RU2648351C1 - Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде - Google Patents

Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде Download PDF

Info

Publication number
RU2648351C1
RU2648351C1 RU2017120224A RU2017120224A RU2648351C1 RU 2648351 C1 RU2648351 C1 RU 2648351C1 RU 2017120224 A RU2017120224 A RU 2017120224A RU 2017120224 A RU2017120224 A RU 2017120224A RU 2648351 C1 RU2648351 C1 RU 2648351C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antiscalant
induction period
water
concentration
effective concentration
Prior art date
Application number
RU2017120224A
Other languages
English (en)
Inventor
Ирина Александровна Почиталкина
Павел Александрович Кекин
Дмитрий Феликсович Кондаков
Владимир Александрович Колесников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук (ИОНХ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева)
Priority to RU2017120224A priority Critical patent/RU2648351C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2648351C1 publication Critical patent/RU2648351C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в ряде отраслей промышленности для определения эффективной концентрации ингибиторов кристаллизации солей или антискалантов. Способ заключается в том, что готовят серию растворов конкретной технической воды с антискалантом концентрациями от 0,5 до 20,0 мг/л и при температуре, отвечающей технологическим параметрам оборудования, в котором используется техническая вода, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методом динамического светорассеяния, строят кинетическую кривую интенсивности роста частиц труднорастворимых солей, по которой определяют значение индукционного периода зародышеобразования, а по графику зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Сант) определяют его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта. Достигается повышение надежности и безопасности анализа, а также – экономия антискаланта. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в химической, энергетической и других родственных с ними отраслях промышленности для определения эффективной концентрации ингибиторов кристаллизации солей или антискалантов.
Концентрация солей жесткости (труднорастворимых солей) в воде многих природных водоемов и артезианских скважин близка к равновесному значению или превышает его. Это вызывает кристаллизацию солей, приводящую к солеотложению на внутренней поверхности трубопроводов, коммуникаций, мембран, теплообменного, технологического оборудования, а также связанные с этим проблемы технологического и экономического характера. Технология водоподготовки, направленная на подавление образования осадка, заключается в дозировании к воде антискалантов, действующими веществами которых являются органофосфонаты, ПАВы, полимеры.
Они адсорбируются на поверхности зародышей образующегося осадка, замедляют их рост и удерживают в растворе во взвешенном состоянии при концентрациях выше равновесного значения. Антискаланты имеют низкую адгезию к металлическим поверхностям и легко уносятся потоком жидкости. Некоторые ингибиторы слабо препятствуют кристаллизации солей, но при этом видоизменяют форму кристаллов и препятствуют их дальнейшему росту. Чаще всего в качестве ингибиторов используют соли фосфоновых кислот.
Известен способ аналитического определения содержания ионов Са2+, Mg2+, Fe2+ и т.д. труднорастворимых солей, таких как карбонат кальция и магния, сульфаты кальция и магния и т.д. в водных растворах (А.П. Крешков. Аналитическая химия. Т. 2. - М.: Химия. 1989 г.), по изменению которого можно судить о наличии или отсутствии кристаллизации определяемой соли.
Недостатком способа является длительность выполнения анализа, влияние мешающих ионов на точность определения, необходимость разделения суспензий центрифугированием для повышения точности анализа, использование множества реактивов.
Известен способ оценки размеров седиментационно устойчивых частиц в гелях (Инструкция по применению «Nanotrac ULTRA»), заключающийся в получении диаграммы распределения частиц по размерам в диапазоне 1,0 нм-6,5 мкм.
Недостатком способа является возможность использования прибора для получения гистограммы распределения частиц по размерам только в плотных средах, например, гелях, где седиментация исключается.
Известен способ (RU 2576053) обработки воды для ингибирования образования отложений, содержащих барий, который включает добавление порогового количества ингибитора образования отложений, содержащего аминокислоту, модифицированную алкилфосфоновой кислотой.
Недостатком способа является отсутствие методики, позволяющей определять упомянутое авторами пороговое значение.
Известен способ (RU 2564809) подавления образования накипи в мембранных системах, в котором предложены композиции, содержащие 5-40 мас. % сополимера акриловой кислоты - 2акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты и 5-40 мас. % полималеиновой кислоты, включающий добавление эффективного количества указанных композиций, которые могут дополнительно содержать эффективное количество одного или нескольких флуорофоров.
Недостатком способа является отсутствие методики, позволяющей определять эффективное количество реагентов.
Известен способ ингибирования (RU 2508426) образования, осаждения и налипания отложений кальциевых солей на металлические и другие поверхности в оборудовании, резервуарах и/или трубопроводе установки для способа варки целлюлозы путем добавления эффективного количества ингибирующей отложения композиции к щелочной водной смеси в котле для способа варки целлюлозы. При этом композиция состоит из по меньшей мере одного фосфонатного компонента (I) и по меньшей мере одного компонента (II), состоящего из по меньшей мере одного карбоксилированного фруктанового соединения. Также изобретение относится к вариантам способа ингибирования образования отложений кальциевых солей в водной системе в выбранном щелочном способе варки целлюлозы, также способу производства бумажной массы и непосредственно композиции для ингибирования образования отложений кальциевых солей в водной системе в щелочном способе варки целлюлозы.
Несмотря на то что в указанном патенте вводится понятие эффективного количества добавляемого ингибитора, способ определения этого количества не описывается.
Настоящее изобретение направлено на определение эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации солей в конкретных технических водных растворах и повышение экологической безопасности за счет увеличения точности контроля качества процесса водоподготовки.
Технический результат достигается тем, что предложен способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде, заключающийся в том, что готовят серию растворов конкретной технической воды с антискалантом концентрациями от 0,5 до 20,0 мг/л и при температуре, отвечающей технологическим параметрам работы оборудования, в котором используется техническая вода, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методом динамического светорассеяния, строят кинетическую кривую интенсивности роста частиц труднорастворимых солей, по которой определяют значение индукционного периода зародышеобразования, а по графику зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Сант) определяют его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта.
Технический результат достигается также тем, что в качестве антискаланта используют соли фосфоновых кислот.
Важно, что серию растворов технической воды с антискалантом готовят с шагом 0,5÷5 мг/л.
Выбранный диапазон концентраций антискаланта объясняется тем, что при концентрации антискаланта ниже 0,5 мг/л значения индукционного периода зародышеобразования относительно малы для практического использования в технологическом оборудовании, а при концентрации свыше 20,0 мг/л не наблюдается заметного увеличения указанного индукционного периода. Кроме того, повышенные концентрации нецелесообразны по экономическим и экологическим причинам.
Применение метода динамического светорассеяния обусловлено тем, что ранее (Кинетика кристаллизации карбоната кальция в условиях стехиометрического соотношения компонентов, ЖФХ, т. 90, №12, 2016. С. 1779-1784), применительно к системе дистиллированная вода - карбонат кальция, была показана возможность фиксирования начала роста частиц солей жесткости в свежеприготовленных водных растворах.
Выбранный шаг концентраций антискаланта при приготовлении серии растворов определяется регламентируемым временем пребывания технической воды в технологическом оборудовании чем меньше время, тем меньше шаг.
Сущность изобретения заключается в том, что использование метода динамического светорассеяния позволяет точно установить значение индукционного периода в процессе кристаллизации труднорастворимых солей в технических водных растворах и, следовательно, определить эффективную концентрацию антискаланта, при которой время индукции соответствует времени пребывания технической воды в технологическом цикле.
Заявляемое изобретение поясняется следующими прилагаемыми иллюстрациями.
Фиг. 1. Кинетические кривые образования и роста частиц солей жесткости в технической воде, содержащей 0,019 мас. % CaCO3, 0,0075 мас. % CaSO4, 0,0067 MgCO3 с содержанием антискаланта а) 0,5 мг/л, б) 2,0 мг/л, в) 3,5 мг/л, г) 6,5 мг/л по примеру 1.
Фиг. 2. Определение эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей по примеру 1
Фиг. 3. Определение эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей по примеру 2.
Фиг. 4. Определение эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей по примеру 3.
Ниже приведены примеры реализации заявляемого способа. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.
Пример 1
Готовили серию растворов технической воды для блока мембранного разделения, соответствующих солевому составу воды, содержащей 0,019 мас. % CaCO3, 0,0075 мас. % CaSO4, 0,0067 MgCO3 и антискалант, содержащий соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты в деминерализованной воде, с концентрациями 0,5 мг/л - 3,5 мг/л с шагом 0,5 мг/л и при температуре 25°C, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методами динамического светорассеяния и оптической микроскопии, строили кинетические кривые образования и роста частиц труднорастворимых солей, по которым определяли значение индукционного периода зародышеобразования. Данные сведены в Таблицу 1: «Значения индукционного периода от содержания антискаланта» и проиллюстрированы на Фиг 1.
Figure 00000001
По данным таблицы строили график зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Сант), из которого определяли его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта, равное 0,8 мин (Фиг. 2). Эффективная концентрация антискаланта составила 2,7 мг/л.
Пример 2
Готовили серию растворов технической воды для теплообменного аппарата, соответствующих солевому составу воды, содержащей 0,019 мас. % CaCO3, 0,0075 мас. % CaSO4, 0,0067 MgCO3 и антискалант, содержащий соли нитрилотриметилфосфоновой кислоты в деминерализованной воде, с концентрациями 0,5 мг/л - 8,0 мг/л с шагом 2 мг/л и при температуре 60°C, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методами динамического светорассеяния и оптической микроскопии, строили кинетические кривые образования и роста частиц труднорастворимых солей, по которым определяли значение индукционного периода зародышеобразования. Данные сведены в Таблицу 2: «Значения индукционного периода от содержания антискаланта».
Figure 00000002
По данным таблицы строили график зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Сант), из которого определяли его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта, равное 8,2 мин (Фиг. 3). Эффективная концентрация антискаланта составила 3,3 мг/л.
Пример 3
Готовили серию растворов технической воды для теплообменного аппарата, соответствующих солевому составу воды, содержащей 0,019 мас. % CaCO3, 0,0075 мас. % CaSO4, 0,0067 MgCO3 и антискалант, содержащий соли 1-гидроксиэтилиденди-фосфоновой и полиаминометиленфосфоновой кислот, с концентрациями 0,5 мг/л - 20,0 мг/л с шагом 5 мг/л и при температуре 80°C, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методами динамического светорассеяния и оптической микроскопии, строили кинетические кривые образования и роста частиц труднорастворимых солей, по которым определяли значение индукционного периода зародышеобразования. Данные сведены в Таблицу 3: «Значения индукционного периода от содержания антискаланта».
Figure 00000003
По данным таблицы строили график зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Сант), из которого определяли его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта, равное 20 мин (Фиг. 4). Эффективная концентрация антискаланта составила 7,9 мг/л.
Настоящее изобретение позволяет определять эффективную концентрацию антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в конкретных технических водных растворах, минимизировать расход антискаланта и повысить экологическую безопасность используемых растворов.

Claims (3)

1. Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде, заключающийся в том, что готовят серию растворов конкретной технической воды с антискалантом концентрациями от 0,5 до 20,0 мг/л и при температуре, отвечающей технологическим параметрам оборудования, в котором используется техническая вода, затем для свежеприготовленных растворов по экспериментальным данным, полученным методом динамического светорассеяния, строят кинетическую кривую интенсивности роста частиц труднорастворимых солей, по которой определяют значение индукционного периода зародышеобразования, а по графику зависимости значения индукционного периода от концентрации антискаланта τинд=f(Cант) определяют его эффективную концентрацию, принимая время индукционного периода за время пребывания технической воды в технологическом оборудовании с момента введения антискаланта.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве антискаланта используют соли фосфоновых кислот.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что серию растворов технической воды с антискалантом готовят с шагом концентрации 0.5÷5 мг/л.
RU2017120224A 2017-06-08 2017-06-08 Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде RU2648351C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120224A RU2648351C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120224A RU2648351C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2648351C1 true RU2648351C1 (ru) 2018-03-23

Family

ID=61707928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120224A RU2648351C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2648351C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1016734A1 (ru) * 1982-01-22 1983-05-07 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Лесотехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Способ определени фосфорорганических соединений,содержащих фосфоновые группы
SU1122945A1 (ru) * 1983-05-20 1984-11-07 Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского Способ количественного определени фосфонатов в воде
SU1295306A1 (ru) * 1985-03-20 1987-03-07 Уральский филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им.Ф.Э.Дзержинского Способ количественного определени фосфонатов в воде
WO2009132727A1 (en) * 2008-04-29 2009-11-05 Adiquimica S.A. On-line quantitative analysis method of the content of antiscalant compounds containing phosphorous in sea water in a reverse osmosis desalination plant and corresponding control method and equipment
US20150144556A1 (en) * 2013-11-26 2015-05-28 King Abdulaziz City For Science And Technology Antiscalant compound and methods of making and using the same
US20160068416A1 (en) * 2013-05-20 2016-03-10 Kemira Oyj Antiscalant composition and its use

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1016734A1 (ru) * 1982-01-22 1983-05-07 Уральский Ордена Трудового Красного Знамени Лесотехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Способ определени фосфорорганических соединений,содержащих фосфоновые группы
SU1122945A1 (ru) * 1983-05-20 1984-11-07 Уральский Филиал Всесоюзного Дважды Ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнического Научно-Исследовательского Института Им.Ф.Э.Дзержинского Способ количественного определени фосфонатов в воде
SU1295306A1 (ru) * 1985-03-20 1987-03-07 Уральский филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательского института им.Ф.Э.Дзержинского Способ количественного определени фосфонатов в воде
WO2009132727A1 (en) * 2008-04-29 2009-11-05 Adiquimica S.A. On-line quantitative analysis method of the content of antiscalant compounds containing phosphorous in sea water in a reverse osmosis desalination plant and corresponding control method and equipment
US20160068416A1 (en) * 2013-05-20 2016-03-10 Kemira Oyj Antiscalant composition and its use
US20150144556A1 (en) * 2013-11-26 2015-05-28 King Abdulaziz City For Science And Technology Antiscalant compound and methods of making and using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Antiscalants in RO membrane scaling control
AU2017210549A1 (en) Thermally stable scale inhibitor compositions
Antony et al. Scale formation and control in high pressure membrane water treatment systems: A review
Rahman Calcium sulfate precipitation studies with scale inhibitors for reverse osmosis desalination
RU2718591C2 (ru) Термостабильные композиции ингибиторов образования отложений
NO301730B1 (no) Fremgangsmåte for å fjerne og forhindre groing i petroleumholdige formasjoner
JPS6133298A (ja) 炭酸カルシウムの沈殿の抑制方法
RU2012541C1 (ru) Состав для предотвращения отложений накипи и способ предотвращения отложений накипи
GB2424876A (en) Analysis of polymeric scale inhibitors
Liu Research on performance evaluation and anti-scaling mechanism of green scale inhibitors by static and dynamic methods
RU2648351C1 (ru) Способ определения эффективной концентрации антискаланта для подавления кристаллизации труднорастворимых солей в воде
RU2725189C2 (ru) Термостойкие композиции ингибиторов накипеобразования
Trukhina et al. Impact of colloidal iron hydroxide and colloidal silicon dioxide on calcium sulfate crystallization in the presence of antiscalants
JPS62129136A (ja) 水性系の安定化法
Al-Maabreh et al. Mitigation of scale problem in the pumped Disi water to Amman, Jordan
NO162620B (no) Vannopploeselig kompleksdannende middel for metalliske kationer, bestaaende av akryliske terpolymerer med hoey kompleksdannende evne og hoey terskelverdi, samt anvendelse derav.
JPS60238310A (ja) 水性系の腐食、及びスケールの形成及び析出を抑制する方法
Boulahlib-Bendaoud et al. Effect of temperature on the efficiency of inorganic phosphate used as antiscaling inhibitors
JP5435080B2 (ja) スケールの防止方法
US4661261A (en) Alumina stabilization in industrial waters
JPS631120B2 (ru)
EA014113B1 (ru) Композиция для предотвращения осадкообразования в водооборотных системах
Melnik et al. Antiscalants in the Process of Reverse Osmosis: Antiscaling Mechanism and Modern Problems of Application
Väisänen CaCO3 scale inhibition in paper making processes–evaluation of testing methods and inhibitor performance
FI127399B (en) A method for treating a liquid sample

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190609