DE2651438B2

DE2651438B2 - Verwendung eines Zusatzmittels zu Wasser zur Verhinderung von Ansatzbildungen an Heizflächen insbesondere von thermischen Meerwasserentsalzungsanlagen

Info

Publication number: DE2651438B2
Application number: DE2651438A
Authority: DE
Inventors: Natvarlal B. Dipl.-Chem. Dr.Rer.Nat. 4220 Dinslaken Desai
Original assignee: GRILLO-WERKE AG 4100 DUISBURG; Ludwig Taprogge Reinigungsanlagen fur Roehren- Waermeaustauscher 4000 Duesseldorf
Current assignee: GRILLO-WERKE AG 4100 DUISBURG; Ludwig Taprogge Reinigungsanlagen fur Roehren- Waermeaustauscher 4000 Duesseldorf
Priority date: 1976-11-11
Filing date: 1976-11-11
Publication date: 1980-01-24
Also published as: GB1551894A; HK30180A; IL53157A0; JPS5727755B2; NL7712323A; BR7706951A; JPS5392392A; ES464054A1; FR2370697A1; US4200500A; AU512519B2; DE2651438A1; AU2964377A; IT1086987B; IL53157A; SU706019A3

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Zusatzmittels zu gelöste anorganische Salze enthaltendem Wasser in unterstöchiometrischen Mengen zur Verhinderung von Ansatzbildungen bei Temperaturen bis 14O⁰C an Heizflächen von vom Wasser durchströmten Vorrichtungen, insbes. von thermischen Meerwasserentsalzungsanlagen.

Meerwasser enthält bekanntlich neben Natriumchlorid, dessen Löslichkeit mit steigender Temperatur zunimmt, noch andere Salze, deren Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Beim Aufheizen und Aufkonzentrieren des Wassers in Meerwasserverdampfungsanlagen gelangen diese Salze in den übersättigten Zustand und kristallisieren aus, wobei sie sich bevorzugt in Krustenform auf den Heizflächen der Wärmetauscher ansiedeln. Die Hauptkrustenbildner sind CaCO₃, Mg(OH)₂ und CaSO₄ (vgl. »Chemie Ing.-Techn.« 47. Jahrgang [1974] Nr. 16, Seite 664 bis 669). Derartige Krustenansätze behindern den Wärmedurchgang, verkleinern den Strömungsquerschnitt und setzen demzufolge den Wirkungsgrad der Anlage herab und verursachen Stillstandszeiten. Im Stand der Technik kennt man die verschiedensten Zusatzmittel zur Verhinderung der genannten Ansatzbildungen.

So ist es beispielsweise bekannt (DE-OS 22 38 375), 1 :1-Copolymere aus Estern einfach ungesättigter, primärer Alkohole mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen mit gesättigten, gradkettigen oder verzweigten Carbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und Maleinsäureanhydrid oder Maleinsäure und/oder deren Salze insbes. bei der Wasserenthärtung zu verwenden. Solche Zusatzmittel funktionieren als Komplexbildner, d. h. ihre ansatzverhütende Wirkung beruht auf dem Vermögen, bestimmte Härtebildner, wie 7. B. Calcium, komplex zu binden. Besitzt das zu behandelnde Wasser besonders hohe Härtebildnerkonzentrationen, wie z. B. Meerwasser, und wird dieses Wasser zwecks Verdampfung auch noch besonders hohen Temperaturen bis 140⁰C unterworfen, wobei die Härtebildnerkonzentration im Restwasser weiter gesteigert wird, setzt das Komplexbindungsvermögen solcher Polymerisate praktisch aus und IaQt sich dann die Bildung der unerwünschten harten Schalen auf wärmeübertragenen Flächen nicht mehr verhindern (»Proceeding of the 4th International Symposium on Fresh Water from the Sea«, Vol.2 [1973] Seite 102). Hinzu kommt, daß die Herstellung solcher Polymerisate regelmäßig schwierig und demzufolge teuer ist und derartige Polymerisate oft toxisch nicht unbedenklich sind. Die einzelnen Monomere müssen sehr genau dosiert werden, andernfalls werden nämlich die Wirksamkeit beeinträchtigende Blockpolymerisate gebildet Bei der Polymerisation verwendete Lösungsmittel Katalysatoren und Restmonomere müssen peinlich genau entfernt werden, wozu man aufwendige Destillations- und Kristallisationseinrichtungen benötigt

Zwar ist es auch bekannt (US-PS 28 01 934, DE-OS 22 51 010), ungesättigte Fettderivate mit mindestens 12 Kohlenstoffatomen bei erhöhter Temperatur mit Maleinsäure und/oder Maleinsäureanhydrid umzusetzen. Die so gebildeten Addukte werden jedoch für ganz andere Zjvecke eingesetzt, nämlich als synthetische öle bzw. Kunststoffgileitmittel.
Der Erfindung: Hegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach sowie billig herstellbares und zugleich unter den eingangs beschnei men Einsatzbedingungen hochwirksames Zusatzmilte. zu finden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung wasserlöslicher, durch Umsetzung von ungesättigten, keine konjugierten Kohlenstoffdoppelbindungen aufweisenden Fettderivaten mit einer Kohlenstoffkettenlänge von Cio bis C_M und einer endständigen Carboxyl-, Ester- oder Alkoholgruppe sowie einer Jodzahl von 80 bis 200 mit Maleinsäureanhydrid und/oder Maleinsäure bei Temperaturen von 150 bis 200⁰C in Abwesenheit von Lösungsmitteln sowie Katalysatoren in einem Mengenverhältnis Fettderivate zu Maleinsäureanhydrid und/oder Maleinsäure von 1 :1 bis 1:2,5 hergestellter Reaktionsprodukte und/oder deren Alkalisalze als Zusatzmittel zu gelöste anorganisch-: Salze enthaltendem Wasser in unterstöchiometrischen Mengen ^ur Verhinderung von Ansatzbildungen bei Temperaturen bis 140⁰C an Heizflächen von vom Wasser durchströmten Vorrichtungen, insbes. auch von

-,-, thermischen Meerwasserentsalzungsanlagen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels ist sehr einfach. Die Ausgangsverbindungen können ohne weiteres in handelsüblicher Qualität eingesetzt werden. Als ungesättigte Fettderivate sind insbes. solche geeignet, welche zu 80 bis 95% eine Kohlenstoffkettenlänge von Ci6 bis C20 sowie eine Jodzahl von 150 bis 200 aufweisen. Die Reaktionszeit liegt im allgemeinen zwischen 30 Minuten und 5 Stunden. Bei der Reaktion werden vermutlich die Maleinsäureanhydrid- bzw.

(,5 Maleinsäuremoleküle unter C4-Ringbildung an die Kohlenstoffbindungen der Fettderivate addiert (»Angewandte Chemie«, 77. Jahrgang 1965 Nr. 10, Seite 452). Der Anhydridring öffnet sich unter milden Bedingungen

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unter Zusatz von wäßriger Natronlauge. Entlang der Gruppen. All das verdeutlicht das nachfolgende Kohlenstoffkette eingeführte Anhydridringe liefern beispielhafte Reaktionsschema: nach hydrolytischer Ringspaltung jeweils zwei COOH-

H = CH-CH₂CH = CH-CH₂CH = Ch (R = CH₃, C₂H₅; X = 2—7; Y = COOH, CH₂OH, COOCH₃)

C₄H₂O₃

R-CH₂CH
H —

OC

CH-CH₂CH
H H —

CH-CH₂CH. CH-(CH₂J_x-Y

CO

OC

CO

O H₂O

CO

R-CH₂CH CH-CH₂CH CH-CH₂CH CH-(CH₂)^-Y

COOH COOH COOH COOH COOH COOH

Nach Beendigung der Reaktion wird das Reaktionsprodukt zweckmäßigerweise noch in Alkalisalz überführt Durch die hol e Reaktionstemperatur besitzen die Reaktionsprodukte eine hohe chemische und thermische Beständigkeit Die Anwesenheit der Carboxyl- Gruppen verursacht anscheinend eine starke Polarität und gute Löslichkeit des Endproduktes in Wasser, obwohl ein langkettiges Fettderivat als Ausgangspunkt benutzt wird. Die Reaktionsprodukte können dem Wasser in Mengen bis zu 100 ppm beigegeben werden, im allgemeinen reicht jedoch eine Beigabe von 1 bis 10 ppm aus. Die Reaktionsprodukte erhöhen zwar auch die Löslichkeit aller Calcium- und Magnesiumsaize, fällen letztere jedoch bei höheren Temperaturen als amorphe Flocken aus, die überraschenderweise an den Heizflächen nicht anwachsen. Da die Reaktionsprodukte nur C₁ H und O enthalten, sind sie toxisch völlig unbedenklich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen im einzelnen erläutert:

Beispiel 1

26,b g eines langketfigen ungesättigten Fettalkohols folgender chemischer Zusammensetzung

Kohlenstoffkettenlänge Q₆ 5-10%
Kohlenstoffkettenlänge Ci₈ 86-94%
Knhlenstoffkettenlänge C₇₅ 0- 2%

und eines Jodzahlbereiches von 150—170 wird mit 19,4 g Maleinsäureanhydrid in 30 Minuten auf 150⁰C erhitzt und für 3 Stunden bei gleichbleibender Temperatur gehalten. Nach Beendigung der Reaktion wird die Reaktionsmischung auf 40⁰C abgekühlt und mit 180 g 14%iger wäßriger Natronlauge versetzt Vor der Behandlung mit Natronlauge hat das nach diesem Verfahren hergestellte Produkt eine Verseifungszahl von 570. Der Feststoffgehalt dieses Produktes liegt bei 25%. Das Produkt ist in Wasser sehr gut löslich und zeigt gute Verträglichkeit mit bekannten Antischaum-

mitteln.

Beispiel 2

Die im Beispiel 1 angegebene Fettalkoholmischung wird nach bekannter Methode mit Milchsäure verestert. 33,8 g dieser Ester wird mit
39,2 g Maleinsäureanhydrid bei

170⁰C in 4 Stunden nach oben beschriebenem Verfahren umgesetzt und aufgearbeitet. Die Verseifungszahl dieses Produktes beträgt 585.

Beispiel 3

,η 79,7 g einer Fettsäuremischung (Jodzahl 170—180) mit einem 82—88%igen Anteil an ungesättigter Fettsäure und ca. 12-18% an gesättigter (Ci₂-Cm Kettenlänge) Fettsäure wird mit 156,7 g Maleinsäureanhydrid bei 15O⁰C für 3 Stunden nach Beispiel 1 umgesetzt und mit 630 ml wäßriger Natronlauge (17%ig) aufgearbeitet. Man erhält ein hellbraunes Produkt mit einem Feststoffgehalt von ?«%. Die Verseifungszahl dieses Produktes vor Behandlung mit wäßriger Natronlauge wurde um 675 ermittelt.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung wasserlöslicher, durch Umsetzung von ungesättigten, keine konjugierten Kohlenstoffdoppelbindungen aufweisenden Fettderivaten mit einer Kohlenstoffkettenlänge von Cio bis C20 und einer endständigen Carboxyl-, Ester- oder Alkoholgruppe sowie einer Jodzahl von 80 bis 200 mit Maleinsäureanhydrid und/oder Maleinsäure bei Temperaturen von 150 bis 200⁰C in Abwesenheit von Lösungsmitteln sowie Katalysatoren in einem Mengenverhältnis Fettderivate zu Maleinsäurean-

hydrid und/oder Maleinsäure von 1:1 bis 1: 2£ hergestellter Reaktionsprodukte und/oder deren Alkalisalze als Zusatzmittel zu gelöste anorganische Salze enthaltendem Wasser in unterstöchiometrischen Mengen zur Verhinderung von Ansatzbildungen bei Temperaturen bis 140⁰C an Heizflächen von vom Wasser durchströmten Vorrichtungen, insbes. auch von thermischen Meerwasserentsalzungsanlagen.