран має три алотропні форми: альфа (призматична, стабільна до 667.7° C), бета (чотирикутна, стабільна від 667.7 до 774.8° C), гамма (з об'ємно центрованої кубічної структурою, яка існує від 774.8° C до точки плавлення), в яких уран найбільш податливий і зручний для обробки. Альфа-фаза - дуже примітний тип призматичної структури, що складається з хвилястих шарів атомів у надзвичайно асиметричної призматичної решітці.

Така анізотропна структура ускладнює сплав урану з іншими металами. Тільки молібден і ніобій можуть створювати з ураном твердофазні сплави. Правда, металевий уран може вступати у взаємодію з багатьма сплавами, створюючи інтерметалічні поєднання.

Основні фізичні властивості урану:

температура плавлення 1132.2° C (+ / - 0.8);

температура кипіння 3818° C;

щільність 18.95 (в альфа-фазі);

питома теплоємність 6.65 кал / моль /° C (25 C);

міцність на розрив 450 МПа.

Хімічно уран дуже активний метал. Швидко окислюючись на повітрі, він покривається райдужною плівкою оксиду. Дрібний порошок урану самозаймається на повітрі, він запалюється при температурі 150-175° C, утворюючи U3O8. При 1000° C уран з'єднується з азотом, утворюючи жовтий нітрид урану. Вода здатна роз'їдати метал, повільно при низькій температурі, і швидко при високій. Уран розчиняється в соляній, азотної та інших кислотах, утворюючи чотирьохвалентні солі, зате не взаємодіє з лугами. Уран витісняє водень з неорганічних кислот і сольових розчинів таких металів як ртуть, срібло, мідь, олово, платина і золото. При сильному струшуванні металеві частинки урану починають світитися.

Уран має чотири ступені окислення - III-VI. Шестивалентний з'єднання включають в себе триокис уранілу UO3 і уранілхлорід урану UO2Cl2. Тетрахлорид урану UCl4 і діоксид урану UO2 - приклади чотирьохвалентного урану. Речовини, що містять уран чотиривалентний зазвичай нестабільні і звертаються в шестивалентний при тривалому перебуванні на повітрі. Уранілові солі, такі як уранілхлорід розпадаються в присутності яскравого світла або органіки U-233 і U-232.

Цей ізотоп урану з періодом напіврозпаду 162 000 років не зустрічається в природі. Його можна отримати з торію-232, опроміненням нейтронами, на зразок виробництва плутонію:

Th232 + n - > Th233

Th233 - > (22.2 м, бета-розпад) - > Pa233

Pa233 - > (27.0 днів, бета-розпад) - > U233

Поряд з цим, може протікати двостадійна побічна реакція, що вінчає освітою U232:

Th232 + n - > T231 + 2n

Th231 - > (25.5 ч, бета-розпад) - > Pa231

Pa231 + n - > Pa232

Pa232 - > (1.31 днів, бета-розпад) - > U232

Накопичення U-232 неминуче при виробництві U-233. Це аналогічно накопиченню крім Pu-239 інших ізотопів плутонію, тільки в набагато меншому ступені. Перша реакція циклу вимагає нейтронів з енергією не менше 6 МеВ. Такими енергіями має дуже невелику кількість нейтронів поділу і якщо зона відтворення торію знаходиться в такій частині реактора, де вона опромінюється помірно швидкими нейтронами (~ 500 кеВ) ця реакція може бути практично виключена. Друга реакція (з Th-230) чудово йде і з тепловими нейтронами. Звідси зниження освіти U-232 вимагає завантаження торію з мінімальною концентрацією Th-230.

Вищеописані запобіжні заходи ведуть до вмісту в збройовому U-233 U-232 в кількості 5 частин на мільйон (0.0005%). У комерційному ядерному паливному циклі зосередження U-232 не являє собою великої нестачі, навіть бажано, оскільки це знижує можливість поширення урану для збройових цілей. Для економії палива, після його переробки і повторного використання рівень U-232 досягає 0.1-0.2%. У спеціально спроектованих системах цей ізотоп накопичується в концентраціях 0.5-1%.

Протягом перших кількох років після виробництва U-233, що містить U-232, Th-228 зберігається на постійному рівні, перебуваючи в рівновазі з власним розпадом. У цьому періоді фонове значення гамма-випромінювання встановлюється і стабілізується. Таким чином, перші кілька років вироблена маса U-233 може випускати значне гамма-випромінювання. Десятикілограмову сфера U-233 збройової чистоти (5 мільйонних часток U-232) створює фон 11 мілібер / год на відстані 1 м через 1 місяць після виробництва, 110 мілібер / год через рік, 200 мілібер / год через 2 роки. Звичайна камера з рукавичками, використовувана для складання ядер бомб, швидко створює труднощі з безпекою для співробітників. Щорічна гранична доза в 5 бер перевищується вже через 25 годин роботи з таким матеріалом. Навіть свіжий U-233 (1 місяць з дня виготовлення) обмежує час складання десятьма годинами на тиждень.

У повністю зібраному зброю рівень радіації може знижуватися поглинанням корпусом заряду. У сучасних полегшених пристроях зниження не перевищує 10 разів, створюючи проблеми з безпекою. У більш великовагових зарядах поглинання багато більш сильне - в 100 - 1000 разів. Рефлектор з берилію збільшує рівень нейтронного фону:

Be9 + гамма-квант - > Be8 + нейтрон

Гамма-промені U-232 утворюють характерну сигнатуру, їх можна виявити і відстежити пересування та наявність атомного заряду.

Уранова руда

Вироблений по торієвого циклу спеціально денатурований U-233 (0.5 - 1.0% U-232), створює ще більшу небезпеку. Така ж 10-кілограмовий сфера, як описана вище, тільки виготовлена з такого матеріалу, на відстані 1 м через 1 місяць створює фон 11 бер / год, 110 бер / год через рік і 200 бер / год через 2 роки. Обробка і виготовлення такого урану йде тільки в спеціальних боксах, із застосуванням механічних маніпуляторів (вони використовуються при створенні тепловиділяючих зборок для атомних станцій). Якщо спробувати зробити атомну бомбу з цієї речовини, навіть при скороченні випромінювання в 1000 разів, безпосередній контакт з таким виробом обмежується 25 годинами на рік. Таким чином, наявність помітної частки U-232 в речовині що діляться робить його вкрай незручним для військового застосування.

Короткий період напіврозпаду у U-232 робить його дуже активним джерелом альфа-частинок. U-233 з 1% U-232 має в три рази сильнішу альфа-радіоактивність, ніж збройовий плутоній і, відповідно, більшу радіотоксичність. Ця альфа-активність викликає народження нейтронів в легенях елементах заряду, представляючи навіть більш серйозну проблему, ніж реакція берилію з гамма-квантами. Для мінімізації цієї проблеми присутність таких елементів як берилій, бор, фтор, літій має бути якомога меншим. Наявність нейтронного фону абсолютно не впливає на імплозіонні системи, так як він все одно менше, ніж у плутонію. Для гарматних проектів необхідний рівень чистоти за легким матеріалами - одна частина до мільйона. Хоча така очищення урану нетривіальне завдання, вона не виходить за рамки стандартних хімічних методів очищення. Це демонструють хоча б можливості електронної промисловості з виготовлення кремнію навіть більш високої чистоти.

U-233 має інтенсивність спонтанного поділу 0.47 поділок / с * кг. U-233 має інтенсивність спонтанного поділу 720 поділок / с * кг. Питома радіоактивність U-233 9.636 мілікюрі / г, даючи альфа-активність (і радіотоксичність) приблизно 15% від плутонію. Всього 1% U-232 збільшує радіоактивність до 212 мілікюрі / м.

Незважаючи на брак у вигляді сильної гамма-і нейтронної радіоактивності, U-233 - прекрасний ділиться матеріал для ядра створення атомної бомби. Він має меншу критичною масою, ніж U-235 і його ядерні характеристики подібні з плутонієм. США виробляли випробування зарядів на основі U-233 в операції Teapot в 1957 році. Індія надає великого значення U-233 як частини дослідження і виробництва зброї та офіційно включила виробництво ізотопу в свою ядерну програму.

Методи застереження

Уран і його сполуки токсичні. Особливо небезпечні аерозолі урану та його сполук. Для аерозолів розчинних у воді сполук урану ГДК в повітрі 0,015 мг / м і, для нерозчинних форм урану ГДК 0,075 мг / м і. При попаданні в організм уран діє на всі органи, будучи загальноклітинні отрутою. Уран практично необоротно, як і багато інші важкі метали, зв'язується з білками, перш за все, з сульфідними групами амінокислот, порушуючи їх функцію. Молекулярний механізм дії урану пов'язаний з його здатністю пригнічувати активність ферментів. В першу чергу уражаються нирки (з'являються білок і цукор в сечі, олігурія). При хронічній інтоксикації можливі порушення кровотворення і нервової системи.

Отже, можна зробити висновок, що матеріали, які розщеплюються, а саме Плутоній-239, Уран-233 є токсичними сполуками, які є небезпечними для життя людини та навколишнього середовища, тому потрібно знати особливості поводження із даними токсичними речовинами.

Товар 2. Легована титаном дуплексна нержавіюча сталь

Загальна характеристика

Легомвана сталь, або спеціальна сталь - сталь, яка містить добавки інших металів з метою надання їй тих чи інших властивостей. Як легуючі елементи найчастіше застосовують хром, нікель, манган, силіцій, вольфрам, молібден і ванадій, значно рідше - кобальт, титан, берилій та інші метали. У більшості випадків легуючі елементи додаються в незначних кількостях - десяті частки відсотка, але деякі з них - від декількох до 10-15% і навіть більше. Назви легованих сталей походять від назв легуючих елементів.

Головна мета легування переважної більшості сталей - підвищення міцності за рахунок розчинення легуючих елементів у фериті та аустеніті, утворення карбідів та збільшення прогартовуваності. Крім того, легуючі елементи можуть підвищувати стійкість проти корозії, теплостійкість, жаростійкість (окалиностійкість), жароміцність та ін. Такі елементи як хром, марганець, молібден, вольфрам, ванадій, титан утворюють карбіди, а нікель, кремній, мідь, алюміній карбідів не утворюють. Марганець та нікель знижують критичні точки А₁ і А₃, а решта - підвищують. Крім того, легуючі елементи зменшують критичну швидкість охолодження при гартуванні, що необхідно враховувати при призначенні режимів гартування (температури нагрівання та середовища для охолодження). При значній кількості легуючих елементів може суттєво змінитись структура, що приводить до утворення нових структурних класів в порівнянні з вуглецевими сталями.

За приклад високолегованих сталей може служити вольфрамо-хромо-ванадієва сталь із вмістом 18% W, 4% Cr і 1% V. Цю сталь називають швидкоpізальною, оскільки з неї виробляють різальні інструменти. Особливістю цієї сталі є те, що вона не втрачає своєї твердості і міцності навіть при 600°C.

Хромо-нікелева сталь із вмістом 18% Cr і 8% Ni в атмосфері повітря не піддається корозії. Цю сталь називають нержавіючою. З неї роблять нержавіючі ножі, ложки, виделки тощо.

Знання хімічного складу, структури і впливу легуючих елементів дозволяє об'єктивно оцінити експлуатаційні властивості сталей, їх раціональне застосування і призначити необхідну термічну обробку.

Маркування

Леговані сталі маркують за допомогою літер і цифр. Легуючі елементи позначаються літерами: Н - нікель, Х - хром, К - кобальт, М - молібден, Г - марганець, Д - мідь, Р - бор, Б - ніобій, С - кремній, В - вольфрам, Т - титан, Ф - ванадій, П - фосфор, А - азот.

Перші дві або три цифри на початку марки показують середній вміст вуглецю в сотих частках відсотка, а якщо одна цифра - то в десятих частках. Цифри, які стоять після літер показують середній вміст легуючого елемента, що позначається цією літерою в відсотках. Якщо вуглецю або легуючого елемента міститься близько 1%, то цифри не ставляться. Буква А на кінці марки позначає, що дана сталь належить до високоякісних.

Наприклад:

· сталь 35Х2ГСА має 0,35% вуглецю, 2% хрому, 1% марганцю, 1% кремнію. А - означає, що ця сталь високоякісна;

· сталь 110Г13 містить 1,10% вуглецю, 13% марганцю;

· сталь ХВ5 має 1% вуглецю, 1% хрому, 5% вольфраму;

· сталь 9ХС містить 0,9% вуглецю, 1% хрому, 1% кремнію.

Приклад маркування

У високовуглецевих інструментальних сталях цифри, які показують вміст вуглецю, взагалі опускаються, наприклад марка Х12М означає сталь з вмістом 1,5…1,7%С, 12% хрому і 0,5% молібдену. Деякі леговані сталі виділені в окремі групи і позначаються буквами: Ш - шарикопідшипникові, Р - швидкорізальні, Е - для постійних магнітів.

Зовнішній вигляд та форма

Зовнішній вигляд легованої титаном дуплексної нержавіючої сталі

Може мати форму:

Зливки металу чи стрічок, які мають розмір 100мм або більше в кожному вимірі;

Листа, завдовжки 600мм або більше, завширшки 3мм або менше;

Труби, із зовнішнім діаметром 600мм або більше і товщиною стінки 3мм або більше.

Методи застереження

Даний вид сталі не є шкідливим для навколишнього середовища та людей, але потрібно бути обережним при поводженні із даними, наведеними вище, формами сталі (зливки, листи, труби).

Товар 3. Виробничі потужності, які можуть бути використані для виробництва хімікатів або хімічної зброї

Загальна характеристика

До головних виробничих потужностей, які можуть бути використані для виробництва хімікатів або хімічної зброї можна віднести хімічні реактори,

Реактори хімічні, апарати для проведення реакцій хімічних. Конструкція і режим роботи Р. х. визначаються як агрегатним станом взаємодіючих речовин, так і умовами (температурою, тиском, концентраціями реагентів і ін.), що забезпечують протікання реакції в потрібному напрямі і з достатньою швидкістю. За першою ознакою розрізняють Р. х. для реакцій в гомогенних системах (однофазних газових або рідких) і в гетерогенних системах (двух - або трифазних, наприклад газ - рідина - тверде тіло). За другою ознакою розрізняють Р. х. низького, середнього і високого тиску, низько- і високотемпературні, періодичної, напівбезперервної і безперервної дії.

Р.Х. для гомогенних систем - зазвичай ємкісні апарати, забезпечені перемішуючими пристроями і теплообмінними елементами, а також порожнисті або насадки колони часто з плоскими змійовиками. Процеси в гомогенних системах можуть протікати періодично або безперервно. Р. х. для здійснення гетерогенних процесів бувають переважно колонного типа одноступінчаті і секційовані, рідше ємкісні. Процеси в них можуть проводитися періодично з поперемінним завантаженням реагентами і вивантаженням продуктів реакції; напівперіодично, коли одні реагенти завантажуються на початку процесу, а інші (зазвичай газові) пропускаються через Р. х. аж до закінчення реакції; у циклічному режимі з поперемінним проведенням в Р. х. різних процесів (наприклад, каталітичні реакції і реакції регенерації каталізатора) або безперервно, коли реагенти, рухаючись безперервним потоком, взаємодіють під час їх проходження через Р. х., при цьому характеристики процесу мало змінюються в часі. В разі періодичного режиму роботи ємкісні Р. х. для гомогенних і гетерогенних систем забезпечуються перемішуючими пристроями для прискорення тепло - і масообміну і створення усередині Р. х. однорідних умов процесу, а в разі безперервного режиму роботи, який зазвичай використовується в промисловості, повне перемішування у всьому реакційному об'ємі небажано, так як знижується продуктивність Р. х. і вибірковість реакцій унаслідок великого розкиду часу перебування взаємодіючих часток в робочому об'ємі: одні проходять дуже швидко, не встигаючи прореагувати, інші затримуються. Цей ефект пригнічують шляхом вживання каскаду послідовно сполучених Р. х. даного типа.

Для гетерогенних систем поширеніші проточні Р. х. - трубчасті і колонні. Трубчасті Р. х. дозволяють здійснювати інтенсивний теплообмін в зоні реакції і забезпечувати однаковий час перебування у них всіх часток потоку. Колонні Р. х. конструктивно менш пристосовані для інтенсивного теплообміну, тому їх застосовують в тих випадках, коли підведення (або відведення) тепла до зони реакції відсутнє або обмежений.

Для прискорення міжфазного масообміну і зменшення розкиду часу перебування часток реагентів колонні апарати заповнюються інколи твердою насадкою. У Р. х. для газорідиннофазних реакцій розвинена міжфазна поверхня досягається диспергуванням одного з реагентів. У колонних Р. х. дуже істотний рівномірний розподіл потоку по перетину колон. Проточні Р. х. при необхідності забезпечуються циркуляційними контурами для повернення вихідних речовин, що не прореагували.

Вибір робочого тиску в Р. х. всіх типів залежить від характеру реакції, агрегатного стану реагентів, від економічних чинників (витрати енергії металоємності і ін.). У промисловості в багатотоннажних виробництвах часто використовуються Р. х. високого тиску (наприклад, синтез аміаку, мал.1).

Рис. 1. Колона для синтезу аміаку під високим тиском: 1 - корпус колони; 2 - ізоляційна трубка; 3 - теплообмінна трубка; 4 - каталізаторний простір; 5 - центральна труба; 6 - спіраль нагріву; 7 - сталевий стрижень

Необхідний тепловий режим Р. х. забезпечується шляхом розміщення в зоні реакції різних теплообмінних елементів (сорочки, змійовики, трубні пучки і пр.). В деяких випадках зони реакції чергуються з теплообмінниками або з безпосередніми введеннями холодних реагентів або інертних газів в проміжки між зонами реакції (мал. 2). Для підведення або відведення тепло застосовують або незалежні теплоносії, або використовують тепло потоку, що відходить, для підігрівання вихідних речовин; у останньому випадку можливі явища нестійкості, які можуть привести до недопустимого розігрівання (або охолоджуванню) Р. х. і зупинці процесу.

Рис. 2 Контактний апарат з 3-ма рівнями контакту і введення повітря між рівнями

Р. х. з гомогенним каталізатором конструктивно не відрізняються від некаталітичних. У ємкісних Р. х. з перемішуванням гетерогенний (твердий) каталізатор може застосовуватися у вигляді тонкої суспензії або, частіше, у вигляді зерен, нерухомий шар яких заповнює апарат трубчастого або колонного типа; із-за малої теплопровідності такого шару в Р. х. можливі значні перепади температури. Зменшення розміру зерен прискорює реакції за рахунок розвиненішої поверхні, але викликає зниження теплопровідності шаруючи і зростання його гідравлічного опору, тому в практиці застосовують зерна діаметром в декілька міліметрів. Схема каталітичного контактного апарату приведена на мал. 3.

Рис 3. Контактний апарат для окиснення нафталіну у фталевий ангідрид: 1 - каталізаторна трубка; 2 - розплав солей; 3 - пропелерна мішалка; 4 - трубки для повітряного охолоджування; 5 - сорочка для повітряного охолоджування; 6 - колектор повітря, що відходить.

Швидкі реакції часто проводять на сітках з металевого каталізатора. Р. х. з псевдозрідженим і рухомим шаром мають характерні особливості, відмінні від ін. реакторів. Переваги таких Р. х.: можливість безперервного введення свіжіше і відведення відпрацьованої твердої фази, висока швидкість теплообміну, незалежність гідравлічного опору від швидкості зріджуючого агента (газу, пари, рідини), широкий діапазон властивостей твердих часток (включаючи суспензії, пасти) і зріджуючого агента. Проте вживання реакторів з псевдозрідженим і рухомим шаром обмежене, так як вони не забезпечують однакового часу перебування часток обох фаз в шарі і збереження властивостей твердої фази вимагають потужної пиловловлюючої апаратури.

Відомі Р. х. з рухомим (падаючим) зернистим шаром, використовувані для здійснення безперервних процесів в гетерогенних системах з твердою фазою (мал.4). Значна специфіка конструкцій реакторів для електрохімічних і плазмових процесів.

Рис.4. Схеми установки з циркулюючим каталізатором

Для проведення реакцій, що вимагають механічного перемішування реагентів, особливо при середньому і високому тиску, застосовують Р. х. з екранованим приводом, що звільняє від складних ущільнюючих пристроїв (сальників).

При розрахунку Р. х. визначаються необхідні для досягнення заданої продуктивності об'єм, швидкість потоку, поверхня теплообміну гідравлічний опір, швидкість заміни каталізатора, конструктивні параметри (особливо Р. х. високого тиску). Для розрахунку використовуються експериментальні дані по кінетиці реакцій і отруєнню каталізатора, швидкості тепло - і масопереносу і пр. Якнайповніший розрахунок, включаючи визначення полий температури і концентрації в Р. х., визначення оптимальної схеми теплообміну і рециркуляції, аналіз стійкості режиму Р. х. і вибір параметрів регулюючих пристроїв, проводиться з використанням ЕОМ (електронна обчислювальна машина). У реакторобудуванні спостерігається тенденція створення апаратів великої потужності.

Методи застереження

Використовуються професійними фахівцями у відповідних умовах та спеціально обладнаних приміщенням, при не обережному поводженні може завдавати шкоду здоров'ю та життю людини, а також навколишньому середовищу.

Таким чином, хімічні реактори є основними виробничими потужностями для виробництва хімікатів та різних хімічних сполук.

Список використаних джерел

1. Дриц М.Е. и др. Свойства элементов - Справочник. - М.: Металлургия, 1985. - 672 с.

2. Неорганическая химия в трёх томах / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Издательский центр "Академия", 2007. - Т.3. - 400 с. - (Химия переходных элементов).

3. Радиоактивные вещества / Под общ. ред. акад. АМН СССР Ильина Л.А. и др - Справ. изд. - Л.: "Химия", 1990. - 464 с. - (Вредные химические вещества).

4. Мед-Пол // Химическая энциклопедия / Глав. ред. И.Л. Кнунянц - М.: Большая Российкая Энциклопедия, 1992. - Т.3. - С.580. - 639 с.

5. Милюкова М.С., Гусев Н.И., Сентюрин И.Г., Скляренко И.С. Аналитическая химия урана - М.: "Наука", 1999. - 447 с. - (Аналитическая химия элементов).

6. Маршал І.В. Виробничі потужності // Хімічні сполуки. - №2. - С.45.

Размещено на Allbest.ru