CS254228B1 - Přísada do vodného média - Google Patents

Abstract

Zníženie hydraulického odporu, resp. strát tlaku třením vodného média sa dosahuje přísadou 1.1G'5 až 0,3% hmot. (1. . IQ-3 až 5.10-2 % hmot.) parciálně zmydelneiiélio polyvinyiacetátu so stupftom hydrolýzy 45 až 99,9 % mol. (60 až 92 % mol.), připadne s přísadami stabiiizátorov (biccídy, antikoroživne přísady). Tak s přísadou 1,5.10-2% hmot. parciálně zmydelneného polyvinyiacetátu so stupňom hydrolýzy 88 % mol. do chladiacej vody a v porovnaní s čistou vodou, priemerná hodnota koeficientu zníženia strát tlaku třením až 62 %. Přísada depresátora má použitie hlavně v uzavretých chladiacich systémoch v energetickom hospodárstve prakticky všetkých ipriemyselných odvětví, ale tiež v pofnohosipodárstve a v protipožiarnej ochraně.

Description

254228

Vynález sa lýka použitia přísady syntetic -kého polymeru alebo polymárov do vodné-ho média na zníženie strát tlaku 'třením a//alebo hydraulického odporu, čím sa znač-né zníži energetická náročnost při ich čer-paní, resp. potlačí sa disipácia energie vturbulentnom toku vody alebo vodných roz-tok o v. Už dávnejšie sa. intenzívně skúma Tomso-nov jav alebo zníženie strát tlaku třenímprúdiacich kvapalín, najma prúdiacej vodya vodných roztokov, s aplikáciou polymér-nych aditívov (Soo S. L.: Gidrodinamikamnogofaznych sistem. Izdatelstvo „Mír“,Moskva /1971/; Goldstein R. J. a i.: Ind.Eng. Chem. Fundam. 8, 19Θ9, s. 498;

Wang Chlen-bang: Ind. Eng. Chem. Fun-dam 11, 1972, s. 546). Ěxperimentálny výskům sa robil v širokom rozsahu dru-hov a koncentrácií polymérných adití-vov, ich mólovej hmotnosti, vplyvu tep-loty a pH roztokov, vrátane skúmania me-chanickej degradácie aplikovaných polymé-rov (Patterson G. K. a i.: The Physics ofFluids 20, 1977, s. 68; White D. J. a i.: AICHEJ„ 21, 1975, s. 1 027; Sedov L. J. a i.: Izv. ANSSSR, MŽB Moskva 1974, s. 205; FrenkielF. N. a i.: Structure of Turbulence and DragReduction, Aro. Inst.. of Physics, New York1977), zvlášť rozpuštěných vo vodě. )e tiežznáme (Virk P. S.: AICHE J„ 21, 1975, s.625; Seyer F. A, a i.: tamtiež 15, 1969, s.426), že zníženie strát tlaku třením zriede-ných vodných roztokov polymérov (v po-rovnaní s čistou vodou) sa pozoruje až voblasti přechodného turbulentného charak-teru toku, v závislosti od koncentrácie amólovej hmotnosti aditívu. Taký vplyv nazníženie strát tlaku třením prúdiacej vodys prímesou polyméru v porovnaní so samot-nou prúdiacou vodou majú polyglykolv,resp. polyetylénoxid s molekulovou hmot-nosfou řádové 10-5 a vyššie (Kutateladze S. S., Mironov B. P.: Eksiperimentáfnoe iss-ledovanie nristennych turbulentnych teorij,s. 60. Nauka, Novosibirsk 1975; SchowalterW. R.: Mechanics of Non-newtonian Fluids,s. 244. Pervamon Press, Oxford 1978; SedovL. J. a i.: O rasčetach turbulentnych pogra-ničnvch sioev s malvmi dobavkami polyme-rov, s 205, Nauka, Moskva 19741. Ďalej po-Ivakrvlamid a čiastočne hydrolyzovaný no-lyakrvlamid, ako aj guárová guma (NikitinI. K. a i.: Profil' skorostei i soprotivleniiatrenia v turbolentnom točenii. s. 93. Gidro-mechanika. Moskva 1971). Potom karboxy-metvlcelulóza s hvdroxvetvlcelulóza v kon-centráciach 0.1 až 0.5 % hmot. fLodes A.,Zaliberová A.. Hudáčková H.: Zborník 4.celoštátnei konferencie Reolonie kapalin vprůmyslové praxi, s. 177 až 182. Velké Kar-lovice 1981).

Uvedené přísady, či depresátory do vod-ných médií si však vyžadujú polvméry smimoriadne vysokými molekulovými hmot-nosťami, ktorých výroba je technicky nároč-nejšia alebo aj vyššie koncentrácie. Tiež vi- 4 nou degradácie přísad polymérov sa výraz-né znižuje ich „životnost“, mění ich účin-nost ap.

Avšak podstatou tohto vynálezu je použi-tie parciálně zmydelneného polyvinylacetá-tu so vstupňom hydrolýzy 45 až 99,9 %mól., s výhodou soi stupňom hydrolýzy 60až 92%, v celkovom množstve sušiny 1.. 10-5 až 0,3 % hmot., s výhodou 1. 10~3 až5 .10~z % hmot., připadne navýše ešte s vo-dorozpustným stabilizátorom systému, s vý-hodou vodorozpustným biocídom a/aleboantikorodantom, ako přísady do vodnéhomédia, s výhdou do chladiacej vody vo vý-meniníkoch tepla a v cirkulačných chladia-cich systémoch, na zníženie strát tlaku tře-ním a/alebo hydraulického odporu.

Technický pokrok použitia přísady dovodných médií podlá tohto vynálezu nespo-čívá len v nájdení novej syntetickej poly-mérnej přísady do vod a vodných rozto-kov na zníženie hydraulického odporu, stráttlaku třením pri ich transporte, ale aj vmimoriadne vysokom účinku parciálně zmy-delneného polyvinylacetátu a tým v zníže-ní spotřeby elektrickej energie pri apliká-cii, ako v porovnaní so známými vodoroz-pustnými polymérmi, dokonca s požadova-nými mimoriadne vysokými molekulovýmihmotnosťami, používanými na podobné ú-čely, tak aj s čistým polyvinylalkoholom.Dalej poměrně značná stabilita novej pří-sady, pri aplikácii praktická necitlivost nainé připadne potřebné přísady do chladia-cich systémov a technická dostupnost.

Pri výbere parciálně zmydelneného po-lvvinylacetátu je vhodné dbať hlavně na do-siahnutý stupeň hydrolýzy, ktorý nemožebyť pod 45 % mól: z dóvodov zlej rozpust-nosti, či prakticky nerozpustnosti vo vodě.Podobné, nízku účinnost má aj samotný čis-tý polyvinylalkohol. Najvhodnejšie je volit’parciálně zinydelnený polyvinylacetát sostupňom hydrolýzy v rozsahu 60 až 92 %mól. Pre vysokú účinnost na straně jednejje zapotreby vodorozpustnosť, ale na stra-ně druhej aj přítomnost hydrofobizujúcichacetylových skupin. Parciálně zmydelnenýpolyvinylacetát sa može aplikovat ako voformě vysušeného, teda samotného parciál-ně zmydelneného polyvinylacetátu, tak ajvo formě vodného alebo vodno-metanolic-kého roztoku, připadne voďno-glykolovýchroztokov. Vhodný je hlavně vo formě vod-ného roztoku alebo vo formě vodno-meta-nolického roztoku, s případnými prímesamimetylacetátu. Údaje o koncentráciach parciálně zmy-delneného polyvinylacetátu v upravenýchvodách, resp. vo vodných médiach sa počí-tajú z hmotnosti sušiny, resp. čistého poly-méru a sú v rozsahu 1. 1CU5 až 0,3 % hmot.Najvyššia účinnost sa však dosahuje v hra-niciach 1.10-3 až 5.10~2 % hmot.

Pod vodným médiom sa rozumie jednakvoda akO' taká, pramenitá, riečna, demine- 254228 5 ralizovaná ap., najma však recirkulovanácez výmenníky tepla a chladiace stanice,jednak vodné roztoky anorganických a/ale-bo organických zlúčenín. Spravidla nežia-dúcimi nečistotami takýchto vodných mé-dii sú koloidné častíce i jemné suspenzie,ktoré na svojom povrchu můžu adsorbovatparciálně zmydelnený polyvinylacetát atým znižovať efektívnu koncentráciu přísa-dy (depresátora).

Na zvýšenie životnosti, ako aj reprodukovateřnosti zníženia hydraulického odporu astrát tlaku třením je vhodné aplikovat na-výše přísady známých biocídov, pretožemikroorganizmy a enzýmy bývajú spravidlahlavnou příčinou degradácie přísad polymé-rov vo vodě. Dalej antikorozívne přísady,antioxidanty (hydrazínhydrát), připadne vo-dorozpustné faribivá ap. Pri použití depre-sátora podlá tohto vynálezu, možno kombi-novat přísady parciálně zmydelneného po-lyvinylacetátu i s inými, známými polymér-mi a kopolvmérmi, znižujúcimi stratytlaku, třením a hydraulický odpor vodnýchmédií. Přísady do prúdiacej vody, resp. chladia-cich vod možno přidávat jednorázové ale-bo po častiach, připadne kontinuitne. Kon-tinuitné ipridávanie prichádza do úvahy naj-ma v prípadoch prúdenia nevratných vod,ako pri použití vody na hasiace (vačšia do-sázíte 1'nosť hasiacej vody] účely alebo za-vlažovanie. Pri takejto aplikácii možnonavýše do vody přidávat stimulátory rastu,zlúčeniny mikroelementov — bioprvkov,pesticidy ap. Ďalšie údaje 0' možnostiach použitia de-presátora pódia tohto vynálezu, ako aj ďal-šie výhody sú zřejmé z príkladov. Příklad 1 V rúrkovom výmenníku kondenzuje vod-ná para s tlakom 0,2 MPa. Chladiaca vodasa ohrieva z 20 na 40 °C. Vo výmenníkuprúdi 63 700 kg vody/h pri kondenzécii3 636 t pary/h. Vo výmenníku je 40 paralel-ných rúrok, ktorými prúdi voda. Rúrky má-jů priemer 26 X 2 mm a dížku 3 m. Vodasa čerpá čerpadlom odstředivým s účinnos-fou 42 %. Po přidaní do vody 8,7.10-4 %hmot. počítané na hmotnost vody vodnéhomédia parciálně zmydelneného polyvinyl-acetátu, so stupňom hydrolýzy polyvinvl-acetátu 52,5 % mol. (so 46% acetátovýchskupin] vo formě jeho vodno-metanolické-ho roztoku o koncentrácii (sušině) 8,7%hmot., t. j. v množstvo 1.10-2 % hmot. jekoeficient úbytku strát tlaku 18 %.

Reynoldsovo kritérium v rúrkach je26 900. Súčinitel' strát tlaku třením vodv je0.0245 a roztoku s polymérom — parciálnězmydelneným polyvinylacetátom je 0,0201.Stratová výška třením v případe vody je3,73 m; výkon čerpadla 0,066 kW; potřebnýpříkon 565,2 kWh a spotřeba elektrickejenergie 4,88.107 kWh/rok (r). 6 V roztoku chladiacej vody s přídavkem 8.7.10- 4 % hmot. parciálně zmydelneného·polyvinylacetátu je stratová výška třenímv případe prúdenia roztoku 3,05 m; výkončerpadla 0,054 kW; potřebný příkon 464,4kWh a spotřeba elektrickej energie je tak4,01.107 kWh/r. Ročná úspora elektrickejenergie je 8,7. 10® kWh, t. j. 3,132 . 10® MJ vpřípade, že sa použije namiesto samotnejvody uvedený vodný roztok a množstvo par-ciálně zmydelneného polyvinylacetátu sostupňom hydrolýzy 52,5 % mol.

Podobný výsledok sa dosahuje aj s vo-dou, obsahujúcou okrem 8,7.10-4 % hmot.parciálně zmydelneného' polyvinylacetátuso stupňom hydrolýzy 52,5 % mól navýše spřísadou 0,1 % hmot. p-kumylfenolátu sod-ného ako biocídu. Příklad 2 V protiprúdmom výmenníku tepla typurúrka v rúrke sa má ochladzovať 0,1 m3/minbenzenu z teploty 78 °C na teplotu 26 °C.Chladí sa vodou, ktorej teplota na vstupeje 20 °C a na výstupe 40 °C. Vonkajšia rúr-ka chladiča má priemer 62 X 2 mm a vnú-torná. 36 X 2 mm. Benzen prúdi vo vnútornejrúrke. Tepelná vodivost' materiálu rúrok je34,9 w . m-1. K“1. Namiesto samotnej vodysa použije na chlademie voda s přísadou 1.6.10- 3 % hmot. parciálně zmydelnenéhopolyvinylacetátu, so stupňom hydrolýzy 88mól. % (so 14,5 % acetátových skupin), zktorého připravený vodný roztok o koncen-trácii 4 % hmot. pri teplete 20 °C je 13 mPa .. s vo formě vodného roztoku o koncentrá-cii (sušině) 15,47% hmot. (Sloviol R).

Na ochladenie benzéinu o prietoku 5 070kg. h-1 je spotřeba chladiacej vody pódiatepelnej bilancie 5 670 kg. h-1. Středná tep-lota benzenu je 52 °C a vody 30 °C. Zníženiestrát tlaku třením je 24 %.

Objemový prietok vody je 1,58.10-3 m3.. s-1, rýchlosť vody 0,731 m . s-1, ekvivalent-ný priemer 0,026 m. Hodnota Re kritéria je23 600. Dížka rúrky z rýchlostnej rovnicepřechodu tepla je 52 m, pričom tok teplaje 131 884 W a logaritmický střed teplot vovýmenníku je 17,4 K.

Straty tlaku vypočítané podlá Darcyhorovnice pre vodu (ak súčinitel strát tlakutřením vody určíme podlá Blasiusovej rov-nice) majú hodnotu 0,0254. V případe použitia chladiacej vody s ob-sahom 1,6.10-3 % hmot. uvedeného par-ciálně zmydelneného polyvinylacetátu jesúčinitel strát tlaku třením 0,0193.

Potřebný výkon na čerpanie chladiacejvody je za rok 667 008 kWh/r; v iprípadečerpania roztoku vody s uvedeným parciál-ně zmydelneným polyvinylacetátom je506 883 kWh/r. Úspora energie je tak pri použití uvede-ného roztoku vody na chladenie 160175kWh/r, resp. 576 630 MJ/r.

Claims (1)

1. 254228 Příklad 3 Zo zásobníka chladiacej vody je privádza-ná na jednotlivé chladiace miesta potru-bím o dlžke 1,2 km s vinútorným priemerom150 mm. Spotřeba vody je 4.ID-3 m3. s-1.Priemerná teplota vody je 20 CC. Chladiacavoda sa upraví prídavkom 8,7.ID-4 % hmot.parciálně zmydelneného polyvinylacetátuso stupňom hydrolýzy 52,5 °/o hmot., vo for-mě vodno-metanolického roztoku o koncen-trácii (sušině) 8,7% hmot. specifikované-ho v příklade 1. Pri danej teplote roztokuje koeficient zníženia súčinitefa strát tla-ku třením 9,4 %. Pri objemovom prietoku 4.10~3 m3.s_1je rýchlosť v potrubí 0,226 m. s_1. Reynold-sovo kritérium je 33 970. Potom súčiniteTstrát tlaku třením pre vodu je 0,0232 a prechladiacu vodu s obsahom 8,7.10~4 %hmot. uvedeného parciálně zmydelnenéhopolyvinylacetátu je 0,0210. Potřebný výkon čerpadla pre vodu je67 807 kWh a pre chladiacu vodu s obsa-hom parciálně zmydelneného polyvinylace-tátu je 61 308 kWh. Úspora elektrickej energie je tak 8 499kWh/h, resp. 202,14.10e MJ/r. Příklad 4 V rovnakom systéme ako v příklade 3 sapoužije upravená voda přidáním 1,547.10“2percent hmot. parciálně zmydelneného po-lyvinylacetátu so' stupňom hydrolýzy 88 %mól., specifikovaného' v příklade 2, vo for-mě v podstatě vodného roztoku (iba přímě-si metanolu a metylacetátu) o koncentrácii(sušině) 15,47 % hmot. Pri množstve přísady 1,547. 10“2 % hmot.parciálně zmydelneného polyvinylacetátudo chladiacej vody je priemerná hodnotakoeficientu zníženia strát tlaku třením u-pravenej vody až 62 %. Objemový prietok vody, resp. upravenéjvody je 4.ID-3 m3 . s-1; rýchlosf 0,226 m .. s_1; viskozíta upravenej vody 1,03.1O~3Pa . s; Reynoldsovo kritérium 32 895. Súčinitel' strát tlaku u čistej vody je0,0235 a upravenej vody přísadou 1,547 %hmot. parciálně zmydelneného polyvinyl-acetátu 0,009. Potřebný příkon na čerpadlo pre čistu vo-du je 69 212 kWh; pri čerpaní upravenej vo-dy 26 192 kWh. Hodinová úspora energie je 43 020 kWh,t. j. 1 338.106 MJ/r. Příklad 5 V rovnakom systémem ako v příklade 3sa použije upravená voda přísadou 1.10“2percent hmot. takmer úplné zmydelneného'polyvinylacetátu so stupňom hydrolýzy99,7% mól., teda s přísadou 1.10“2 %hmot. počítané na vodu prakticky čistéhopolyvinylalkoholu. Pri uvedeinej koncentrácii polyvinylalko-holu v upravenej vodě v porovnaní s čistouvodou je priemerne koeficient zníženiastrát tlaku třením 2,2 %. Objemový prie-tok vody je 4.ÍO-3 m3 . s_1; rýchlosť 0,226m. s“1; viskozíta upraveného roztoku je1,04 . ID“3 Pa . s a Reynoldsovo kritérium32 500. Súčinitel' strát tlaku třením čistej vodyje 0,0236 a upravenej vody 0,0230. Potřeb-ný příkon na čerpadlo pre čistu vodu je69 212 kWh a pre upravenú vodu 67 524kWh. Hodinová úspora elektrickej energie je1 597 kWh, čo je 49,67 MJ/r. Z uvedeného vyplývá, že prakticky čistýpolyvinylalkohol na rozdiel od parciálnězmydelneného polyvinylacetátu spósobí lenmalé zníženie strát tlaku prúdiacej vodytřením a tak len malú úsporu energie. p R E D M e τ Použitie parciálně zmydelneného polyvi-nylacetátu so stupňom hydrolýzy 45 až 99,9percent mól., s výhodou so stupňom hydro-lýzy 60 až 92 % mól., v celkovom množstvesušiny 1.10“5 až 0,3 % hmot., s výhodou1.10”3 až 5.10“2 °/o hmot., připadne na-výše ešte s vodorozspustným stabilizátorom systému, s výhodou vodorozpustným biocí-dom a/alebo antikorodantom, ako přísadydo vodného média, s výhodou do chladia-cej vody vo' výmenníkoch tepla a v cirku-lačných chladiacich systémoch, na ziníženiestrát tlaku třením a/alebo hydraulickéhoodporu. Ssverografla, n. p. zdvod 7, Most Csna 2,40 KEs