TW201920004A - 經調節的蒸發系統中水垢控制的組合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種抗結垢組合物，其包含聚胺基酸、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸之摻混物。該摻混物能夠有效地使會導致蒸發系統中形成水垢之鈣鹽穩定。此「三組分」摻混物在存於諸如糖及生物精煉之多種蒸發系統中之酸性高電導率水中展示出高水準之功效。

Description

經調節的蒸發系統中水垢控制的組合物及方法
本發明係關於用於在水系統中防止、抑制及控制結垢之組合物，該等組合物包含聚胺基酸、陰離子羧酸聚合物聚順丁烯二酸之混合物或摻混物。水系統包括例如熱交換器及蒸發設備，諸如在經調節的市場(諸如糖及生物精煉廠)中發現之彼等。本發明亦關於一種用於防止、抑制、清潔及/或移除水系統之結垢(諸如鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽水垢)形成之方法。
此等系統因其高電導率、高不溶性物質含量及低pH範圍而具有獨特的需求。
結垢形成主要源於在製程之過飽和條件下存在之水系統中溶解無機鹽的存在。鹽自水及/或自身經加工之原材料進入系統。鹽由於工廠製程中之水再循環及濃縮而變得成問題。當於熱傳遞設備(諸如熱交換器、冷凝器、蒸發器、冷卻塔、鍋爐及管壁)中加熱或冷卻水時，鹽沈積。溫度或pH之變化經由非所需固體材料在界面處之積聚而導致結垢及積垢。所加熱表面上之水垢積聚引起熱傳遞係數隨時間下降，且最終將在大量積垢下引起生產率無法被滿足。最後，唯一選擇方案通常為停止製程且進行清除。此需要中斷生產以及使用腐蝕性酸及螯合劑。因積垢所致之經濟損失為所有涉及熱傳遞設備之工業中的最大問題之一。結垢會造成設備故障、生產損失、高成本維修、較高操作成本及維護停機，且通常為管路及金屬表面之孔蝕及腐蝕之起始階段。出於此原因，水垢預防及控制可在使資本資產免於過早失敗方面具有重大的商業價值。
為了防止結垢，在此項技術中通常採用多種水垢抑制劑以防止、延緩、抑制或者控制結垢過程。即使當添加劑以極低濃度存在時，水垢抑制劑之存在亦可對長晶、晶體生長速率及形態具有顯著影響。然而，不容易預料此等影響，此係由於pH、溫度或水垢之類型之微妙變化可具有顯著影響。
在食品及飲料工業(諸如啤酒、葡萄酒、濃縮甜露酒、蔬菜汁、果汁、燃料乙醇及糖精煉)中，較常見水垢組分之一為草酸鈣。草酸鹽為植物生命中之天然組分且可以較高含量存在。在加工過程期間，草酸鹽被萃取且變為製程水之一部分。在蒸發器中，少量草酸鹽將變濃縮且在過飽和時開始結垢。在實驗室中，吾人已發現，在約75份/百萬份(75 ppm)至約100 ppm之間的鈣含量足以引起草酸鹽水垢之沈澱。亦稱為啤酒石之草酸鈣及二氧化矽為形成於糖廠中之蒸發製程的較晚階段中之複合水垢之主要組分，且形成藉由機械或化學手段移除最難處理之水垢之一。水垢之移除為高成本且耗時的，此係因為沈積物之黏滯性質。
用於處理蒸發系統中之鈣水垢之已知方法包括多種螯合及臨限抑制機制。最常見地，此已為含有羧酸之聚合物、含有膦酸鹽之聚合物、諸如乙二胺四乙酸(EDTA)之螯合劑或諸如檸檬酸之小有機酸。聚天冬胺酸亦被用於一些應用中。
在一些情況下，已將此等材料摻混，以便提高效能。膦酸酯及聚羧酸酯(US 4575425)，檸檬酸、葡萄糖酸及葡萄糖酸內酯之摻混物(US 3328304)，聚丙烯醯胺及海藻酸鹽或膦酸鹽(US 3483033)，膦酸及EDTA(US 20100000579 A1)，包括EDTA之螯合劑之摻混物(WO 2012/142396 A1)及羥基羧酸與檸檬酸(US 20120277141 A1)。亦揭示如專利申請案US 2015/0251939(WO 2015/134048A1))中所描述之聚天冬胺酸及聚丙烯酸之摻混物。雖然多種此等組合物顯示為在一定程度上有效，但通常需要高劑量或不具有用於食品及飲料產品之適當監管許可之材料，且因此無法使用。
雖然聚天冬胺酸已經在糖應用中之抑制鈣水垢方面示出一些水準之功效，但需要合成改質以達成較高效能(US 5747635)。亦已將聚丙烯酸酯應用於類似水垢(US 4452703)。此等材料之使用已受限於產生約3.6 ppm至約5.0 ppm之極低殘渣的劑量。此等材料在適用於大規模應用之此類低劑量下皆不呈現為充分有效。
已將聚天冬胺酸與膦酸化陰離子共聚物摻混。此組合物受限於冷卻塔水及磷酸鹽水垢(US 6207079 B1、US 6503400 B2)。此等類型之系統與當前應用不同，此係因為存在於'079及'400專利中之鹽含量相當較低，pH較高，且改良僅針對磷酸鹽示出。
經調節的食品及飲料市場中之蒸發製程必須應對約10,000微西門子/公分(μS/cm)至約20,000 μS/cm範圍內之高電導率。pH可在約2.0(檸檬/萊姆(lime)、藍莓、葡萄酒、蔓越橘)至具有高含量之固體(＞10%)之約9.0(牛乳、糖)的範圍內。冷卻水通常充分低於8,000 μS/cm且具有高於7.2之pH。植物物質可通常帶有高達約10,000-20,000 ppm之高含量磷酸鹽及硫酸鹽與大量鈣、鎂及通常不以此類高含量存在於其他循環水系統中之其他金屬。
本發明「三組分」摻混聚合物處理之使用將具有最小化能源之使用、增加生產、減少時間及用於清潔之化學品之益處，且藉此減少對中斷及停工時間之需求。藉由「三組分」摻混物，吾人意謂a)聚胺基酸、b)陰離子羧酸聚合物及c)聚順丁烯二酸之組合。本發明聚合物處理之額外益處為減少熱交換器及蒸發器之維護。
當前「三組分」組合物亦在抑制或防止其他水垢及沈積物形成方面示出經增強之效能。沈積物形成為可通常在一種類型之水垢與另一類型之水垢組合形成較大沈積物時出現的複雜過程。藉由抑制草酸鹽水垢，將在減少諸如黑色殘渣及黏性物質之有機沈積物以及諸如矽酸鹽之無機水垢方面預料益處。
發現聚胺基酸/陰離子羧酸聚合物/聚順丁烯二酸之本發明組合物在廣泛範圍之應用中展現腐蝕抑制特性。優於單獨使用個別組分或與一種或其他組合之此額外益處可進一步抑制結垢，且由此減少維護之成本及相關停工時間。
本發明係關於一種包含諸如聚天冬胺酸(PAA)之聚胺基酸、諸如聚丙烯酸之陰離子聚合物及聚順丁烯二酸(PMA)的抗結垢組合物。該組合物能夠有效地使會導致蒸發系統中水垢形成之鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽穩定。此組合物在發現於多種蒸發系統(諸如糖；生物精煉及其他經調節的系統)中之高電導率水中展示出高水準之功效。
本發明組合物藉由一起反應來提供鹽(鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽)之穩定化以抑制水垢形成；防止污染物增長且充當分散劑。具體而言，該組合物能夠穩定草酸鈣且在高含量之通常發現於涉及精煉糖、生物精煉、甜露酒及啤酒、水果及蔬菜汁及諸如牛乳之乳製品之蒸發階段或其他製程期間的硫酸鹽、磷酸鹽、鎂及其他陽離子及陰離子存在下防止水垢形成。當前製程由以順應監管要求之比率用a)低分子量聚胺基酸處理水系統、b)陰離子羧酸聚合物及c)聚順丁烯二酸構成。
認為本發明之組合物為協同的，此係因為在材料中無一者以批准的監管含量個別地展示為有效鹽穩定劑的同時，多元胺、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸之摻混物產生出人意料且優於單獨聚合物中之每一者之水準之效能。此等摻混物比將基於每一材料之個別效能而預料的更能夠比穩定鈣、草酸鹽及磷酸鹽水垢。聚胺基酸/陰離子羧酸聚合物/聚順丁烯二酸摻混物進一步優於多種其他現有摻混物，如聚胺基酸已知為生物可降解的且為已知腐蝕抑制劑。術語摻混與預混合互換使用，且用以意謂在被添加至水系統中之前將三種組分混合在一起。然而，可在各種添加點處將多元胺、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸同時或依序添加至系統中，只要三種組分彼此具有滯留時間即可。
當前方法及組合物之一個態樣為由監管委員會(Regulatory Commission)將組合物之組分識別為安全的，使得其不損害產物之潛在最終用途。經調節的產物可由人類或家畜消耗，且化學添加劑之存在無法干擾產物或副產物(諸如乾燥蒸餾器晶粒)之用途或最終用途。
在其他實施例中，本發明係關於一種用於移除、清潔、防止及/或抑制結垢(諸如鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽水垢)之形成之方法，該方法包含向一水系統添加聚天冬胺酸酸、聚丙烯酸及聚順丁烯二酸之組合，其中可將該聚天冬胺酸、聚丙烯酸及聚順丁烯二酸預摻混、依序或同時添加，只要存在三種組分在一起之滯留時間即可。
所要求之物之額外目標、優點以及特徵將闡述於以下描述中，在審查以下內容後對於熟習此項技術者將部分地將變得顯而易見，或可藉由技術之實務習得。本發明所揭示及所要求之發明概念的目標及優點將藉助於尤其指出於包括其功能等效物之所附申請專利範圍中之組合物及方法實現且獲得。
相關申請案的交叉引用
本申請案主張2017年9月20日申請之美國申請案第15/710,042號之權益，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於一種移除、清潔、防止及/或抑制水系統中之鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽水垢及沈積物之形成的組合物及方法。此外，其係關於一種用於控制水系統中之水垢之形成且在諸如熱交換器及蒸發器設備的表面上抑制水垢沈積之方法。
在一個實施例中，將包含聚胺基酸、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸之組合物添加至水系統中以用於控制結垢。可將預混合、同時或依序組合物添加至水系統中。舉例而言，可將化學物質摻混在一起或在引入至水系統中之前預混合，或可同時將聚胺基酸、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸分開添加，或可將其依序添加在系統中之各種點處，只要化學物質可在系統中彼此形成接觸或在系統中彼此具有滯留時間即可。亦可以任何次序添加化學物質。
在另一實施例中，水垢抑制劑組合物之組分(a)為聚胺基酸，諸如聚天冬胺酸。此包括聚天冬胺酸鹽及用於形成聚天冬胺酸之諸如酐的聚天冬胺酸之衍生物。聚胺基酸亦可包含天冬胺酸及簡明單體單元之共聚物。聚胺基酸之分子量可在約500公克/莫耳(g/mol)至約10,000 g/mol之範圍內，可為約1,000 g/mol至約5,000 g/mol，且可為約1,000 g/mol至約4,000 g/mol。聚胺基酸可以鹽使用，諸如鈉鹽或鉀鹽。
在另一實施例中，組分(b)為陰離子羧酸聚合物或其鹽，諸如聚丙烯酸。陰離子羧酸聚合物可藉由一或多種單體之聚合產生且可包含一或多種均聚物、共聚物、三元共聚物或四元共聚物等。此外，陰離子羧酸聚合物之平均分子量通常為約500 g/mol至約20,000 g/mol，且可為約1,000 g/mol至約50,000 g/mol。此等聚合物及其合成之方法在此項技術中為吾人所熟知。
在另一實施例中，可向陰離子羧酸聚合物提供羧酸官能度之來源之單體包括丙烯酸、甲基丙烯酸、羧基-甲基菊糖、丁烯酸、異丁烯酸、反丁烯二酸及衣康酸。可將多種共單體與含有羧酸官能度之單體聚合。實例諸如乙烯基、烯丙基、丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸酯，及羥基酯諸如羥丙基酯、乙烯基吡咯啶酮、乙酸乙烯酯、丙烯腈、乙烯基甲醚、2-丙烯醯胺基-2-甲基-丙烷磺酸、乙烯基磺酸或烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸及其組合。羧酸官能化與共單體之莫耳比可在寬廣範圍內變化，諸如約99:1至1:99，且可為約95:5至25:75。
亦有可能採用在聚合物鏈中含有膦酸酯或其他含磷官能度之陰離子羧酸聚合物，較佳膦基聚羧酸，諸如揭示於以引用之方式併入本文中之美國專利第4,692,317號及美國專利第2,957,931號中彼等。
在另一實施例中，組分(c)為聚順丁烯二酸(PMA)且亦被稱為水解聚順丁烯二酐(HPMA)且可於本申請案通篇中互換使用。聚順丁烯二酸之平均分子量可為約200 g/mol至約1,500 g/mol且可為約300 g/mol至約1,000 g/mol。
其他視情況選用之組分或添加劑包括膦醯丁烷三甲酸、聚磷酸鹽、磷酸鹽、羥基亞乙基二膦酸、胺基參(亞甲基膦酸)、檸檬酸、葡糖酸及其他小有機酸。
可將三種組分(聚胺基酸、陰離子羧酸聚合物及聚順丁烯二酸)視為本發明之三組分組合物之活性成分。將此等三種成份之量一起稱為「活性劑(active agents)/(actives)」。因此，本文中所使用之聚合物之濃度及量以「活性固體」計。
聚胺基酸與陰離子羧酸聚合物與聚順丁烯二酸之有效比率為1:9:1至9:1:9，可為1:3:1至1:1:1且可為1.7:1:1.4。組合物之有效pH範圍為約1至約9，可為約1至約6，且可為約1至約5。組合物在約5℃至約175℃之廣泛範圍之溫度內起作用。可將三組分組合物以總活性固體計以約0.1 ppm至約500 ppm之劑量添加至經調節的蒸發系統中，可為約1.0 ppm至約50 ppm，且可為0.1 ppm至約15 ppm。
以下實例說明本發明之特定實施例。很可能本發明之多種類似及等效實施例亦將應用於具體揭示的彼等之外部。熟習此項技術者將瞭解，儘管特定化合物及條件概述於以下實例中，此等化合物及條件不為本發明之限制。
實例
已參考一較佳實施例描述本發明，熟習此項技術者將理解可針對特定組分進行變化及等效替代，而不背離本發明之範疇。另外，可進行修改以適應特定條件或材料，而不背離其範疇。另外，關於受限劑量限制之調節之任何將來變化落入本發明之範疇內。儘管意欲本發明不受限於所揭示之特定實施例，但本發明將包括落入申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
實例 1
草酸鈣為目標應用中之主要生垢化合物中之一者。實例1描述與如專利申請案US 2015/0251939 (WO 2015/134048A1)中所描述之聚天冬胺酸及聚丙烯酸之每一個別聚合物及摻混物相比的本發明針對草酸鈣之效率。針對每一聚合物產物以作為活性固體之ppm給出劑量。如下描述用於當前研究中之測試方法：
測試方法
使用控制單元來執行測試量測以再現調節系統之再循環製程。用於以下實例中之每一者中之控制單元為由Franz-Josef Haas製造的Druckmessgerat Haas V2.2量測及控制單元(DMEG)(參見圖1)。
使自於脫礦水中之氯化鈣二水合物及草酸鈉之溶液製備的化學計量混合物之2[I/h]的恆定體積流量穿過螺旋形金屬毛細管(長度:1公尺(m)，內徑：1.1公釐(mm))且置放於40℃下之加熱浴中。計算得的草酸鈣濃度為110毫克/公升(mg/L)；以草酸鹽之五倍化學計量比添加鈣。將氯化鈣二水合物溶液之pH調節至2.0，且將水垢預防聚合物(亦即PASP、PAA、PMA及其組合)添加至氯化鈣二水合物隨後草酸鈉之溶液中。然而，次序不具有特定關聯性，且可將水垢抑制組合物添加至碳酸酯溶液或添加至氯化鈣二水合物及草酸鈉之溶液中。
在此研究中，將個別聚合物(PAA、PASP及PMA)、a)聚丙烯酸(PAA)與聚順丁烯二酸(PMA)之二組分摻混物；b)聚天冬胺酸(PASP)與聚順丁烯二酸(PMA)之二組分摻混物；及c)聚丙烯酸(PAA)與聚天冬胺酸(PASP)之二組分摻混物及包含PAA、PASP及PMA之三組分摻混物以10 ppm總活性固體添加至於脫礦水中之氯化鈣二水合物隨後草酸鈉的溶液中。呈ppm活性固體之二組分及三組分摻混物中之個別化學物質的劑量可發現於表1中。
表1-抗結垢組合物之劑量
將具有或不具有抗結垢聚合物之氯化鈣二水合物之溶液與於脫礦水中的草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物混合且在水浴中之自燒瓶至毛細管之迴路中泵送，經由冷卻器且返回至燒瓶。在水浴中，熱交換發生且溶液溫度升高。接著使溶液穿過冷卻器單元，其中來自下方之經調節之氣流引起溶液蒸發。在研究期間，取出於脫礦水中之具有或不具有抗結垢聚合物之氯化鈣二水合物、草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物之溶液之樣品且經由0.45 µm濾紙過濾，且進行氯化物及鈣、鎂及磷酸鹽之濃度測定。
藉由用初始濃度除以分析之化合物濃度來計算濃度之循環(COC)。氯化物濃度描述系統之有效濃度，此係由於氯化物之溶解度高。藉由作為草酸鈣之沈澱物的鈣損失將導致氯化物之COC及鈣之COC的偏差。以此方式，可以相同劑量測定每一產物之不具有結垢之最大可獲得的COC。結果可見於表2中。
表2-濃度之循環
如可見，用「三組分」摻混物達成之最大COC顯著高於用個別聚合物及「二組分摻混物」達成之最大COC。儘管將相同量之抗結垢組合物添加至系統中，但所量測之COC高於原本已經自單一聚合物產物之結果預料的COC，且在「三組分」聚合物摻混物之情況下明確看到協同抗結垢影響。
實例 2
此研究評估與個別聚合物(PASP、PAA及PMA)中之每一者相比之包含PASP、PAA及PMA的「三組分」抗結垢組合物在抑制碳酸鈣沈積方面之效率，且將由a)聚丙烯酸(PAA)與聚順丁烯二酸(PMA)組成之二組分摻混物；由b)聚天冬胺酸(PASP)與聚順丁烯二酸(PMA)組成之二組分摻混物；及由c)聚丙烯酸(PAA)與聚天冬胺酸(PASP)組成之二組分摻混物包括於此研究中。以ppm給出作為每一產物之活性固體之劑量。
測試方法
將於脫礦水中之氯化鈣二水合物、碳酸鈉及碳酸氫鈉之溶液存儲於可加熱振動浴中。在升高之溫度下，碳酸鈣之沈澱物可形成。在限定時段之後，使用0.45 µm濾紙過濾溶液，且於濾液中測定鈣濃度。可使用以下等式計算穩定化值「S」，其中包括空白測試之殘餘鈣濃度、具有產物之測試之殘餘濃度及最初製備的濃度。穩定化愈高，與空白相比之免於沈澱之碳酸鈣愈多。應用以下程序及參數。在80℃下將含有作為CaCO3 之500 ppm鈣、作為CaCO3 之75 ppm CO3 2- 及作為CaCO3 之440 ppm HCO3 - 的100 ml樣品儲存於振動浴一小時。樣品之pH為8.6。將水垢抑制組合物添加至氯化鈣脫水物隨後碳酸鈉及碳酸氫鈉中。然而，添加之次序不尤其相關且可將水垢抑制組合物添加至碳酸酯溶液或氯化鈣二水合物、碳酸鈉及碳酸氫鈉之溶液中。
以5 ppm及10 ppm總活性固體使用抗結垢組合物。「二組分」摻混物及「三組分」摻混物之比率發現於表3中，且以ppm活性固體計指示個別化合物之劑量。
表3
使用以下等式計算穩定化值「S」，

其中[Ca2+ ]空白 為於脫礦水中之氯化鈣二水合物及草酸鈉之溶液的殘餘鈣濃度，[Ca2+ ]具有產物 為於具有抗結垢產物之脫礦水中之氯化鈣二水合物及草酸鈉的溶液的殘餘濃度，且[Ca2+ ]初始 為於脫礦水中之氯化鈣二水合物及草酸鈉之溶液的最初製備的Ca2+ 濃度。穩定性愈高，與空白相比之免於沈澱出之碳酸鈣愈多。
表4指示在以5 ppm及10 ppm具有抗結垢組合物之活性固體向系統配量時之穩定化值「S」。表4亦以百分比包括理論穩定化「S」值，考慮個別聚合物及「二組分」及「三組分」摻混物之對應組合物之穩定化效率。舉例而言，可如下計算二組分摻混物之理論值：(c1*S1+c2*S2)/(c1+c2)=(1.85*35+3.15*16)/5=23；其中c1及c2為抗結垢化學物質，且S1及S2為個別抗結垢化學物質c1及c2之穩定化值。
表4-穩定化值
以%給出之穩定化值「S」之所計算的相對增加顯示於表5中。
表5-穩定化「S」之相對增加
對於具有聚順丁烯二酸之聚丙烯酸之「二組分」摻混物，所量測之穩定化值「S」與自個別化合物之結果計算的理論值對應。其他組合物示出協同穩定化影響，且穩定化值在分開使用個別化合物時明確高於基於結果而預料之值。
實例 3
在多種調節系統中產生呈草酸鈣及磷酸鎂形式之水垢。實例3比較本發明「三組分」摻混物與發現於摻混物中之個別聚合物中之每一者，以及與具有聚順丁烯二酸之聚丙烯酸之「二組分」摻混物、具有聚順丁烯二酸之聚天冬胺酸及具有聚天冬胺酸之聚丙烯酸在抑制結垢方面的效率。在表6中以ppm給出作為每一產物之活性固體之劑量。
測試方法
將自於脫礦水中之氯化鈣二水合物、草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物之溶液製備的混合物之2[I/h]的恆定體積流量穿過螺旋形金屬毛細管(長度:1(m)，內徑：1.1(mm))且在90℃下置放於加熱浴中。用於此研究中之鈣、草酸鹽、鎂及磷酸鹽之初始濃度如下：5 mg/l鈣、10 ppm草酸鹽、230 ppm鎂、800 ppm磷酸鹽。將pH調節至6.0。將水垢抑制組合物添加至於脫礦水中之氯化鈣二水合物隨後草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物之溶液中。
將水垢抑制組合物以40 ppm總活性固體添加至於脫礦水中之氯化鈣二水合物隨後草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物之溶液中。將「二組分」摻混物及「三組分」摻混物之比率設置為監管限值。表6指示呈每百萬份中之份數(ppm)活性固體之抗結垢組合物之劑量。


表6-抗結垢劑量
將具有或不具有抗結垢聚合物之氯化鈣二水合物之溶液與於脫礦水中的草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物混合且在水浴中之自燒瓶至毛細管之迴路中泵送，經由冷卻器且返回至燒瓶。在水浴中，熱交換發生且溶液溫度升高。接著使溶液穿過冷卻器單元，其中來自下方之經調節之氣流引起溶液蒸發。在研究期間，取出於脫礦水中之具有或不具有抗結垢聚合物之氯化鈣二水合物、草酸鈉、氯化鎂六水合物及二磷酸鈉十二水合物之溶液之樣品且經由0.45 µm濾紙過濾，且進行氯化物、鈣、鎂及磷酸鹽之濃度測定。
如實例1中所述計算濃度之循環(COC)。結果指示於表7中。
表7-濃度之最大循環
結果指示可藉由向二組分摻混物添加第三種組分來達成顯著較高之COC，同時保持相同劑量。儘管高比率的表現不佳之PMA及PASP為摻混物之一部分，但「三組分」摻混物出人意料地達成最佳聚合物PAA之效能。
圖1示出用於確定濃度之循環(COC)之程序的主要特徵之一般示意圖。

Claims (20)

  1. 一種用於在經調節的蒸發系統中控制、防止及/或抑制鈣、鎂、草酸鹽、硫酸鹽及磷酸鹽結垢及/或沈積物之形成的方法，其包含： 向該經調節的蒸發系統添加一種混合物，該混合物包含a)聚胺基酸；b)陰離子羧酸聚合物；及c)聚順丁烯二酸；其中該聚胺基酸、該陰離子羧酸聚合物及該聚順丁烯二酸一起具有滯留時間且係經預混合、同時或依序地及以任何次序添加至該經調節的蒸發系統中。
  2. 如請求項1之方法，其中該聚胺基酸、該陰離子羧酸聚合物及該聚順丁烯二酸係在添加至該經調節的蒸發系統中之前經預混合。
  3. 如請求項1之方法，其中該鈣及/或鎂水垢係來自草酸鹽及磷酸鹽。
  4. 如請求項1之方法，其中該組合物以該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量包含該聚胺基酸，可為該經調節的蒸發系統之約3重量ppm至約50重量ppm，且可為該經調節的蒸發系統之約5重量ppm至約10重量ppm。
  5. 如請求項1之方法，其中該聚胺基酸之平均分子量在約500 g/mol至約10,000 g/mol之範圍內，可為約1,000至約5,000 g/mol，且可為約1,000 g/mol至約4,000 g/mol。
  6. 如請求項1之方法，其中該聚胺基酸為鈉鹽或鉀鹽。
  7. 如請求項1之方法，其中該聚胺基酸為聚天冬胺酸鹽。
  8. 如請求項1之方法，其中該陰離子羧酸聚合物之平均分子量在約500 g/mol至約20,000 g/mol之範圍內且可為約1,000 g/mol至約50,000 g/mol。
  9. 如請求項1之方法，其中該組合物以該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量包含該陰離子羧酸聚合物，可為該經調節的蒸發系統之約3重量ppm至約50重量ppm，且可為該經調節的蒸發系統之約5重量ppm至約10重量ppm。
  10. 如請求項1之方法，其中該陰離子羧酸聚合物係選自均聚物、共聚物、三元共聚物或四元共聚物中之至少一者。
  11. 如請求項1之方法，其中該陰離子羧酸聚合物係選自以下之群組：丙烯酸/磺酸聚合物、丙烯酸/順丁烯二酸共聚物、含膦基羧酸聚合物、丙烯醯基/順丁烯二酸/磺化苯乙烯、丙烯酸/乙氧基化物/丙烯醯胺、順丁烯二酸/丙烯酸乙酯/乙酸乙烯酯及其混合物。
  12. 如請求項1之方法，其中該聚順丁烯二酸之平均分子量為約200 g/mol至約1,500 g/mol且可為約300 g/mol至約1,000 g/mol。
  13. 如請求項1之方法，其中該組合物以該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量包含該聚順丁烯二酸，可為該經調節的蒸發系統之約3重量ppm至約50重量ppm，且可為該經調節的蒸發系統之約5重量ppm至約10重量ppm。
  14. 如請求項1之方法，其中該組合物視情況含有檸檬酸、磷酸鈉、酒石酸、葡糖酸及/或小有機酸。
  15. 如請求項1之方法，其中該經調節的蒸發系統之pH為約1.0至約9.0，可為約2.5至約7，且可為約3.0至約5.0。
  16. 如請求項1之方法，其中該經調節的蒸發系統之溫度為約5℃至約175℃；且可為約40℃至約80℃。
  17. 如請求項1之方法，其中該經調節的蒸發系統包含熱交換器及/或蒸發設備。
  18. 如請求項1之方法，其中該經調節的蒸發系統係選自以下之群組：用於直接或間接食品消耗之經調節的食品製程；生物精煉廠及燃料乙醇製程；糖加工；水果及蔬菜汁濃縮製程；及食品、醇及醱酵製程。
  19. 如請求項18之方法，其中該醇或醱酵製程包含啤酒、葡萄酒及濃縮酒精飲料，或其中該經調節的食品製程包含牛乳及乳製品製程。
  20. 一種用於在經調節的蒸發系統中控制、防止及/或抑制水垢及/或沈積物之形成的組合物，其包含： a)呈該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量的聚天冬胺酸；b)呈該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量的陰離子羧酸聚合物；及c)呈該經調節的蒸發系統之約2重量ppm至約100重量ppm之量的聚順丁烯二酸。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112939282A (zh) * 2021-02-22 2021-06-11 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种调整供水电导率方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116536076B (zh) * 2023-05-22 2023-10-03 江苏太湖新材料控股有限公司 混合酸脱钙剂以及脱除石油化工中钙含量的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4424476A1 (de) * 1994-07-12 1996-01-18 Bayer Ag Mittel zur Wasserbehandlung
US5772913A (en) * 1996-09-24 1998-06-30 Calgon Corporation Aqueous system containing a synergistic combination for scale control
US5788857A (en) * 1996-10-23 1998-08-04 Nalco Chemical Company Hydroxyimino alkylene phosphonic acids for corrosion and scale inhibition in aqueous systems
PL2982655T3 (pl) * 2013-04-02 2020-08-24 Kurita Water Industries Ltd. Sposób usuwania kamienia kotłowego w instalacji wytwarzania pary wodnej
RU2669281C2 (ru) * 2014-03-06 2018-10-09 Соленис Текнолоджиз Кеймэн, Л.П. Композиция и способ борьбы с отложениями в регулируемых испарительных системах

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112939282A (zh) * 2021-02-22 2021-06-11 山西太钢不锈钢股份有限公司 一种调整供水电导率方法

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