контейнер для транспортировки химически активных жидкостей

Формула изобретения

1. КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ, включающий состоящий из цилиндрической части и днищ корпус, стенки которого образованы внутренним слоем из химически стойкого материала и силовым слоем из стеклопластика, и верхний затвор, отличающийся тем, что он снабжен в стенке корпуса между внутренним и силовым слоями герметичным слоем из резины или термопластов и оболочкой для повышения прочности корпуса контейнера и соединения цилиндрической части корпуса с днищами, укрепленной по поверхности силового слоя, последний выполнен составным и имеет расположенные между его частями негорючий заполнитель и слой плоских электронагревательных элементов, причем слой плоских электронагревательных элементов размещен между негорючим заполнителем и внутренней частью силового слоя при этом в качестве химически стойкого материала внутренного слоя стенки корпуса использован углепластик на основе углеродных волокон с полупроводниковыми свойствами.

2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что оболочка для повышения прочности корпуса и соединения цилиндрической части корпуса с днищами образована намоткой по меньшей мере в один слой из нитей, выполненных из кварцевых, или силикатных, или органических волокон и с охватом цилиндрической части корпуса и днищ.

3. Контейнер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен расположенным по поверхности оболочки для повышения прочности корпуса и соединения цилиндрической части корпуса и днищ слоем теплоизоляции, выполненным из вспучивающегося пластика.

4. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что в качестве вспучивающегося пластика слоя теплоизляции использован атмосферостойкий хлорсульфированный вспучивающийся полиэтилен.

5. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что негорючий заполнитель силового слоя выполнен из кварцевых волокон, спресованных и сплавленных при нагревании.

6. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродных волокон с полупроводниковыми свойствами углепластика внутреннего слоя использованы волокна из гитратцеллюлозы или полиакрилонитрила, подвергнутые термообработке и активации.

7. Контейнер по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что в качестве связующего материала углепластика внутренного слоя стенки корпуса использованы эпоксидные, или фенольные, или эпоксифенольные связующие смолы.

8. Контейнер по пп. 1 и 6, отличающийся тем, что углепластик внутреннего слоя стенки корпуса представляет собой соединение углепластиковых волокон с фторопластом.

9. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что каждый плоский электронагревательный элемент образован из пластика с наполнителем из электропроводящего материала.

10. Контейнер по пп. 1 и 9, отличающийся тем, что плоские электронагревательные элементы и силовой слой стенки корпуса выполнены из одного и того же материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к резервуарам для перевозки и хранения химически активных жидкостей и может быть использовано как на транспорте, так и в химической промышленности.

Известен контейнер для перевозки химически активных жидкостей [1] который содержит корпус из высоколегированной стали с внутренним покрытием, контактирующим с агрессивными жидкостями из фторированного углеводорода.

Однако указанное внутреннее химически стойкое покрытие является химически стойким не ко всему ряду перевозимых на танк-контейнерах химически активных жидкостей. Корпус из стали обладает хорошими прочностными свойствами, и, что наиболее важно, хорошей жесткостью, однако применение такого материала как сталь утяжеляет конструкцию, к тому же эта конструкция обладает большой стоимостью.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству (прототипом) является конструкция транспортной емкости для перевозки агрессивных жидкостей [2] Эта емкость выполнена из полимерных композитных материалов. Стенка этой емкости выполнена трехслойной и содержит внутренний слой из химически стойкого материала фторированной пластмассы, средний слой из пластмассы, усиленной стекловолокном, и наружный слой из пластмассы.

Однако при использовании такой конструкции стенок в контейнерах больших объемов в силу реологических характеристик пластмасс стенки контейнера будут деформироваться. При этом будут возникать такие отрицательные явления, как растрескивание пластмассы стенок, и в результате этого нарушение герметичности контейнера. К тому же внутренний слой из фторированной пластмассы не является химически стойким ко всему ряду перевозимых на танк-контейнерах химически агрессивных жидкостей.

Цель изобретения повышение химической стойкости контейнера, расширение диапазона перевозимых агрессивных жидкостей, повышение герметичности и долговечности контейнера за счет увеличения его жесткости и механической прочности при сохранении малого веса и низкой себестоимости.

Эта цель достигается тем, что в качестве химически стойкого материала внутреннего слоя используется углепластик на основе углеродных волокон с полупроводниковыми свойствами, силовой слой цилиндрической части контейнера выполнен в виде двух стеклопластиковых слоев, расположенных с зазором, внутри которого размещен легкий пористый негорючий заполнитель, стенка контейнера содержит герметичный слой на основе эластомеров, расположенный между силовым слоем и слоем углепластика (внутренним слоем).

Исследования химической стойкости и проницаемости конструкционных полимерных материалов, используемых в агрессивных средах, показали, что главной причиной снижения их физико-механических свойств является проникновение агрессивных сред в объем материала. В настоящее время снижение проникновения активной среды достигается применением различного рода слоистых структур или специальных систем армирования химически стойкой матрицы инертными к агрессивной среде наполнителями, увеличивающих диффузионный путь проникающих частиц.

Согласно изобретению защита от химически активных жидкостей осуществляется другим методом.

Проникновение агрессивной среды уменьшается или даже практически исключается за счет использования активных армирующих компонентов (волокон, тканей), взаимодействие которых с химически активной средой приводит к образованию в приповерхностном слое композита электрического барьера, уравновешивающего диффузию. Для этого в качестве химически стойкого внутреннего слоя контейнера по данному изобретению применяются углепластики на основе углеродных волокон и тканей, прошедших специальную термическую обработку и активацию и обладающих полупроводниковыми свойствами.

Эти волокна получают из гидратцеллюлозы или полиакрилонитрила термообработкой их в инертной среде и активацией. В качестве конкретного примера термообработку осуществляют при 800-1200^оС, а активацию в паровоздушной смеси при 80-120^оС. Этими операциями достигается то, что углеродные волокна приобретают полупроводниковые свойства (электропроводность 10^-1-10^-3 Ом^-1 см^-1 и энергия активации Еа=0,05-0,35 эВ). Термообработку и активацию проводят, контролируя эти параметры, и прекращают при достижении этими параметрами указанных величин. После этого углеродный волокнистый материал (нити, либо ткани на их основе) или пропитывают термореактивным связующим и отверждают, или соединяют с другими химически стойкими материалами. В качестве связующего можно использовать связующее полиэфирного, эпоксидного, фенольного, эпоксифенольного типов, а также другие типы химически стойких связующих. В качестве других материалов, соединяемых с углеродными волокнами, используют, например, различные марки фторопластов. Такое соединение можно осуществить, например, пропиткой ткани из углепластика суспензией политетрафторэтилена с последующей запечкой, экструдируя ткань из углепластика совместно с термопластичными фторопластами (например фторопластом 4, 4МБ) в плоской матрице, а также другими способами.

Углепластики на основе указанных углеродных волокон имеют кроме высокой химической стойкости высокие механические характеристики. Химически стойкий защитный слой на основе углеродных тканей в качестве внутреннего химически стойкого защитного слоя контейнеров для перевозки химически активных жидкостей может быть получен методом сухой намотки препрега. Применением углепластика просто решается проблема снятия статического электричества.

Другая проблема, решаемая изобретением улучшение механических и прочностных характеристик танк-контейнеров при уменьшении их веса и себестоимости.

В качестве несущих элементов контейнеров (стенок) для перевозки химически активных жидкостей используются либо стальные конструкции, либо конструкции, содержащие несущий элемент из стеклопластика. Однако контейнеры со стальными стенками обладают достаточно высокой стоимостью и большим весом. Конструкции же слоистых стенок со слоем стеклопластика в силу реологических характеристик связующего, входящего в состав стеклопластика, обладают пластичностью и при использовании этих материалов в конструкции стенок танк-контейнеров, стенки последних будут деформироваться из-за своей недостаточной жесткости. В результате этого возможно растрескивание со временем пластмассы стенок и в результате этого нарушение герметичности контейнера.

В заявленном изобретении для избежания этих недостатков предлагается применять в качестве силового слоя не один, а два слоя стеклопластика, причем между ними должен быть значительный зазор. Исследования показали, что два слоя стеклопластика, расположенные с зазором между ними, обладают гораздо большей жесткостью, чем один слой или расположенные непосредственно в контакте между собой два слоя. Между указанными слоями помещается легкий пористый негорючий заполнитель. Он представляет собой брикет спрессованных и сплавленных при воздействии температуры стеклянных (кварцевых) волокон. Между волокнами существуют обширные воздушные полости, расположенные равномерно по всему объему, поэтому сам этот материал очень легок. Он обладает хорошими механическими свойствами (жесткостью), а также является отличным теплоизолятором. В конкретном случае применения можно использовать брикеты марки ТЗМК-10, изготовленные по ТУ 1-598-117-80.

На фиг. 1 изображен контейнер для перевозки агрессивных жидкостей, общий вид; на фиг. 2 стенка цилиндрической части контейнера, разрез; на фиг. 3 стенка эллипсоидального днища контейнера, разрез.

Контейнер для транспортирования химически активных жидкостей содержит корпус, состоящий из цилиндрической части 1 и двух пристыкованных к нему днищ 2. Стенка цилиндрической части корпуса выполнена многослойной и содержит внутренний слой 3 из химически стойкого материала, углепластика на основе углеродных волокон, обладающих полупроводниковыми свойствами, наложенный поверх него и под силовым слоем для улучшения непроницаемости герметичный слой 4 на основе эластомеров (например слой резины или термопластов), силовой слой выполнен составным из слоев 5 стеклопластика (пластмассы, усиленной стекловолокном), и размещенным между ними слоя 6 легкого пористого негорючего заполнителя, представляющего собой прессованные и сплавленные при нагреве кварцевые волокна и еще один слой 7 стеклопластика. Между внутренней частью силового слоя (которым является слой 7) и слоем негорючего заполнителя размещен слой 8 плоских электронагревательных элементов для поддержания требуемого температурного режима транспортируемой агрессивной жидкости.

Поверх силового слоя намотана оболочка 9 из нитей для повышения механической прочности корпуса и соединения его с днищем. Эта оболочка намотана как на цилиндрическую часть 1 корпуса контейнера, так и на днища 2. Оболочка 9 придает дополнительную механическую прочность контейнеру, надежно сцепляет цилиндрическую часть корпуса и днище и может быть намотана как в один слой, так и в несколько наложенных друг на друга слоев. Нити могут представлять собой как стеклянные (кварцевые, силикатные) волокна, так и любые другие волокна (например волокна органического происхождения) в зависимости от использования контейнера.

Поверх оболочки 9 наложен слой 10 теплоизоляции наружное теплозащитное покрытие из вспучивающегося пластика, например, атмосферостойкого хлорсульфированного вспучивающегося полиэтилена.

Каждое из днищ 2 выполнено также многослойным и содержит химически стойкий внутренний слой 3 из углепластика на основе углеродных волокон с полупроводниковыми свойствами, герметичный слой 4 на основании эластомеров (например, резины или термопластов), силовой слой, оболочку 9 из намотанных в один или несколько слоев нитей (общую с цилиндрической частью 1) и слой 10 теплоизоляции из вспучивающегося пластика (также общее с цилиндрической частью 1), например из атмосферостойкого хлорсульфированного вспучивающегося полиэтилена.

Так как герметичный слой на основе эластомеров обладает упругостью, он не только повышает непроницаемость стенок контейнера, но и служит для повышения механической прочности в качестве слоя, гасящего удары при опрокидывании контейнера и защищающего химически стойкий слой.

При сборке контейнера этот слой служит для выравнивания неровностей, возможных при изготовлении других слоев, выполненных из жестких материалов.

Толщина герметичного слоя стенки днищ равна толщине герметичного слоя 4 стенки цилиндрической части, и в сборке слой 11 является продолжением слоя 4. Герметичный слой 4 выполнен из одного и того же материала.

Толщина химически стойких слоев углепластика в стенке эллипсоидального днища и в стенке цилиндрической части также одинакова и в сборке эти слои являются продолжением друг друга. Общая толщина стенки каждого днища 2 равна толщине стенки цилиндрической части 1 танк-контейнера. Толщина слоя 6 легкого пористого негорючего заполнителя выбирается из жестких требований, предъявляемых к размерам различных танк-контейнеров и их прочностными характеристикам.