Размещено на http://www.allbest.ru/

Уральский государственный лесотехнический университет

Гимназия № 9

Ural state forest engineering University

Gymnasium № 9

Разработка комплексной оценки ингибирующих свойств реагентов

Development of a comprehensive assessment of the inhibitory properties of the reagents

Мурашова А.И., Тарантаев А.А., Дрикер Б.Н.

Murashova A. I., Tarantaev A. A., Driker B. N.

Екатеринбург, Россия

Ekaterinburg, Russia

Предотвращение образования минеральных отложений и коррозии металла являются одной из основных задач в теплоэнергетике, системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

Наиболее эффективным и доступным способом предотвращения коррозии, солеотложений и биообрастаний в оборотных системах является реагентная обработка воды. Данный способ не требует значительных капитальных вложений, а узлы приготовления и дозирования реагентов просты и надежны в эксплуатации [1].

Российские (ПО «Химпром», ХК «Нитон» и др.) и зарубежные компании («Nalсo», «QuilineChemiе» и др.) предлагают широкий ассортимент реагентов для этих целей. Потребитель, сталкиваясь с проблемой выбора реагентов, руководствуется критериями экономичности и функциональности. Цена и рекомендуемые концентрации являются для потребителя и тендерных комиссий основными критериями выбора. Если вопрос цены, в принципе, не вызывает возражений, хотя в ряде технических условий содержание основного вещества - действующего начала, определяется по «сухому остатку», то критерий «эффективность» вызывает серьезные сомнения по ряду причин:

- не учитывает качество используемой природной воды и примеси, оказывающие влияние на ее стабильность;

- высокий уровень концентраций реагентов, рекомендуемых для испытаний в статических условиях не позволяет объективно их сопоставить между собой;

- понятие «эффективность» заменяется на «комплексообразующая способность», которая ничего не говорит потребителю о возможностях применения.

Таким образом, поставщик/производитель, с одной стороны, и потребитель, с другой, ставят перед собой и решают антагонистические задачи. Первый пытается продать побольше и подороже, второй - получить максимально положительный результат при минимальных затратах на приобретение и применение реагентов.

Наиболее часто в качестве таких реагентов используют органофосфонаты (ОФ), относящиеся к классу комплексонов, низкомолекулярные полимеры на основе полиакриловой, полималеиновой и полиметакриловой кислот.

Целью работы является разработка основ выбора реагентов для предотвращения отложений и коррозии в теплоэнергетике и в оборотных системах охлаждения.

Минеральные отложения в таких системах представляют собой, в основном, карбонат кальция в различных модификациях. Однако, для предварительной сравнительной оценки эффективности различных реагентов, целесообразно использовать в качестве объекта исследований сульфат кальция.

Образование минеральных отложений является следствием кристаллизации из пересыщенных растворов. Сам же процесс кристаллизации, в достаточной степени условно, можно разделить на две основные стадии: зародышеобразование и рост кристаллов. Обе эти стадии неразрывно связаны между собой и протекают одновременно. Однако, именно зародышеобразование является определяющим фактором кристаллизации и влияния на этот процесс различных реагентов. Скорость гомогенного зародышеобразования описывается уравнением Гиббса - Фольмера:

, (1)

где у - удельная работа по образованию зародыша критического размера (удельная поверхностная энергия), мДж/м², М - молекулярная масса кристаллизующейся соли, R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К), Т - абсолютная температура, К, с - плотность соли, г/см³, S

- относительное пересыщение, равное отношению начальной концентрации к равновесной. По величине у рассчитывается, в соответствии с уравнением Оствальда - Фрейндлиха, радиус кристаллического зародыша (r, нм):

(2)

Порядок реакции зародышеобразования определяется из уравнения Христиансена - Нильсена:

, (3)

где ?C = C_исх- С_р n - порядок реакции, k - константа скорости.

Взаимосвязь скорости зародышеобразования (в) и периода индукции (f_инд) экспериментально проверена в работе [1] и может быть представлена в виде:

в =1/tинд (4)

После подстановки (4) в уравнение (1 и 3) и логарифмирования получим

(5)

(6)

В качестве примера в таблице 1 приведены рассчитанные значения параметров зародышеобразования для реагентов - органофосфонатов, наиболее часто входящих в состав композиций, используемых для предотвращения отложений: нитрилтриметиленфосфоновая кислота (НТФ), этилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота (ЭДТФ), диэтилентриаминпентаметиленфосфоновая кислота (ДТПФ), гексаметилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота (ГМДТФ).

Таблица 1 Влияние органофосфонатов на кинетические параметры зародышеобразования сульфата кальция (t=40⁰C) [2]

Из представленных в таблице данных следует, что эффективность реагентов возрастает с увеличением числа функциональных групп (от НТФ к ДТПФ) и длины углеводородных радикалов (от ЭДТФ к ГМДТФ), соединяющих алкилфосфоновые группы. Видно, что используемые критерии для оценки эффективности реагентов позволяют надежно их дифференцировать.

Однако этот метод не позволяет определить коррозионную активность воды и оценить антикоррозионные свойства реагентов и их оптимальную концентрацию.

В связи с данной проблемой нами была разработана универсальная установка для проведения испытаний (рисунок 1).

Установка состоит из термостата, теплообменника, перистальтического насоса, емкости с используемой водой, в которой измеряется скорость коррозии конструкционной стали и цветных металлов. Скорость коррозии измеряется с помощью коррозиметра «Эксперт 004» [3]. Воду для испытаний готовили смешением равных объемов двух растворов: раствор №1 - СаСl2-2.92 г/дм3 , NaCl - 40,6 г/дм3, MgSO4 - 4.26 г/дм3 ; раствор №2 - NaHCO3-2,4 г/дм3[ТУ2458-00670887619-2005].

В качестве объектов исследований использовали реагенты ИОМС (ингибитор отложений минеральных солей), выпускается согласно [ТУ 2439-369-05763441-2003] и реагент КИСК (комплексный ингибитор солеотложений и коррозии), выпускается согласно ₍ТУ 2415-007-764997982009).

Первый из них представляет смесь органофосфонатов, основным из которых является нитрилтриметилфосфоновая кислота (НТФ), второй смесь органофосфонатов и их цинковых комплексонатов при мольном соотношении 2,5:1

Рисунок 1 - Схема установки одновременного определения скорости коррозии и солеотложения 1-термостат, 2-коррозиметр, 3-перистальтический насос, 4-теплообменник; 5-емкость с исследуемым раствором.

Рисунок 2- Установка одновременного определения скорости коррозии и солеотложений

Продолжительность эксперимента составляла 3 часа, температура изменялась в диапазоне 70-90⁰С. Количество отложений определяли по окончанию эксперимента, растворяя образовавшиеся отложения на теплообменнике 0,1н соляной кислотой и определяя количество образовавшегося карбоната кальция по стандартной комплексонометрической методике. Скорость коррозии определяли в течение всего эксперимента электрическими зондами, изготовленными из стали Ст3 и латуни Л-60 на коррозиметре «Эксперт-004». Реагенты использовали в виде 0,1% растворов в количестве 2-6мг/л в пересчете на 100% продукт.

Эффективность ингибирования солеотложений рассчитывали по формуле:

Э= (7)

где А₁-количество отложений в контрольном опыте; А₂- количество отложений в опыте с реагентом.

Эффективность ингибирования коррозии рассчитывали по коэффициенту торможения (К):

К=, (8)

где В₁-корость коррозии в контрольном опыте, мкм/год; В₂-скорость коррозии с реагентом, мкм/год. Данные представлены в таблицах 2,3,

Таблица 2 - Влияние реагентов на количество образовавшихся отложений

Таблица 3 - Влияние реагентов на скорость коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3- Контрольный опыт Рисунок 4 - Опыт с реагентом КИСК, концентрация -6 мг/л

Из данных, представленных в таблицах 2,3 и рисунках 3,4 видно, что предлагаемый метод позволяет оценить свойства реагента как ингибитора солеотложений, так и ингибитора коррозии и подобрать его оптимальную концентрацию при различных температурных режимах с учетом требований, как технического, так и экономического характера.

Следует также отметить, что с ростом температуры в присутствии реагента КИСК наблюдается не увеличение, а снижение скорости коррозии. Это может служить косвенным свидетельством образования нанозащитной пленки на поверхности металла, состоящей из полиядерных комплексонатов органофосфонатов. реагентный коррозия солеотложение

Библиографический список

1. Борис Дрикер, Светлана Тарасова и др. Ингибиторы для систем оборотного водоснабжения. LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013 с. 152

2. Дрикер Б.Н., Мурашова А.И., Тарантаев А.Г., Никифоров А.Ф. Выбор ингибитора минеральных отложений в системах оборотного водоснабжения промышленных // Водное хозяйство России №6 2014,с 92-99.

3. Ануфриев Н.Г., Комарова Е.Е., Смирнова Н.Е. Универсальный коррозиметр для научных исследований и производственного контроля коррозии металлов и покрытий // Коррозия: материалы, защита. 2004. № 1. С. 42-47.

Размещено на Allbest.ru