柠檬酸在化学清洗中的应用分析.docx

柠檬酸在化学清洗中的应用分析林劲柱(福建厦门集美轻工业学校 ,福建 厦门 361022 )摘 要 :综述了柠檬酸的物理化学性质和除锈除垢机理 ,重点介绍了柠檬酸在化学清洗方面的应用性能 。实 践证明 ,柠檬酸在清除铁锈锈垢方面清洗效果十分理想 ,是一类值得推广和进一步研发的化学清洗剂 。关键词 :柠檬酸 ;机理 ;化学清洗 ;应用中图分类号 : tg172. 7文献标识码 : a文章编号 : 1008 - 9411 ( 2011 ) 02 - 0033 - 03蚀的促进作用 3 。表 1 几种常用的有机酸和无机酸对钢铁溶解力对比 4, 5 采用化学清洗剂 ,使之与污垢之间发生化学反应而使表面污垢被清除的化学清洗技术在现代工业 和生活中日益显现其重要性 ,酸洗是化学清洗过程 中的最重要环节 ,酸洗工艺是整个化学清洗的关键 ;柠檬酸作为一种安全清洗剂 ,在化学清洗工作得到 了广泛的应用 ,主要对柠檬酸在化学清洗中的除锈 机理和应用做了一些阐述 。溶解铁的质量浓度酸的类别酸种类及浓度- 1 )/ ( glhc l1 %1 %1 %1 %1 %1 %7. 55. 78. 54. 4142. 9h so2 4h po3 4无机酸hnoh f氨基磺酸31 柠檬酸简介在室温下 ,柠檬酸 ( c6 h8 o7 ) 又名 2 - 羟基丙烷- 1 , 2 , 3 - 三羧酸 ,为无色半透明晶体或白色颗粒或 白色结晶性粉末 ,无臭 、味极酸 ,在潮湿的空气中微 有潮解性 。它可以以无水合物或者一水合物的形式 存在 :柠檬酸从热水中结晶时 ,生成无水合物 ; 在冷 水中结晶则生成一水合物 。加热到 78 c 时一水合 物会分解得到无水合物 。在 15 c时 ,柠檬酸也可在 无水乙醇中溶解 1 。从结构上讲 ,柠檬酸是一种三羧酸类化合物 ,并 因此而与其他羧酸有相似的物理和化学性质 。加热 至 175 c时它会分解产生二氧化碳和水 ,剩余一些 白色晶体 。柠檬酸是一种较强的有机酸 ,有 3 个 h + 可以电离 ; 加热可以分解成多种产物 , 与酸 、碱 、甘 油等发生反应 。柠檬酸是有机酸中第一大酸 ,由于 物理性能 、化学性能 、衍生物的性能 ,是广泛应用于 食品 、医药 、日化等行业最重要的有机酸 2 。2 柠檬酸清洗机理柠檬酸 ( c6 h8 o7 )对金属腐蚀小 ,是一种安全清 洗剂 ,表 1 是柠檬酸与一些无机酸 、有机酸对金属的 腐蚀性比较表 ,由于柠檬酸不含有 c l- ,故不会引起 设备的应力腐蚀 ,它能够络合 fe3 + , 削弱 fe3 + 对腐柠檬酸甲酸 羟基乙酸 草酸ed ta (乙二胺四乙酸 )1 %1 %1 %1 %4. 46. 13. 76. 2有机酸1 %3. 8注 :表中“% ”均为溶质质量分数柠檬酸可溶解氧化铁和氧化铜 ,生成柠檬铁 、铜 的络合物 ,如果采用氨化的柠檬酸溶液 ,能生成溶解 度很大的柠檬酸亚铁氨和柠檬酸高铁络合物 ,清洗 效果非常好 ,柠檬酸以除铁锈为主 ,所以主要用于清 洗新建的锅炉 ,柠檬酸与氨基磺酸 、羟基乙酸或甲酸 混用 ,可用来清洗锅炉中的钙镁垢和铁锈 ,柠檬酸与 乙二 胺 四 乙 酸 ( ed ta ) 混 用 , 可 用 来 清 洗 过 热 3 , 5 器。柠檬酸清洗反应机理 。柠檬酸先要进行氨化 ,生成柠檬酸铵作为有效 成份 ,它与铁系氧化物反应以络合物的形式存在于 清洗液中 ,柠檬酸氨反应如下 :h3 c6 h5 o7 + nh4 oh nh4 h2 c6 h5 o7 + h2 o用氨水调节溶液的 ph 为 3. 5 4. 0 ,清洗温度 应 90 ,清洗时间延长 26倍 。3收稿日期 : 2010 - 12 - 02作者简介 :林劲柱 ( 1968 - ) ,男 , 集美轻工业学校化学高级讲师 。贵 州 化 工gu izhouchem ica lindustry2011年 4月第 36卷第 2期343. 2 除垢能力用柠檬酸作清洗剂时 ,要在清洗液中加氨 ,将溶 液的 ph 调至 3. 5 4. 0 ,在这样的条件下 ,清洗溶液的主要成分是柠檬酸单铵 ,与铁离子会生成易溶的柠檬酸铵与铁系氧化物反应nh4 h2 c6 h5 o7 + feo nh4 fec6 h5 o72nh4 h2 c6 h5 o7 + fe2 o3 2 fec6 h5 o72nh4 oh+ h2 o+ h2 o+3 +3nh4 h2 c6 h5 o7 + fe3 o4 nh4 fec6 h5 o72 fec6 h5 o7 + 2 fec6 h5 o7 + 2h2 o + 2nh4 oh同时柠檬酸铵与垢也发生反应nh4 h2 c6 h5 o7 + caco3 nh4 cac6 h5 o7 + h2 o+ co23 柠檬酸除垢能力的综合分析与比较 4, 6 , 7 3. 1 柠檬酸与几种常用清洗剂的比较 6 见表 2、表 3、表 4络合 物 , 有 很 好 的 清 洗 效 果 。与 fe 形 成 络 合 离+3 +子 ,水中呈游离状态的 fe 减 少了 , 减 轻其 对 金属的腐蚀 。 1000ml3 %柠檬酸 +氨能够去除 8. 63 g的 氧化铁垢 ,而 1000ml12 %的 ed ta 的铵盐溶液则仅去除 6. 23 g的氧化铁垢 , 1000ml19 %的磷酸溶液则 仅能去除 5. 99 g的氧化铁垢 。3. 3 除垢速度柠檬酸酸洗是在锅炉大型化 ,盐酸酸洗引起奥 氏体 (不锈 ) 钢应力腐蚀破裂的情况下发展起来的酸洗剂 。由于柠檬酸不含氯离子 ,不会引起奥氏体的应力腐蚀破裂 。所以适用于结构复杂和系统很复 杂的高参数 、大容量锅炉 ,特别适用于奥氏体钢和蛇 形管的 清 洗 。清 洗 时 , 清 洗 液 浓 度 一 般 应 控 制 在3 % 4 %之间 ,温度为 90 98 , ph 值在 3. 5 4. 0之间 ,清洗流速为 0. 3 2. 0m / s,清洗时问控制 在 35 h。 8 4 用柠檬酸进行化学清洗的优点 9 与 无机 酸相 比 , 柠 檬酸 酸性 弱 , 对设 备 腐 蚀 小 。若用 60 的 5 %盐酸与 90 的 30 %的柠檬酸 相比 ,腐蚀比值是 12 1。柠檬酸除锈力强 ,不仅利用其酸性 ,更重要是其螯合作用 ,在柠檬酸中加入 nh3 . h2 0 在 ph 值为3时 ,生成柠檬酸铵 , 柠檬酸铵是一种强螯合剂 , 和 铁的氧化物反应完全 ,清洗后金属表面非常光洁 。柠檬酸清洗安全可靠 ,废液易处理 ,经简单处 理后 ,对环境基本无损害 ,人工操作安全可靠 。表 2几种酸洗液溶解锈垢能力的数据对比酸洗液种类质量分数 / %溶解锈垢的量 / ( g /l )盐酸磷酸 磷酸柠檬酸铵 ed ta 铵盐 ed ta 铵盐 ed ta 铵盐531933639. 550. 965. 998. 633. 005. 9912 6. 23 表 3 几种酸洗液溶解一定量锈垢所需时间的对比条件所需时间 / h酸液及质量分数温度/ 流速 /(m. s- 1 )1 /41 /212345 6盐酸 , 5 %磷酸 , 3 % 柠檬酸单铵 , 3% ed ta 铵盐 , 3 %717710094981351490. 60. 60. 60. 6b-c-c- - -a a c- - a b c c- a a b c c ed ta 二钠盐 , 15 % 94 105 0. 6 - - - - - - - a注 : a: 10 %的除垢效果 ; b: 20 % 95 %的除垢效果 ; c: 95 % 100 %的除垢效果柠檬酸的应用 10 , 11 柠檬酸及其衍生物以其特殊的理化性能 ,在化 学清洗等许多领域都有很广阔的用途 。5. 1 高周波柠檬酸清洗技术清洗管道这是针对高杂质硬水质的最新清洗技术 ,利用 食品级柠檬酸软化顽固水垢 ,再以微电脑控制水流 与气动 ,产生水流周波水震荡等方法 ,使水管内的陈年积垢剥离脱落 ,让水管畅通清浩 ,高周波柠檬酸清 洗技术 ,最快速安全有效的施工法 ,不使用臭氧或化学试剂且费用低 。5. 2 用柠檬酸复配表面性剂清洗燃气热水器 12 柠檬酸 、a es和苯并三氮唑配制的化学清洗剂清洗已使用多年的燃气热水器 ,将清洗剂注入倒置5表 4流速对清洗锈垢的效果对比流速 / (m. s- 1 )条件酸液及质量分数温度 清洗/ 时间 静置 0. 009 0. 030. 30. 6 0. 9盐酸 , 5%磷酸 , 3%柠 檬 酸 单 铵 ,3%ed ta 铵 盐 ,3%ed ta 二 钠 盐 , 15 %717710066ccc-c-cccccc94986-bbccc135149 6-bbccc94105 6-bb注 : b: 0 - 80 %的除垢效果 ; c: 95% 100 %的除垢效果 ;(以上数据均从参考文献中引用 )2011年 4月第 36卷第 2期林劲柱 :柠檬酸在化学清洗中的应用分析35的热水器中 ,浸泡 1 h后 ,倒出清洗液 ,用清水冲洗干净 ,重新使用热水器 ,在相同流量下 ,出水温度提高5 8 。5. 3 用柠檬酸清洗饮水机用食用柠檬酸 (粉末状 ) 用水稀释 ,注入饮水机 加热内胆中 ,浸泡 20m in 左右 。最后用清水反复冲 洗内胆 ,直至干净为止 ,无毒且效果好 。5. 4 柠檬酸用于食品工业中因为柠檬酸有温和爽快的酸味 ,普遍用于各种 饮料 、汽水 、葡萄酒 、糖果 、点心 、饼干 、罐头果汁 、乳 制品等食品的制造 。5. 5 柠檬酸用于精细化学工业等领域柠檬酸属于果酸的一种 ,主要作用是加快角质 更新 ,常用于乳液 、乳霜 、洗发精 、美白用品 、抗老化 用品 、青春痘用品等 。柠檬酸在化学技术上可作化 学分析用试剂 ,用作实验试剂 、色谱分析试剂及生化 试剂 ;用作络合剂 ,掩蔽剂 ; 用以配制缓冲溶液 。采用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂 ,可改善洗涤产品 的性能 ,可以迅速沉淀金属离子 ,防止污染物重新附 着在织物上 ,保持洗涤必要的碱性 ;使污垢和灰分散 和悬浮 ;提高表面活性剂的性能 ,是一种优良的鳌合 剂 ;可用作测试建筑陶瓷瓷砖的耐酸性的试剂 。柠檬酸 - 柠檬酸钠缓冲液用于烟气脱硫 。我国煤炭资 源丰富 ,是构成能源的主要部分 ,然而一直缺乏有效 的烟气脱硫工艺 ,导致大气 so2 污染严重 。柠檬酸- 柠檬酸钠缓冲溶液由于其蒸气压低 、无毒 、化学性 质稳定 、对 so2 吸收率高等原因 ,是极具开发价值的脱硫吸收剂 。5. 6 柠檬酸用于制药 、医药 、杀菌柠檬酸与 80 温度联 合 作用 具有 良 好杀 灭细 菌芽孢的作用 ,并可有效杀灭血液透析机管路中污 染的细菌芽孢 。享有“西餐之王 ”美誉的柠檬具有很强的杀菌作用 ,对食品卫生很有好处 ,再加上柠檬 的清香气味 ,人们历来喜欢用其制作凉菜 ,不仅美味 爽口 ,也能增进食欲 。在凝血酶原激活物的形成及 以后的凝血过程中 ,必须有钙离子参加 。枸橼酸根离子与钙 离子 能形 成 一种 难于 解 离的 可溶 性 络 合物 ,因而降低了血中钙离子浓度 ,使血液凝固受阻 。 本品在输血或化验室血样抗凝时 ,用作体外抗凝药 。6 结束语柠檬酸以其使用安全 、方便 、无毒 、对金属腐蚀 性小等优点 ,使它成为化学清洗领域的重要组成部 分并广泛应用于各个行业 ,实践证明 :柠檬酸在清除 铁锈锈垢方面清洗效果十分理想 ,是一类值得推广 和进一步研发的化学清洗剂 。参考文献 : 1 窦照英编 . 实用化学清洗技术 m . 北京 : 化学工业出版社 2001. 106 - 139 2 秦国治 ,田志明编 . 防腐蚀技术及应用实例 m . 北京 :化 学工业出版社 、工业装备与信息工程出版中心 , 2002. 608- 761 3 涂湘湘 . 实用防腐蚀工程施工手册 (下 ) m . 北京 : 化学 工业出版社 , 2000. 734 - 791 4 刘兵武 . 化工产品实用手册 m . 北京 : 科学技术文献出版社 , 1997. 275 5 秦国治 . 清洗剂综述 j . 石油化工腐蚀与防护 , 1995, 12 ( 4) 3 - 7 6 袁长征 . 30万吨乙烯装置裂解废热锅炉化学清洗与改进 j . 中国电力 , 1991, 24 ( 1) : 31 - 36 7 罗 艺 ,党志辉 ,陈民桥 . 纯铜冷凝器钝化工艺研究 j .化学清洗 , 1998 , 14 ( 3 ) 1 - 4 8 郑士忠 . sa i固体清洗剂性能 j . 腐蚀 与防护 , 1994, 15 ( 5) : 11 - 15 9 程文军 . 羟基乙酸在化学清洗 中的应用 j . 化学清洗 ,1998, 14 ( 4) : 30 - 31 10 刘伯东 ,袁长征 . 柠檬酸清洗工艺的改进及在运行锅炉 上的应用 j . 化学清洗 , 1999 , 15 ( 6 ) : 11 - 15 11 张建中 ,张慧波 . 燃气热水器的化学清洗 j . 化学清洗 ,1999, 15