CN101024762A - 工业防蚀防垢传热介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业用防蚀防垢传热介质，该介质在工业生产领域的化学反应和生物发酵过程中的间接传热系统中做载冷剂或传热剂使用。该介质由9～26％(重量)的C1～C4水溶性醇、6.5～9％(重量)的防蚀剂和65～89％(重量)的水等组成，同时还提供该传热介质的浓缩液，C1～C4水溶性醇91～99％，防蚀剂0.9～9％，阻垢剂和工业碱分别为0～0.05％，本发明产品具有载冷、传热、防蚀、阻垢、抑菌的特性。适用温度范围为－50℃～160℃，是在不同的湿度下能应用于多种工业生产领域的载冷、传热液体介质。
Description
本发明属于工业生产用液体传热介质，特别是在工业生产领域中的化学反应和生物发酵过程中的间接传热系统中做载冷剂或传热剂使用的对金属具有防蚀防垢的传热介质。
在酿酒、制药和化工等诸多工业生产领域的生产过程与温度密切相关，有些在高温下进行，有些在低温下进行，有吸热反应，也有放热反应，为了保护物料系统温度始终在工艺条件要求的状态下，实际上是通过反应器内部的蛇形管或反应器外部的夹层中流动的传热剂传出或传入热量来完成的。最常用的传热介质是水，传热温度范围为5-90℃，在此温度范围以外，由于水趋于结冰或沸腾而不能做传热剂使用。以水做传热剂的优点是传热效果好，成本低廉，其缺点是锈蚀设备，并且极易结垢，循环使用时还会发生霉变；其它常用的传热介质还有无机盐类，如氯化钠水溶液，氯化钙水溶液，这类传热介质对各种金属及不锈钢腐蚀严重，目前已逐渐被有机醇类传热介质，如乙二醇水溶液、丙二醇水溶液所取代；然而单一的醇类水溶液虽然对合金钢锈蚀较轻，但对工业中广泛应用的碳钢及其它金属仍然腐蚀严重。一种热交换系统，如果其中的传热介质没有防蚀性，那么，因介质的锈蚀作用，该热交换系统经过15年左右的时间就会出现泄露现象，其后果是大大缩短了整个设备的使用寿命。
针对传热剂的防腐蚀问题，已有很多报道，但其应用领域主要集中在汽车防冻液方面，对于其它工业领域的报道很少。同时，汽车防冻液中主要成份大多数选用乙二醇类，这类防冻液因沸点较高，挥发性小，适合做汽车发动机这样较高温度下的冷却液和发动机停止运转时的防冻液，但不适合做较低温度下的循环冷却液，因为在低温时(如-30℃)，乙二醇水溶液的粘度会迅速增加，循环阻力很大。美国专利US5718836中提到一种防蚀性液体冷却剂，该冷却剂用于汽车防冻液，其中，专门加入钙镁化合物，这类化合物的加入，极易引起冷却循环系统结垢。该液体冷却剂中含有90％的乙二醇，其它醇的含量并未给出。对比文件特许公开号：10-228382名称“高温耐水性盐组成物”公开了一种盐水组合物选用二醇类或丙三醇为主体，含量为30～90％，最好为50～80％，但在实际应用中会出现下述情况：如果多醇含量太低(30％以下)，则水溶液的冰点将会很高，达不到系统要求的低温状态就会冻结；当多醇类含量＞80％，其溶液在低温状态下(0℃以下)粘度会迅速上升，流动性急剧下降，因此这类单一的多醇组合物不适合在低温状态下循环使用，只适于高温循环系统，(就像汽车防冻液，在较高温度时循环使用，在低温静止状态时保持不冻即可)，不适于低温循环状态下应用。
本发明的目的是克服上述公开文献技术中所存在的缺陷，提供一种在较高浓度(90％以上)和较低浓度(30％以下)均能获得理想的循环状态且符合工艺要求达到的冰点温度，应用于多种工业生产领域的载冷、传热液体介质。
本发明选用C1～C4水溶性醇和防蚀剂作主成份，为多醇(含有两个羟基以上的醇)和或单醇(含有一个羟基的醇)的混合体，分别制成30％以下稀溶液和90％以上的浓缩液，在较低浓度下，利用该传热介质就可以获得很低的冰点；在较高浓度(90％以上)下，当系统在-80℃以下低温时仍然具有良好的流动性，这种无水浓缩液更便于运输使用。
本发明提供的工业用对金属有防蚀防垢性的传热介质，主要由水、C1～C4水溶性醇和防蚀剂组成，其特征是该传热介质主要由下列组份的重量百分比组成：
C1～C4水溶性醇9～26％，防蚀剂6.5～9％，阻垢剂0.1～0.2％，工业碱0～1％，水65～84％，PH值7～10。
本发明提供的工业用对金属有防蚀防垢性的传热介质，主要是由C1～C4水溶性醇与防蚀剂配制成的浓缩液，其特征是该传热介质由下列组份的重量百分比组成：
C1～C4水溶性醇91～99％，防蚀剂0.9～9％，阻垢剂0～0.05％，工业碱0～0.05％，PH值7～10。
在本发明传热介质中，所选用水溶性醇为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇和二乙二醇。根据使用温度范围，这些醇可以单独选用，也可以以不同比例混合使用，以求获得最佳传热效果。例如，在100℃左右的高温条件下，主要用二醇类，以减少传热介质的挥发损失，而在0℃以下的低温环境中，则主要选用单醇及多醇的混合物，以确保传热剂具有很低的冰点和良好的流动性。与此同时，还要考虑原料的价格。所选用的防蚀剂为磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、苯甲酸盐、EDTA钠盐。确切地说这些防蚀剂是其钠盐或钾盐而不含有钙、镁盐(因钙、镁盐极易生产沉淀、结垢)。其中，硼酸盐、钼酸盐和苯甲酸盐还有抑菌作用。根据传热系统材质的不同，这些防蚀剂也可以单独使用或几种混合使用，每一种防蚀剂的用量不超过传热介质总量的5％(重量)。在防蚀剂中还可以选加有机膦酸，如羟基二甲叉磷酸(HEDP)、聚丙烯酸、苯并三氮唑、噻唑，它们的加入总量不超过传热介质总量的0.5％(重量)，通常在0.01-0.3％(重量)的范围内，以一种或几种同其它防蚀剂一起混合使用。这些防蚀剂的加入可进一步提高阻垢、防蚀效果，用于要求较高的传热系统中。所选用的水为工业水、天然水、纯水。本发明的传热介质的PH值应该控制在7～10的范围内，如PH值低于7，则用NaOH或KOH等工业碱来调整，加入量为传热介质总重量的0.05～2％。因为当PH值低于7时，有些防蚀剂将失去作用，腐蚀现象会发生。
综上所述，本发明的突出之处在于：发明了一种能应用于多种工业生产过程，温度范围在-80℃～160℃之间变化，具有防蚀、阻垢、抑菌作用的载冷、传热液体介质。本发明与现有技术相比，组合物主体在相同重量配比时，本发明可以获得较宽泛的工作温度范围和更低的冰点；在低于30％或混合醇浓度大于90％以上，本发明组合物仍然能够正常应用。本发明选用单羟基醇与多羟基醇的混合体，不但适用作高温传热介质，更是低温(-80℃以下)状态下优良又经济的载冷介质。下面将本发明组合物与日本专利文件中乙二醇组合物的冰点及粘度作对比，从表1可以看出，相同浓度条件下两种组合物的冰点及粘度相差都很大。
表1本发明组合物与二醇类组合物的冰点及粘度对照表(重量百分比)
| 成份与指标 | 本发明组合物 | 对比文件1组合物 |
| 乙二醇 | 1.8 | 30 |
| 乙醇 | 1.2 | |
| 甲醇 | 27 | |
| 水 | 69 | 69 |
| 防蚀剂等 | 1 | 1 |
| PH值 | 9 | 12 |
| 冰点 | -27 | -14 |
| 粘度cps(20℃) | 1.1 | 2.27 |
| 粘度cps(-10℃) | 5.57 | 7.18 |
| 粘度cps(-20℃) | 8.18 | 19.60 |
下面结合实施例来进一步阐述本发明的具体实施方案。
实施例1
一种重量百分比组成如下的传热介质：(作载冷剂使用)
异丙醇4％，甲醇3％，丙二醇2.5％，乙二醇7.5％，二乙二醇6％，苯甲酸钠4％，硝酸钠2％，EDTA二钠0.3％，HEDP0.01％，苯并三氮唑0.1％，钼酸钠1％，硼砂1％，氢氧化钠1％，水67.59％。
此载冷剂冰点为-15℃，可用于0～-10℃环境下的啤酒发酵、制药等物料冷却系统中，对钢铁、铜、铝材质均无腐蚀、不结垢、不霉变，此载冷剂与自来水、酒精溶液的防蚀性对比实验结果见表2：
表2：实施例1与其它冷却剂的防腐蚀性比较表
试验条件为：25℃，常压，5mm厚碳钢，铜、铝试片。通过定期测量试片减重来评估试液的防蚀性能，并根据锈蚀速度公式：
金属减重/初重/时间×100＝锈蚀速度百分数(M)
计算出不同溶液对各种金属的锈蚀速度。从表2可看出实施例1的载冷剂仅对钢片有轻微锈蚀，锈蚀速度为每年0.0007％，而自来水和酒精水则对钢铁、铜、铝的锈蚀均非常严重。
实施例2
异丙醇4％HEDP0.01％，丙二醇3％，苯并三氮唑0.15％，乙二醇9％，钼酸钠1％，苯甲酸钠4％，硼砂1％，硝酸钠2％，氢氧化钠1％，EDTA二钠0.3％，水74.54％。
实施例3
乙醇3％，异丙醇5％，丙二醇2％，乙二醇5％，苯甲酸钠3％，硝酸钠2％，EDTA二钠0.2％，HEDP0.01％，钼酸钠1％，硼砂1％，氢氧化钠1％，噻唑0.1％，水76.69％。
实施例4
传热介质重量百分组成如下：
苯并三氮唑0.1％，丙二醇9％，苯甲酸钠5％，三聚磷酸钠0.7％，硼砂1％，EDTA二钠0.2％，水84％。
此传热介质冰点在-3℃以下，沸点在105℃以上，常温时挥发性很小，用于-30℃的温度条件下，对钢铁、铜、铝无腐蚀、不结垢、不变质。
实施例5
传热介质重量百分组成如下：
乙二醇41％，丙二醇55％，硝酸钠0.3％，苯甲酸钠3％，钼酸钠0.4％，硼砂0.3％。
此传热介质挥发性极小，可用于-10℃至160℃的温度范围内，加热与冷却交替进行的化学反应系统中，对钢铁无腐蚀。
实施例6
乙二醇35％，异丙醇20％，丙二醇41％，硝酸钠0.3％，苯甲酸钠3％，钼酸钠0.4％，硼砂0.3％。
实施例7
乙二醇8％，乙醇80％，丙二醇5％，苯甲酸钠4％，硝酸钠2％，钼酸钠0.9％，氢氧化钠0.05％，苯并三氮唑0.05％。
实施例8
传热介质重量百分组成如下：
乙二醇6％，乙醇4％，甲醇89％，亚硝酸钠0.9％，苯并三氮唑0.04％，KOH0.05％，聚丙烯酸0.01％。
该传热介质组合物为浓缩液，根据物料系统温度要求，用水稀释成10％-60％(体积)的不同浓度，在-0℃～-5 0℃的温度范围内使用。对金属无腐蚀、不结垢、不变质。
实施例8稀释成不同浓度的冰点与对应浓度酒精的冰点比较见表3。
表3不同浓度(体积)时实施例4组合物与酒精的冰点比较
从表3中可以看出，实施例8组合物的冰点要比相同浓度酒精的冰点低许多，这说明与单纯的酒精做载冷剂相比，在相同浓度下，本发明的组合物可以在更低的温度下使用。这实现这一目的，一方面与醇的配比有关，另一方面适量加入的防蚀剂也有抑制组份挥发和降低冰点的作用。
Claims (4)
1、一种工业用对金属有防蚀防垢性的传热介质，主要由水、C1～C4水溶性醇和防蚀剂组成，其特征是该传热介质主要由下列组份的重量百分比组成：
C1～C4水溶性醇 9～26％
防蚀剂 6.5～9％
阻垢剂 0.1～0.2％
工业碱 0～1％
水 65～84％
PH值 7～10。
2、一种工业用对金属有防蚀防垢性的传热介质，主要是由C1～C4水溶性醇与防蚀剂配制成的浓缩液，其特征是该传热介质由下列组份的重量百分比组成：
C1～C4水溶性醇 91～99％
防蚀剂 0.9～9％
阻垢剂 0～0.05％
工业碱 0～0.05％
PH值 7～10。
3、按照权利要求1、2所述的传热介质，其特征是所述的C1～C4水溶性醇选用甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、二乙二醇它们中的一种或几种混合使用。
4、按照权利要求1、2所述的传热介质，其特征是所述的防蚀剂选用磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐、钼酸盐、苯甲酸盐、EDTA钠盐它们中的一种或几种混合使用，每种防蚀剂的用量不超过传热介质总重量的5％。
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