Сосуды для хранения химических продуктов

Посуда химическая лабораторная (п.х.л.) – изделия, изготовленные из стекла, кварца, фарфора и др. материалов, которые применяются
для препаративных и химико-аналитических работ.

Требования, которым должна соответствовать химическая посуда:

• Термоустойчивость, малый коэффициент теплового расширения материала
• Устойчивость к воздействию химических реагентов
• Загрязнения должны легко отмываться

В данной статье мы классифицируем всю химическую посуду на три группы по ее назначению: мерная, немерная и специального применения.

Мерная химическая посуда

Мерная посуда имеет точную градуировку, нагреванию ее не подвергают.

• Пипетки

Пипетки служат для отбора жидкостей (до 100 мл) и газов (от 100 мл)



• Бюретки

Применяются для измерения точных объемов, титрования (метод количественного/качественного анализа в аналитической химии)



• Мерные колбы, мензурки и цилиндры

С помощью мерных колб, мензурок и цилиндров отмеривают и хранят определенные объемы жидкостей.

Немерная химическая посуда (общего назначения)

К такой химической посуде относятся изделия, многие из которых употребляются с нагревом:
пробирки, стаканы, колбы (плоскодонные, круглодонные, конические), реторты.

• Воронки, делительные воронки

Служат для переливания и фильтрования жидкостей. Делительные воронки применяются для разделения несмешивающихся жидкостей.



• Кристаллизатор

Используется для выпаривания растворов и очистки веществ путем перекристаллизации – методе, основанном на различии растворимости вещества
в растворителе при различных температурах.



• Сифон

Сифон химический применяется для безопасного перекачивания жидких сред из бутылей, бочек, канистр. Особенно важен сифон в работе с агрессивными
опасными химическими веществами.



• Банки, склянки, бюксы

Банки служат для хранения твердых веществ, склянки – для хранения жидких веществ, а также в качестве резервуара, из которого жидкость поступает в другой
раствор, например, в бюретки в ходе титрования.

Бюкс – баночка с притертой пробкой, используется как емкость при исследовании, в ходе которых высушиваются и взвешиваются сыпучие материалы



• Капельница

Химическая капельница применяется для дозирования растворов и индикаторов.



• Химические ложки, шпатели

Используются с целью взятия твердых и сыпучих веществ. Могут служить для перемешивания жидкостей.



• Штатив для пробирок

Применяется для одновременного размещения и закрепления множества пробирок.

Химическая посуда специального назначения

Данная посуда отличается тем, что предназначена для какой-либо одной цели.

• Колбы для дистилляции (колбы Вюрца)

Круглодонная колба с отводом для вставки прямоточного холодильника. Используется для перегонки различных веществ.



• Колба Бунзена

Плоскодонная коническая колба, которая применяется для вакуумного фильтрования.



• Воронка Бюхнера

Применяется для фильтрования растворов при помощи фильтровальной бумаги под вакуумом.



• Воронка (фильтр) Шотта

Фильтр Шотта представляет собой стеклянную пористую пластинку. Фильтр Шотта используют в ходе вакуумного фильтрования.



• Прямой холодильник

Применяется для конденсирования паров и отвода образовавшегося конденсата из системы, сбор конденсата происходит в колбу-приемник.



• Обратный холодильник

Применяется для конденсирования паров и возврата конденсата в реакционную массу. Обычно устанавливается вертикально.



• Аллонж

Конструктивный элемент химических приборов, чаще всего используется для соединения холодильника с приемником.



• Колбы грушевидной формы (колбы Кьельдаля)

Используется в качестве приемника при перегонке. Одним из предназначений колбы Кьельдаля является
определения азота в веществах по методу Кьельдаля.



• Дефлегматор

Используется для частичной или полной конденсации паров жидкостей, которые разделяют перегонкой или ректификацией (разделение, основанное
на многократной дистилляции.)



• Эксикатор

Толстостенный стеклянный сосуд, с пришлифованной крышкой, на дно которого помещают влагопоглощающее вещество, в результате чего в
эксикаторе поддерживается влажность воздуха приблизительно равная нулю. Эксикатор используется для высушивания и хранения различных веществ.



• Склянка для промывания газов (склянка Дрекселя)

Склянка Дрекселя – сосуд, используемый для промывания и очистки газов. В результате пропускания газа через склянку Дрекселя он освобождается
от механических примесей.



• Трубки различной формы (хлоркальцевые U-образные трубки)

Служат для очистки газов от механических примесей. Также хлоркальцевые трубки применяют для предохранения растворов от попадания в них
воды и углекислого газа: с этой целью их заполняют нужным поглотителем.



• Аппарт Киппа

Применяется для получения газов при действии на твердые вещества растворов кислот и щелочей.



• Тигли, чашки для выпаривания

Тигель (от нем. Tiegel — горшок) – термостойкий сосуд-чаша (фарфоровый, глиняный) для нагрева, высушивания, сжигания и обжига различных материалов.
Применяют для сплавления.

Чашки для выпаривания используют для выпаривания (упаривания) растворов.



• Ступка с пестиком

Применяется для измельчения твердых веществ.



• Лодочки

Применяются для прокаливания веществ в печи.

Изобретение относится к таре для хранения химических продуктов, преимущественно для металлов с невысокой температурой плавления.

Проблема заключается в опасности разгерметизации сосуда с таким содержимым в условиях сильного внешнего нагрева, например при пожаре, с последующим истечением содержимого, что в некоторых случаях может неблагоприятно отразиться на окружающей среде или привести к потере содержимого сосуда.

Известно устройство для транспортировки и хранения токсилогически опасного груза, выполненное в виде контейнера, стенки которого дополнены внешней и внутренней защитными оболочками, содержащими чередующиеся слои из металла и жаропрочной резины с отверстиями, при этом внутренняя поверхность внутренней защитной оболочки и внешняя поверхность внешней защитной оболочки покрыты слоями вспучивающегося огнезащитного материала, выполненного на основе хлорсульфированного полиэтилена и терморасширяющегося графита (патент РФ №2253160 от 18.11.2003, МПК G21F 5/00, B65D 85/00).

Однако в таком контейнере требуется дополнительный сосуд для размещения сохраняемого вещества, исключающего непосредственный контакт со стенками контейнера. К тому же данная конструкция является технологически сложной в изготовлении.

В качестве прототипа заявляемого изобретения выбрана тара или сосуд для хранения химических продуктов, представляющая собой тонкостенный стальной корпус с криволинейным контуром в поперечном сечении с фосфатным покрытием наружной и внутренней стенок корпуса, имеющем заданную толщину (патент РФ №2120901 от 18.06.97, МПК B65D 85/84, 8/00).

Такой сосуд обладает высокой коррозионной стойкостью по отношению к воздействию размещенного в нем продукта и обеспечивает сохранение его чистоты. Однако он не обладает надежной пожароустойчивостью и нарушение его целостности может привести к разгерметизации внутреннего объема и истечению продукта во внешнюю среду.

Задачей настоящего изобретения является создание сосуда для хранения химических продуктов, например металлов с невысокой температурой плавления, который должен обладать высокой пожароустойчивостью при сохранении чистоты сохраняемого химического продукта.

Поставленная задача решается тем, что в сосуде для хранения химических продуктов, представляющем собой тонкостенный стальной корпус с криволинейным контуром в поперечном сечении с нанесенными на его наружную и внутреннюю стенки защитными покрытиями, согласно изобретению покрытия выполнены из многослойной металлокерамики, например Ti-TiN, при этом толщина внутреннего покрытия выбирается из диапазона 5-20 мкм, а толщина наружного покрытия – не менее 30 мкм, и сам сосуд выполнен с обеспечением герметизации его внутреннего объема, например, с помощью сварки.

Технический результат обеспечивается торможением диффузии химического продукта в расплавленном состоянии в слоях металлокерамического покрытия, а также за счет возникновения внутренних напряжений в стали под влиянием внешнего покрытия, что приводит к усилению эффекта.

На чертеже показан заявляемый сосуд в разрезе. Сосуд состоит из двух частей чашеобразной формы, соединенных сварным швом 1, образуя герметичный объем, в котором предварительно размещено сохраняемое химическое вещество 2. Каждая часть сосуда имеет тонкостенную стальную основу 3 (допустимая толщина порядка 0,2 мм), внутреннее многослойное металлокерамическое покрытие 4 и наружное многослойное металлокерамическое покрытие 5. Толщина покрытия с внутренней стороны выбирается в интервале от 5 до 20 микрон, а толщина покрытия с внешней стороны не менее 30 микрон. Выбор толщин основы и покрытий определялся опытным путем исходя из разумной экономии материалов с достижением максимального эффекта.

Многослойное металлокерамическое покрытие TiN-Ti наносится на стальную тонкостенную основу 3 методом конденсации с ионной бомбардировкой с чередованием слоев Ti и TiN. Слои покрытия наносятся на внутренние поверхности частей сосуда. Действие внутреннего покрытия 4 состоит в слабой адгезии расплава и торможении диффузии через металлокерамические слои. Влияние покрытия 5 на наружной поверхности стальной основы 3 выражается в возникновении растягивающих напряжений в стали вблизи наружного покрытия и сжимающих напряжений со стороны внутреннего покрытия. Такое напряженное состояние в тонкостенной стальной основе и обеспечивает необходимую термическую устойчивость загерметизированного сосуда в случае аварии с термическим воздействием. Обусловлено это тем, что такая основа сопротивляется проникновению в нее содержимого сосуда через дефекты, возникающие во внутреннем покрытии под агрессивным воздействием расплавленного химического продукта, что в противном случае могло бы вызвать последующее разрушение или проплавление стенки сосуда. Данный эффект проплавления был подтвержден экспериментально в сосуде без внешнего металлокерамического покрытия. Несмотря на то, что при таком одностороннем покрытии имеется ограниченная смачиваемость и слабая адгезия расплава на поверхности покрытия, тем не менее повышенная диффузия по имеющимся на поверхности внутреннего покрытия дефектам (микротрещинам) приводит к достижению концентраций, вызывающих разрушение сосуда.

Кроме того, несмотря на малую толщину стальной основы, заявляемый сосуд обладает достаточно высокой механической прочностью, которая обеспечивается твердым двухсторонним металлокерамическим покрытием.

Таким образом, заявляемый сосуд обеспечит длительное и безопасное хранение металлов, способных превращаться в расплав под воздействием повышенных температур без ущерба для окружающей среды.