CN103849881A

CN103849881A - 一种工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂及其制备方法

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Publication number: CN103849881A
Application number: CN201410090478.8A
Authority: CN
Inventors: 郑超
Original assignee: JIANGSU LIGHT INDUSTRY RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: JIANGSU LIGHT INDUSTRY RESEARCH AND DESIGN INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: CN103849881B

Abstract

本发明公开了一种工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂及其制备方法，属于化学除垢技术领域。所述的清洗剂由柠檬酸、醋酸、渗透剂JFC-E、椰子油酸二乙醇酰胺、月桂醇硫酸钠、平平加O-10、2-硫醇基苯并噻唑、硫脲、乙二胺四亚甲基膦酸钠、氟化钠、氢氟酸、盐酸和去离子水组成，通过将各组分混合后搅拌均匀，即得产品。该清洗剂是一种除垢效果好、洗净力强、使用便捷、对环境友好、生物降解率高和绿色环保的清洗剂，此外，该清洗剂对设备的腐蚀速率极低。

Description

一种工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学除垢技术领域，尤其是一种适用于工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂及其制备方法。

背景技术

工业发酵中糊化、糖化等工艺过程需要进行加热或保温等热交换，不锈钢热交换盘管是一种常用热交换设备，盘管进行热交换时其热交换介质工业用水闭路循环使用，盘管热交换作业时不与原料和产品接触，不对发酵物质产生污染，具备快速、简便的优点，被发酵工业广泛运用。

盘管进行热交换时，热交换介质工业用水闭路循环使用，随着运行时间延续，盘管内水中矿物质浓度不断增加，水中无机盐大于溶解度结晶附着于器壁析出为垢，垢多为混合垢，包括海绵状碳酸盐（CaCO₃、MgCO₃）、石膏状硫酸盐（CaSO₄、MgSO₄）、玻璃状硅酸盐以及粘片状铁垢（磁体垢或赤铁垢/Fe₂O₃、FeO）和生物胶泥等，水垢热阻很大，使得热交换效率降低、能耗增高、影响设备传热效果，严重的可能发生垢下腐蚀，造成盘管蠕变或者局部过热，损坏设备。

目前，对于盘管清洗，有以下几种方法：

1、高压射流清洗技术：将高压泵所提供高压低流速的水流在喷嘴处转换为低压高流速的射流，射流利用较高冲击动能，连续不断地作用于被清洗表面，使污垢脱落，达到清洗目的。该技术缺点是需要高压动力源，弯管处清洗作用欠佳。

2、超声波清洗技术：超声发生器将超音频电能转换成同频率机械振动传入清洗剂，超声波产生微小气泡形成空化效应，连续不断作用于物体表面，使污垢脱落，清洗效果较好，但清洗所需的成本较高。

3、PIG清洗技术：高压状态下，子弹状聚氨酯材料（PIG）通过与管道摩擦达到去污的目的。该技术清洗效果好，但是所需的配套装置较复杂，通常需要配备PIG跟踪定位、发射接收装置，动力源压力监测装置；此外，PIG清洗技术对管道有选择性，要求管径应大于50mm，管线上截止阀应为球阀或平板闸阀。不难看出，此法清洗成本高、对操作技术要求较高，不利于大规模推广。

4、酸法清洗技术：以工业盐酸、硫酸和硝酸中的一种或几种为清洗剂，强酸性清洗剂清洗效果良好，但清洗剂酸性强、对金属设备具较大腐蚀性，操作时存在安全隐患。

5、ACR清洗技术：利用碱性清洗剂代替酸性清洗剂，以EDTA钠盐和铵盐为主，添加丁烯酸酐、羟胺和多乙基醇胺等，在一定条件下除铁垢和铜锈。在国外有一些实际运用，此技术应用效果良好，但实际应用中对温度、酸碱度控制要求较高（比如除铁锈时工艺条件pH9.0～9.5、温度120～126℃；除铜锈时pH9.0～9.5、温度60～80℃），清洗成本高，国内推广度不大。

6、机械除垢法：采用诸如铁钎和铁锤敲打，缺点是费工费时，清洗效果一般，不当操作还会对设备造成损伤。

当然还有其他一些清洗技术在运用，但是目前这些清洗技术总存在这样或那样的不足，比如有的需要配备专用设备、提供高压、有的会产生令人不愉快的声波、有的对清洗的管件形状有要求、有的清洗效果一般等等，不一而足。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题提供一种除垢效果好、洗净力强、使用便捷、对环境友好、对设备不造成腐蚀、生物降解率高和绿色环保的的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂。

本发明还有一个目的是提供上述工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂，所述的清洗剂由下列重量百分比的原料组成：

柠檬酸 1.0%～5.0%

醋酸 1.0%～5.0%

渗透剂JFC-E 4.0%～8.0%

椰子油酸二乙醇酰胺 2.0%～8.0%

月桂醇硫酸钠 1.0%～5.0%

平平加O-10 1.0%～5.0%

2-硫醇基苯并噻唑 0.1%～2.0%

硫脲 0.1%～1.0%

乙二胺四亚甲基膦酸钠 0.01%～0.10%

氟化钠 0.1%～1.0%

氢氟酸 1.0%～5.0%

盐酸 2.0%～5.0%

去离子水 69.0%～85.0%。

本发明所述的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂中各原料组分重量百分数之和为100%。

优选所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸3.0～4.0%，醋酸2.0～5.0%，渗透剂JFC-E5.0～6.5%，椰子油酸二乙醇酰胺2.0～4.0%，月桂醇硫酸钠1.0～2.0%，平平加O-10 1.5～3.0%，2-硫醇基苯并噻唑0.1～0.2%，硫脲0.1～0.2%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.1～0.2%，氢氟酸4.0～5.0%，盐酸3.0～5.0%，去离子水69.97～73.07%。本发明所述的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂中各原料组分重量百分数之和为100%。

进一步优选所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸3.0%，醋酸5.0%，渗透剂JFC-E5.0%，椰子油酸二乙醇酰胺4.0%，月桂醇硫酸钠2.0%，平平加O-10 1.5%，2-硫醇基苯并噻唑0.2%，硫脲0.1%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.2%，氢氟酸4.0%，盐酸5.0%，去离子水69.97%。

或进一步优选所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0%，醋酸2.0%，渗透剂JFC-E6.5%，椰子油酸二乙醇酰胺2.0%，月桂醇硫酸钠1.0%，平平加O-10 3.0%，2-硫醇基苯并噻唑0.1%，硫脲0.2%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.1%，氢氟酸5.0%，盐酸3.0%，去离子水73.07%。

所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）取一部分去离子水、柠檬酸和醋酸混合，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液a；

（2）以另一部分去离子水，分别将渗透剂JFC-E、椰子油酸二乙醇酰胺、月桂醇硫酸钠和平平加O-10溶解，将溶解后的各组分加入混合液a中，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液b；

（3）向混合液b中分别加入2-硫醇基苯并噻唑、硫脲和乙二胺四亚甲基膦酸钠，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液c；

（4）向混合液c中加入氟化钠，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液d；

（5）向混合液d中分别加入氢氟酸和盐酸，搅拌至各组分混合均匀，得到混合液e；

（6）将余量去离子水加入混合液e中，搅拌至各组分混合均匀，搅拌后静置40～60分钟。

步骤（1）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为10～15min；所述的一部分去离子水为去离子水总用量的1/3。

步骤（2）中搅拌的速度为15～20rpm，搅拌的时间为30～40min；所述的另一部分去离子水为去离子水总用量的1/3。

步骤（3）中搅拌的速度为30～40rpm，搅拌的时间为20～30min。

步骤（4）中搅拌的速度为40～50rpm，搅拌的时间为5～10min。

步骤（5）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为5～10min。

步骤（6）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为30～50min。

本发明技术方案中2-硫醇基苯并噻唑、平平加O-10和乙二胺四亚甲基膦酸钠组成复合缓蚀剂，通过该配方中的复合缓蚀剂协同作用可使得基体被清洗后表面形成钝化膜，阻止金属被进一步氧化，起到钝化防腐作用；该复合缓蚀剂与柠檬酸、醋酸、渗透剂JFC-E、椰子油酸二乙醇酰胺、月桂醇硫酸钠、硫脲、氟化钠、氢氟酸、盐酸和去离子水混合制备得到的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂具有较好的除垢和防腐蚀效果。

本发明的有益效果：

本发明解决了工业发酵罐不锈钢加热盘管的化学除垢问题，与现有的盘管清洗技术相比，本发明的清洗剂具有性质稳定、对金属盘管基体腐蚀速率极低、除垢效果好、洗净力强，制备便捷和使用周期长等。在清洗效果上，完全满足工业发酵加热盘管除垢需要。此外，本发明所制备的清洗剂还具有添加方便、可循环使用，使用过程能耗低、过程安全、不含有损大气层的卤代烃和促使水体富营养化的磷化合物，对环境友好，符合国家对金属清洗产业的绿色环保、节能减排的产业发展方向要求的特点。

同时，本发明所制备的清洗剂可有效避免污垢二次沉积，清洗后盘管内壁光滑通畅，洗后金属表面洁净且有一定防锈能力，复合缓蚀剂的添加使用提高了金属基体防腐能力。

附图说明

图1为本发明工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂的制备方法流程图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此：

原料：柠檬酸：（西陇化工股份有限公司、≥99.5%、AR）；

醋酸：（西陇化工股份有限公司、≥99.5%、AR）；

渗透剂JFC-E：（江苏省海安石油化工厂、≥99%、工业品级）；

椰子油酸二乙醇酰胺：（常州培尔化工有限公司、1:2型70%、工业品级）；

月桂醇硫酸钠：（上海制皂有限公司、99%、工业品级）；

平平加O-10：（上海制皂有限公司、98%、工业品级）；

2-硫醇基苯并噻唑：（上海威方精细化工有限公司、99.0%、医药级）；

硫脲：（南京化学试剂有限公司、≥98.0%、CP）；

乙二胺四亚甲基膦酸钠：（常州市科威精细化工有限公司、30%、工业品级）；

氟化钠：（南京化学试剂有限公司、≥98.0%、AR）；

氢氟酸：（国药集团化学试剂有限公司、≥40.0%、AR）；

盐酸：（南京化学试剂有限公司、36%～38%、AR）。

实施例1

（1）将233.2kg去离子水、30kg柠檬酸和50kg醋酸加入反应釜中，以速度为40rpm的速度搅拌15min，制备得到混合液a；

（2）取去离子水233.2kg，分别将50kg渗透剂JFC-E、40kg椰子油酸二乙醇酰胺、20kg月桂醇硫酸钠和15kg平平加O-10溶解，将溶解后的各组分加入混合液a中，以速度为15rpm的速度搅拌40min，制备得到混合液b；

（3）向混合液b中分别加入2kg2-硫醇基苯并噻唑、1kg硫脲和0.3kg乙二胺四亚甲基膦酸钠，以速度为30rpm的速度搅拌30min，制备得到混合液c；

（4）向混合液c中加入2kg氟化钠，以速度为40rpm的速度搅拌10min，制备得到混合液d；

（5）向混合液d中加入40kg氢氟酸和50kg盐酸，以速度为30rpm的速度搅拌10min，制备得到混合液e；

（6）将剩余的去离子水加入混合液e中，以速度为30rpm的速度搅拌50min，搅拌后静置40分钟，出料即得成品。

依据JB/T4323.1《水基金属净洗剂》标准，参照GB/T12612《多功能钢铁金属表面处理液通用技术条件》标准，按照JB/T4323.2《水基金属净洗剂试验方法》标准的规定对本实施例2中的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂的清洗能力、腐蚀性能等技术指标进行检测。

其中：清洗能力——清洗率为98.1%；

腐蚀性——于（40℃±2℃）/4h，试片表面无腐蚀点无明显变色，符合外观0级；质量变化率△M0.0235mg，小于2.0mg（高效型规定值）；

腐蚀速率（静态挂片失重法）—0.516g/(m².h)［换算为金属腐蚀深度指标为0.576mm/年］，符合HG/T2387《工业设备化学清洗质量标准》规定的碳钢类设备腐蚀速度≤6g/(m².h)的要求；

盐雾试验［（35±1）℃、沉降率2.0mL/(h.80cm²)］，保持200小时不生锈。

经工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂处理过的工业发酵罐不锈钢热交换盘管可保持12～18个月不结垢，换热效率提高2～3倍，综合性能远远优于其它清洗工艺效果。

检测结果表明本发明完全满足JB/T4323.1和GB/T12612对以上技术指标的规定要求。

上述实施例中，缺少2-硫醇基苯并噻唑、平平加O-10和乙二胺四亚甲基膦酸钠组成的复合缓蚀剂中的任意一种组分，清洗能力都低于85%。此外，采用盐雾试验方法，研究表明缺少复合缓蚀剂中的任一组分，基体保持不生锈的时间都小于120小时。

实施例2

（1）将243.6kg去离子水、40kg柠檬酸和20kg醋酸加入反应釜中，以速度为60rpm的速度搅拌10min，制备得到混合液a；

（2）取去离子水243.6kg，分别将65kg渗透剂JFC-E、20kg椰子油酸二乙醇酰胺、10kg月桂醇硫酸钠和30kg平平加O-10溶解，将溶解后的各组分加入混合液a中，以速度为20rpm的速度搅拌30min，制备得到混合液b；

（3）向混合液b中加入1kg2-硫醇基苯并噻唑、2kg硫脲和0.3kg乙二胺四亚甲基膦酸钠，以速度为40rpm的速度搅拌20min，制备得到混合液c；

（4）向混合液c中加入1kg氟化钠，以速度为50rpm的速度搅拌5min，制备得到混合液d；

（5）向混合液d中加入50kg氢氟酸和30kg盐酸，以速度为50rpm的速度搅拌5min，制备得到混合液e；

（6）将剩余的去离子水加入混合液e中，以速度为50rpm的速度搅拌30min，搅拌后静置60分钟，出料即得成品。

性能检测：

采用实施例2的制备得到的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂进行如下测试：

生物降解率测试：研究发现，表面活性剂生物降解较难时会对环境可造成不可逆转的影响或损害，有资料表明，当表面活性剂使水的表面张力降至50mN/m时，水中的鱼类就会出现生存困难。配方中主表面活性剂—渗透剂JFC-E为环保型表面活性剂，月桂醇硫酸钠无毒、生物降解度大于90%，清洗剂中不含有损大气层的卤代烃和促使水体富氧化的磷化合物，对环境友好。采用工业循环水中化学需氧量COD方法测试生物降解率，第1天为70.2%、第7天为84.3%、第14天为91.5%、第28天为96.1%，第35天为98.5%，实验数据表明生物降解率随时间推移而升高，第五周时已达到98.5%，所以工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂易于生物降解，对环境友好。

依据JB/T4323.1《水基金属净洗剂》标准，参照GB/T12612《多功能钢铁金属表面处理液通用技术条件》标准，按照JB/T4323.2《水基金属净洗剂试验方法》标准的规定对本实施例2中的工业发酵罐不锈钢热交换盘管清洗剂的清洗能力、腐蚀性能、漂洗性及高低温稳定性等技术指标进行检测，检测结果表明本发明完全满足JB/T4323.1和GB/T12612对以上技术指标的规定要求。

其中：清洗能力——清洗率为98.5%，较现阶段其它清洗方式的清洗率（75%～96.0%）高2.1%～23.5%；

腐蚀性——于（40℃±2℃）/4h，试片表面无腐蚀点无明显变色，符合外观0级；质量变化率△M 0.0198mg，小于规定值2.0mg（高效型）；

高低温稳定性能——在（60℃±2℃/6h恢复室温再-18±3℃/1h恢复室温）条件下，均匀，不分层，无析出物和絮状物；

漂洗性——在常温型/（30℃±2℃）条件下，无清洗剂残留物。

腐蚀速率（静态挂片失重法）—0.402g/(m².h)［换算为金属腐蚀深度指标为0.450mm/年］，符合HG/T 2387《工业设备化学清洗质量标准》规定的碳钢类设备腐蚀速度≤6g/(m².h)的要求；

Claims

1.一种工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂，其特征在于：所述的清洗剂由下列重量百分比的原料组成：

柠檬酸 1.0%～5.0%

醋酸 1.0%～5.0%

渗透剂JFC-E 4.0%～8.0%

椰子油酸二乙醇酰胺 2.0%～8.0%

月桂醇硫酸钠 1.0%～5.0%

平平加O-10 1.0%～5.0%

2-硫醇基苯并噻唑 0.1%～2.0%

硫脲 0.1%～1.0%

乙二胺四亚甲基膦酸钠 0.01%～0.10%

氟化钠 0.1%～1.0%

氢氟酸 1.0%～5.0%

盐酸 2.0%～5.0%

去离子水 69.0%～85.0%。

2.根据权利要求1所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂，其特征在于：所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸3.0～4.0%，醋酸2.0～5.0%，渗透剂JFC-E5.0～6.5%，椰子油酸二乙醇酰胺2.0～4.0%，月桂醇硫酸钠1.0～2.0%，平平加O-10 1.5～3.0%，2-硫醇基苯并噻唑0.1～0.2%，硫脲0.1～0.2%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.1～0.2%，氢氟酸4.0～5.0%，盐酸3.0～5.0%，去离子水69.97～73.07%。

3.根据权利要求2所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂，其特征在于：所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸3.0%，醋酸5.0%，渗透剂JFC-E5.0%，椰子油酸二乙醇酰胺4.0%，月桂醇硫酸钠2.0%，平平加O-10 1.5%，2-硫醇基苯并噻唑0.2%，硫脲0.1%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.2%，氢氟酸4.0%，盐酸5.0%，去离子水69.97%。

4.根据权利要求2所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂，其特征在于：所述的清洗剂由以下重量百分比的原料组成：柠檬酸4.0%，醋酸2.0%，渗透剂JFC-E6.5%，椰子油酸二乙醇酰胺2.0%，月桂醇硫酸钠1.0%，平平加O-10 3.0%，2-硫醇基苯并噻唑0.1%，硫脲0.2%，乙二胺四亚甲基膦酸钠0.03%，氟化钠0.1%，氢氟酸5.0%，盐酸3.0%，去离子水73.07%。

5.一种权利要求1所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中搅拌的速度为40～60rpm，搅拌的时间为10～15min；步骤（1）中所述的一部分去离子水为去离子水总用量的1/3。

7.根据权利要求5所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中搅拌的速度为15～20rpm，搅拌的时间为30～40min；步骤（2）中所述的另一部分去离子水为去离子水总用量的1/3。

8.根据权利要求5所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中搅拌的速度为30～40rpm，搅拌的时间为20～30min。

9.根据权利要求5所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤（4）中搅拌的速度为40～50rpm，搅拌的时间为5～10min。

10.根据权利要求5所述的工业发酵罐不锈钢加热盘管清洗剂的制备方法，其特征在于：步骤（5）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为5～10min，步骤（6）中搅拌的速度为30～50rpm，搅拌的时间为30～50min。