化学反応器材料の選択
化学反応器の材料選定は、化学反応器の設計において重要な要素です。化学反応器には、 CSTR、PFR、セミバッチ、触媒の4つの主要なグループがあり、それぞれにバリエーションがあります。反応に関与する化学物質の性質や運転条件（温度や圧力など）に応じて、特定の材料が他の材料よりも優れた性能を発揮します。
素材オプション
化学反応器の作成に使用できる材料には、いくつかの広範なクラスがあります。例として、金属、ガラス、セラミックス、ポリマー、炭素、複合材料などがあります。[ 2 ]金属は、比較的製造が容易で、強度が高く、破損しにくいため、化学工学機器に最もよく使用される材料です。 ガラスは化学実験室の機器では一般的ですが、非常に破損しやすいため、大規模な産業用途には適していません。 セラミックスは脆く製造が難しい ため、化学反応器の材料としてはあまり一般的ではありません。ポリマーは温度安定性に役立つため、配管やバルブで人気が高まり始めています。炭素にはいくつかの形態がありますが、反応器に最も有用な形態は、複合材料の炭素繊維またはグラファイト繊維です。[ 3 ]
選考基準
特定の材料に関する最後の重要な基準は、その安全性です。エンジニアは、機器を取り扱う人や、例えば建物や道路を利用する人の安全を確保し、負傷や死傷のリスクを最小限に抑える責任を負っています。その他の考慮事項としては、強度、機械的または熱的衝撃による突然の破損に対する耐性、耐食性、コストなどが挙げられます。[ 2 ] [ 3 ]異なる材料を比較するには、 ASHBY図とASME圧力容器規格を参照すると役立つ場合があります。材料の選択は、理想的には既知のデータと経験に基づいて行われます。部品の要件、腐食および劣化挙動をより深く理解することで、材料選択が容易になります。さらに、過去のシステムの性能（良し悪しに関わらず）を知ることは、代替合金の選定やコーティングシステムの使用を決定する際に役立ちます。過去の情報が得られない場合は、試験を実施することが推奨されます。[ 4 ]
高温動作
高温反応炉の運転には、熱膨張・収縮による歪みや割れ、高温腐食など、多くの問題が伴う。高温腐食が発生している兆候としては、表面の焦げや黒焦げ、溶融相、歪み、厚いスケール、金属の著しい薄化などが挙げられる。代表的な高温合金には、さらなる酸化を防ぐ保護酸化物を形成する目的で20%を超えるクロムを含む鉄、ニッケル、コバルトなどがある。[ 4 ]耐食性を高めるために、アルミニウム、シリコン、イットリウム、セリウム、ランタン などの希土類元素など、様々な元素も存在する。反応性金属や耐火金属などの添加物は、反応炉の機械的特性を向上させることができる。耐火金属は壊滅的な酸化を受ける可能性があり、ほとんど役に立たない粉末状の酸化物に変化する。この損傷は停滞した状態ではさらに悪化するが、シリサイドコーティングはある程度の耐性を示すことが証明されている。[ 4 ]
参考文献
- ^アシュビー、マイク. 「CES 2009 EduPack - 材料とプロセスの選択チャート」(PDF) 。2015年11月23日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ a b [1] Busby, JT「原子炉材料の課題」オークリッジ国立研究所 燃料サイクル・同位体部門米国エネルギー省2012年2月28日
- ^ a bペリー、ロバート（2007年）『化学エンジニアハンドブック』マグロウヒル・エデュケーション、ISBN 978-0071422949。
- ^ a b c Elliot, Peter (2001年2月). 「高温環境に適した材料の選択」(PDF) . CEP . 2016年4月18日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
