食品生产机械设备的抗蚀保护工艺

摘 要:食品生产机械设备的抗蚀保护工艺,必须顾及到下列因素:侵蚀介质的成分;化学活性试剂的浓度;它们和设备金属相互作用的特点和条件,以及机械设备的其它使用条件;最佳的抗蚀保护方法和规范,即被保护表面的准备,保护材料的涂覆,涂层的干燥和热处理等工序,本文主要探讨的就是食品生产机械设备的抗蚀保护工艺。

关键词:食品生产 机械设备 抗蚀 保护工艺

一、食品生产机械设备的被腐蚀现象

金属腐蚀是由外部介质与金属本身之间的化学作用或电化学作用所引起的一种损坏。只有外部介质参与作用的损坏才能叫做腐蚀。金属生锈叫做腐蚀,因为生锈有外部介质的作用,至于搅拌器的轴承是由于机械摩擦而损坏,应叫做磨损,而不叫腐蚀。金属腐蚀就其作用而言,可分为化学腐蚀和电化腐蚀两大类,例如金属的高温氧化,即属于化学腐蚀,电化腐蚀又可区别为微电池腐蚀和大电池腐蚀。腐蚀现象如果就腐蚀程度而言,也可另行分类:即全面性腐蚀和局部腐蚀。

1、全面性腐蚀

全面性腐蚀即腐蚀现象分布于金属的整个表面,全面性腐蚀又可别为均匀腐蚀和不均匀腐蚀,如下图所示:

2、局部腐蚀

局部腐蚀指腐蚀现象集中于金属表面的一定区域,而其他区域则几乎未被腐蚀:

(1)选择性腐蚀金属的组分之一先被腐蚀,这是由于腐蚀介质先进入该组分所引起的;

(2)溃疡腐蚀在有限的金属表面积上,集中腐蚀为深而大的损坏部分;

(3)点腐蚀腐蚀集中于小而深入的面积;

(4)表面下腐蚀腐蚀从金属表面开始,继续向表面下水平方向扩展,因而常引起分层剥离;

(5)晶间腐蚀腐蚀沿金属晶粒的边界进行。这种腐蚀形式使金属外形的变化似乎不大;但却可能非常严重的丧失金属固有的机械性能;

(6)穿晶腐蚀腐蚀贯穿于晶体本身,使金属发生裂缝。此现象也叫做腐蚀裂开;

(7)晶间腐蚀裂开腐蚀沿晶粒边界进行,并产生裂缝。

二、食品生产机械设备金属腐蚀的具体防护措施

1、电化防护具体操作方法

电化防腐的目的是减少电化腐蚀速度。防腐的方法是使金属构件产生阴极极化或阳极极化。实际上较为广泛使用的是阴极保护。可以将被保护的金属接在直流电源的负极上;或者将被保护金属与负电性金属相接触。后者叫护屏保护或防护料保护。实际上电化腐蚀,都是多电极系统。但为了便于说明,将金属的腐蚀看作是双电极的电池,并加入第三个电极。如锌电极,则锌电极将成为有效的阴极。这样就会降低腐蚀电流,从而使金属得到保护。为了使腐蚀完全停止,使金属达到完全保护,必须使被保护的金属极化到与该金属原有最负的阳极电位值相等,现将电化防腐的方法介绍如下:

(1)护屏阴极保护利用负电性金属作为保护料的金属保护如图1,图2所示:

(l一直流电流;2、4一导线;3一被保护设备;5一介质)

护屏保护即保护料保护,将负电性金属料与被保护金属相连接,例如将锌连接于钢铁制品,则钢铁为阴极,锌为阳极,此时腐蚀电池便成为包括锌极的三电极或多电极系统,锌被腐蚀,而金属制品受到保护。保护料可用螺丝固定于被保护金属上或用导体挂在被保护金属上,保护料不断受腐蚀而消耗。保护料多半是板状或圆柱体。保护料涂锌处,还可用铝、镁、铝镁合金、铝锌合金。但锌、铝都生成致密的腐蚀产物膜,会增加电阻,故常选用含锌10%的铝合金。

(2)引入外部电流的阴极保护引入外部电流,使金属的被保护区成为阴极区,边接的外部电极为阳极。例如电缆、热力设备、地下导管常使用引入电流来进行阴极保护。直流电由电源经导线至地下阴极,由此流入土壤,在管道的绝缘覆盖的破损处流入管道,再返回电源的负极。将另外加入的阳极浸入腐蚀介质中,并和电源的正极相连接,而被保护的设备表面则和电源负极相连接,外加阳极和被保护面的距离须维持25厘米以上。地下保护所用的阳极材料为废金属,如废旧的钢、铝:锌、铜或碳精、石墨。阴极保护的外部电源可用发电机、整流器、蓄电池,实践表明:当电流密度为0.2~0.6安培/米2·小时,则钢、铁在3%NaCI溶液中停止腐蚀;电流密度为0.2～0.4安培/米2·小时,则蒸汽锅炉不受腐蚀。

(3)金属镀层的电化学保护方法

将金属表面镀以负电性较强的金属保护层,例如将钢表面镀锌,不仅有覆盖保护作用,而且还有电化保护作用。当镀锌层受到破坏或镀层不完整,镀层与金属本身之间就构成电池,镀层是阳极而被腐蚀,被保护金属则免受腐蚀。例如:镀锡可防止直接与食品介质接触的机械和设备零件的锈蚀,锡采用食品用锅。锡广泛可用于食品锅炉,罐头用白铁皮,牛奶管道的附件等,纹肉机铸铁螺旋的保护性镀锡层在硫酸硝酸,盐酸的稀溶液中几乎不溶解,硫化物对锡不起作用,在有机酸中根稳定,其化合物无毒。但是,会与果蔬中普遍存在的丹宁物质长时问共热呈玫瑰色,锡离子与桃子中的多酚粪物质结台成蓝黑色物质;花青素类物质丽锡离于形成络台物呈紫红色,且这种反应在碱液中更为显著,直接影响食品质量。又如镀铬适用于铸铁和钢质螺旋,蛤料漏斗,各种乳制品设备的阀门等冲击负荷小的防锈护层。扩散镀铬的轧件和管材可代替耐蚀的不锈钢.造价便宜70%左右。而镀锌用于防止钢和铸铁零件在空气中的锈蚀,其使用寿命取决于它的厚度和使用条件,价格比镀铬便宜。

(4)阳极保护

对多电极腐蚀系统,如果加强阳极极化,使总电极向正的方向移动,例如将金属设备接到直流电源的正极,使设备成为阳极,则会发生与阴极保护相反的情况:金属设备本身的腐蚀将增加。但在金属可能钝化的条件下,反而可使腐蚀电流变小,如1Crl8Ni不锈钢在30～60%硫酸中,温度为18～25℃时,本来是不耐腐蚀的,如果外加电流进行阳极极化,可使钢的腐蚀速度由2～217克/米2·小时降到0.15克/米2·小时以下,阳极极化原理在于某种条件下,促进了金属由活化态转变为钝化态,因此,用外加电流进行阳极极化的方法,可以达到保护目的。

2、保护层防护措施

用某种物质使金属设备与外界腐蚀介质隔开,即利用覆盖层防止腐蚀。此种方法也是普遍而重要的防护方法。由于构成防护层的物质不同,可将防护层分为三大类:

(1)金属保护层金属保护层即镀在金属制品表面的防护层,镀层必须采用耐蚀金属。镀防护层的方法有电镀、热镀、渗镀、化学镀、喷镀、色镀等。

(2)金属保护层将有机或无机非金属物质涂布于设备表面做成保护层。所用物质或涂料包括油漆、树脂、橡胶、珐琅等。

(3)非金属膜用化学或电化学方法将金属制品的表面变成非金属膜。此膜与非金属保护层不同,后者是涂上或包上的,而前者则是被保护的金属表面发生化学或电化学作用,形成了非金属保护膜。例如金属的氧化处理,形成了氧化膜,或磷酸盐处理,形成了磷酸盐膜。

3、加入缓冲剂的防护法

采用缓冲剂加入腐蚀介质来进行腐蚀防护,近年来日益发展,有很大潜力,但对防腐机理尚缺乏进一步的了解,故在选用缓冲剂时,应在设备所处的具体条件下,通过实验加以确定。

一般要求加入缓冲剂后不应影响工艺过程的进行。例如在硫酸介质中适用氮、硫脲等缓冲剂;在盐酸介质中,采用氨类、醛类和砷的化合物i在稀硝酸介质中,采用KMnO4、K2Cr2O7;在沸腾的碱性液中,采用硝酸钠;在中性介质中,采用亚硝酸钠,磷酸盐等无机物质作为缓、冲.剂。对于冷却水和锅炉用水加入含锌离子的磷酸盐可以提高防腐蚀效果。我国用水玻璃加单宁复合缓冲剂,以防止软水腐蚀也初见成效。腐蚀防护还须从多方面加以考虑,腐蚀防护方法现归纳列表如下:

三、食品生产机械设备抗蚀工艺中应注意的具体问题

金属表面存在聚合物涂层而阻碍电解质和氧侵入金属,这不仅预防了金属腐蚀,而且还提高其耐蚀性。金属表面阳极过程受到抑制时,会发生随着成膜剂和颜料(填充剂)性能不同而不同的钝化,只有薄的(小于10微米),高孔隙度的膜才可能使金属发生阴极过程。

抑制电极过程对涂层的保护作用很重要,但非唯一且未必是决定因素,实际上如果涂层的抑制作用仅在于封闭表面并把金属与外部介质隔开,那么被保护和未被保护部位的静电位值应始终相同,然而事实上无论什么情况下,涂层的存在都会使铁电极的静电位和表面能改变,这就不仅是电极过程被抑制为前提的结果数值.因此可以认为在金属表面形成具有高电阻,能使电化学反应停止的栏栅膜是更为重要的因素。膜的高电阻是因为它具有低的介电常数,并因此是弱电离介质,尤其在分子链中有无极性基团的聚合物更是如此。

对于经常同溶液接触的机械设备,应当注意采用电化学方法防护其金属腐蚀。自从电极过程的热力学原理建立以来,可借助保护料或采用外加直流电使被保护设备得到阴极极化,阴极保护方法的通用性是它的重大优点之一,在金属表面上涂了漆或未涂的设备,都可以实施阴极保护,而无需对被保护金属表面进行任何预先准备作业(除锈、清除旧漆等)。阴极保护能够限制甚至中止电化学腐蚀过程。保护的电流密度和电位.是电化学保护的主要参数,它们取决于金属周围的介质和引起金属腐蚀的原因。

四、结束语

对食品生产来说,正确的运用防腐技术来进行机械设备的保护工作,对于食品的质量与安全都有着重要的作用,因此,我们在实际工作中,要实事求是,利用不同的方法对机械设备加以保护。

参考文献:

[1]刘协舫等编著,《食品机械》,武汉市:湖北科学技术出版社,2002

[2]胡继强主编,《食品机械与设备》,中国轻工业出版社,1999

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