石墨設備（graphite equipment）是指以石墨材料為基材製造的設備。石墨設備是在解決人造石墨製品的滲透性後，並因鹽酸工業發展之需要而問世的。1934年，德國用酚醛樹脂浸漬，並經熱固化後得到的不透性石墨製成板槽式石墨吸收器。1936年，美國按照當時流行的鋼製列管式熱交換器的結構，用酚醛樹脂浸漬的擠壓石墨管試製成功列管式石墨降膜吸收器，在當時曾被譽為是一次技術革命。
基本介紹
- 中文名：石墨設備
- 外文名：graphite equipment
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 釋義：以石墨材料為基材製造的設備
簡介,簡史,製造工藝,分類,特性,展望,
簡介
石墨設備（graphite equipment）是指以石墨材料為基材製造的設備。
簡史
石墨設備是在解決人造石墨製品的滲透性後，並因鹽酸工業發展之需要而問世的。1934年，德國用酚醛樹脂浸漬，並經熱固化後得到的不透性石墨製成板槽式石墨吸收器。1936年，美國按照當時流行的鋼製列管式熱交換器的結構，用酚醛樹脂浸漬的擠壓石墨管試製成功列管式石墨降膜吸收器，在當時曾被譽為是一次技術革命。從此，石墨設備即迅速地在鹽酸及氯產品工業中得到廣泛套用。隨後，由於其優異的導熱性與耐腐蝕性能而很快被推廣套用到其他領域，在這個過程中，使石墨設備發展成為具有多種材質、品種、結構型式的可適應不同工藝條件因而套用更為廣泛的工業設備。到了20世紀60~70年代，人們回過頭來發揮炭質材料或石墨材料多孔的特點，製成了透性石墨設備，例如轉鼓式真空過濾機、多孔炭（或石墨）過濾器，以及炭（石墨）質支撐體動力形成膜元件與設備等，用以對腐蝕性物料進行過濾與分離，後者甚至可對分子、原子、離子、細菌、病毒進行分離，並已實現了對這些材料孔隙率、孔徑及其分布的定向控制。
製造工藝
製造石墨設備用的石墨材料可以是透性石墨，但絕大多數是不透性石墨；可以是不含添加物的石墨材料，但絕大多數是添加有高分子物質或其他成分的石墨材料。
石墨聚丙烯熱交換器和石墨聚氯乙烯交換器需按塑膠制設備的生產工藝製造，設備襯裡需按襯裡工藝製造，設備中部分材料需要增強的，則按增強工藝流程處置。
分類
石墨設備按機構與套用原理相結合的分類方法見表1。
表1特性
石墨設備具有以下一些特點：
（1）耐腐蝕性
沒有添加其他成分的石墨設備可耐除強氧化性介質，如濃H2SO4、HNO3、H2CRO4、HClO、H2O、 Br2、高溫F2氣及強氧化性鹽類溶液外的各種酸、鹼、鹽類溶液和各種溶劑的腐蝕。但在高溫度下，石墨材料會與某些物質發生氧化還原反應。在這些情況喜愛，石墨設備不能長期使用。
對於添加有高分子物質，如樹脂或其他成分的石墨設備來說，則可通過選用不同添加物（包括浸漬劑、黏結劑及配料中的黏結劑、改性劑等）來適應不同的工藝條件。
（2）傳熱效率
由於石墨設備的傳熱部件絕大多數用熱導率高的浸漬石墨製造的，因而石墨換熱設備具有高的傳熱效率。在用飽和水蒸氣加熱酸液且酸液無相變的情況下，列管式或塊孔式石墨熱交換器的總傳熱係數K可達800~1700W/(m2·K)，介質有相變（如再沸、蒸發）時，列管式石墨熱交換器的K值可達3000W/(m2·K)以上，在液-液換熱情況下，列管式與塊孔式石墨熱交換器的K值也可達600~1500W/(m2·K)。而按金屬板式熱交換器原理設計、製造的板式石墨交換器，在液-液換熱（無相變）的情況下，K值可達2500W/(m2·K)，但石墨聚氯乙烯列管式熱交換器的傳熱效率較低。在液-液換熱情況下，其K值僅為150~200W/(m2·K)。
同時，由於石墨與污垢或物料結晶的親和力低於金屬，因而石墨設備換熱表面結垢速度及傳熱性能的衰變均較慢。
（3）石墨設備的耐熱性取決於所用石墨材料中添加的其他成分。石墨設備的耐熱性能由材質決定外，還受結構的影響。如擠壓酚醛石墨管本身可在170℃溫度下長期使用，但在製造列管式熱交換器時，若採用管子兩端均與管板粘接的常規結構，由於不同管子的熱脹冷縮量常常不等，並相互影響，為防止較高溫度下管子間伸縮差異過大而引起設備損壞，具有這種結構的浮頭列管式石墨熱交換器的許用溫度僅為120~130℃。
（4）強度及使用壓力
石墨設備的結構設計與使用均要考慮到石墨材料抗拉強度與抗彎強度較低而抗壓強度較高的特點。由於承壓設備主要零件的強度計算主要考慮抗拉及抗彎強度，這就使在化工過程中套用的石墨設備絕大多數屬低壓容器，即設計內壓力小於1.6MPa以下，僅個別的可達2.5MPa。可通過將材料增強來進一步提高設備的設計壓力。
展望
隨著科學技術的發展，石墨設備繼續向提高強度、提高效率、系統電腦控制及擴大套用領域等方向發展。例如，對石墨管道及塊材採用纖維、陶瓷或金屬材料增強，使設備的允許使用壓力大大提高改進材料及結構以提高設備的效率；設計與製造一些新型設備來擴展新的套用領域；發展多效蒸發和利用吸收熱及合成爐的燃燒熱來節約和更充分地利用能源，以及對系統實行全電腦控制，以達到最佳工作狀態和確保生產安全。
