第12讲：阻垢剂、缓蚀剂

.,第12讲阻垢剂、缓蚀剂,.,一、阻垢剂,.,水质问题,.,水中的主要物质（杂质）,阳离子：Ca2+,Mg2+,Na+,K+Fe2+阴离子：SO42-,Cl-,HCO3-,SiO32-溶解气体：O2,CO2有机物：微生物，油脂等悬浮颗粒：泥沙胶体等,水垢,设备腐蚀,微生物,.,水质问题,堵塞设备降低换热效率增加能耗影响设备寿命影响安全生产,.,水垢问题,.,水垢,溶解盐类结晶析出，沉积在金属表面，形成厚实且致密的物质，大部分呈白色或灰白色。（主要为碳酸盐沉淀，如碳酸钙、碳酸镁等）,减小水流量，甚至堵塞设备导热性能差，降低效率增加能耗和维修费用引起垢下腐蚀影响正常生产，甚至造成不安全生产,.,水垢的形成,随着循环过程（温度升高、与空气接触、pH上升），成垢盐类的溶解度下降水份蒸发、水被浓缩后，离子浓度超饱和，并生成沉积物分子有结晶核，或碰撞接触增多，使结晶长大形成沉积，附着在金属表面,稳定水中结垢离子的平衡关系降低水中结垢离子的浓度破坏结垢离子的结晶长大,.,预防和消除水垢的方法,稳定水中结垢离子的平衡关系加酸溶液，通常使用硫酸向水中通CO2或净化后的烟道气,加酸，稳定重碳酸盐,水量较大，而水质要求不高,生产过程中有干净的CO2气体，或有含CO2的废水,.,预防和消除水垢的方法,降低水中结垢离子的浓度投加石灰法反渗透膜法离子交换法,水的软化！,.,反渗透膜法,反渗透膜：一种半渗透膜，只允许水分子通过，但不能使水中悬浮物及其它溶质通过。,.,反渗透膜法,当渗透达到平衡状态时，在浓水一侧施加压力（大于该溶液的渗透压），可迫使渗透反向。即水分子从浓水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，实现反渗透过程。,.,反渗透膜法,.,离子交换法,离子交换法：是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而去除水中有害离子的方法。实质：不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中的其它同性离子发生的交换反应。,RH+M+RM+H+,.,水的软化-去除结垢离子：Ca2+、Mg2+,离子交换法,.,阻垢,破坏结垢离子的结晶长大阻垢剂掺杂在已形成的晶体结构中，使规则的晶体结构发生畸变，晶体颗粒不在固体表面成垢，而是悬浮在流动水中。投加阻垢剂与水中的金属离子形成可溶性的稳定配合物，从而避免了金属离子与阴离子结合为垢类物质。用阴离子或非离子型聚合物把形成垢的悬浮颗粒包围起来，使之带有足够的相同电荷，通过静电作用，使颗粒间相互排斥，从而降低粘结能力，使成垢颗粒稳定在分散状态。,投加阻垢剂！,.,阻垢,抑制剂：扩大物质结晶的介稳定区，在相当大的过饱和程度上将结垢物质稳定在水中不析出。螯合剂：与阳离子形成螯合物，将金属离子封闭起来，阻止其与阴离子反应生成水垢，如EDTA分散剂：使CaCO3的微小结晶核形成絮状物，容易被水带走。常用的如聚磷酸盐、聚丙酸钠等。,分散晶核,防止生成晶核或临界晶核,防止晶核生长,.,阻垢剂,常用阻垢剂类型,磷酸盐无机缩合磷酸盐有机膦酸盐有机多元膦酸盐,阻垢剂,非磷酸盐系,磷酸盐系,聚合物型,（同时具有阻垢和缓蚀作用）,（阻垢分散剂）,螯合物型,天然高分子电解质合成高分子电解质,：EDTA等,.,阻垢剂,磷酸盐作用原理：磷酸盐与水中的硬度成分(Ca2+、Mg2+)反应，使硬度成分变成悬浮沉淀物，从而形成水垢。常用物质：磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠。,.,阻垢剂,无机缩合磷酸盐作用原理：在水中离解成带磷酸根基的高价阴离子，这些阴离子强烈地吸附在碳酸钙等盐类的晶体表面，使晶体的晶格畸变；把水中小晶粒包围起来，使晶体保持在微晶状态，增加其溶解度。常用物质：聚磷酸盐、聚偏磷酸盐,水解、磷盐!,.,阻垢剂,有机膦酸盐作用原理：在水中与成垢离子形成稳定的螯合物；在水中与已形成碳酸钙晶体中的钙形成稳定螯合物；在水中形成的螯合物包围碳酸钙小晶粒，使晶粒不能进一步长大；破坏碳酸钙晶体，使晶格发生畸变。常用物质：羟基亚乙基二磷酸盐（HEDP）、乙二胺四亚甲基膦酸盐（EDTMP）等。,.,阻垢剂,聚合物型阻垢剂（阻垢分散剂）作用原理：是水溶性聚合物，加入水中对固体微粒具有较好分散性能。包括合成高分子聚合物和天然高分子聚合物。如木质素、淀粉、单宁等天然高分子聚合物。,.,阻垢剂,.,阻垢剂,.,阻垢剂,廉价高效环境友好,.,二、缓蚀剂,.,水质问题,.,腐蚀,设备腐蚀,.,腐蚀,在冷却水溶液的作用，金属材料转化成离子态或金属化合物的过程。实质：是水中的悬浮物、胶体、溶解盐类及溶解气体等杂质中氧化性的物质对金属发生化学的、生物的和电化学作用的结果。,损坏设备，增加维修费用缩短设备寿命发生意外事故（腐蚀穿孔）,.,腐蚀,微生物腐蚀一些细菌及真菌在代谢过程中，往往产生有机酸，也会引起腐蚀。,.,腐蚀,电化学腐蚀由于溶解氧的存在以及金属表面的不均匀性和冷却水的导电性，在碳钢表面形成微电池。,.,腐蚀,阴极：氧减少,阳极：铁流失,生成不溶物氢氧化亚铁（结垢）,.,腐蚀,pH（酸性、碱度）溶解物质（溶解性盐、溶解固体）固体物质（结垢、悬浮物质）溶解气体（CO2、O2）温度水流速度微生物,.,腐蚀,耐腐材料,防腐处理,耐腐蚀材料，不易被氧化选择耐用的金属材料选择适用的非金属材料,表面防腐涂层钝化处理添加缓蚀剂,使用方便投资少保护效果好,.,缓蚀剂,添加缓蚀剂缓蚀剂是一种添加少量(0.11%)，能明显降低介质的侵蚀性，阻止或减缓金属腐蚀的物质。又叫阻蚀剂、阻化剂、腐蚀抑制剂等。缓蚀剂是在金属表面形成一层膜，隔离金属与水的接触而达缓蚀目的。,一般使用量只有千万分之几到千分之几!,.,按照化学组成无机缓蚀剂，有机缓蚀剂；按照对电化学腐蚀的控制部位阳极型、阴极型、混合型；按照生成保护膜的类型氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型。,缓蚀剂的分类,.,缓蚀剂的分类,按照化学组成分类,无机缓蚀剂,有机缓蚀剂,.,缓蚀剂的分类,按照对电化学腐蚀的控制部位分类,阳极型,阴极型,混合型,.,缓蚀剂的分类,.,缓蚀剂的分类,如果金属表面有腐蚀产物或有垢沉积的情况下，很难形成效果良好的缓蚀膜。在酸性介质中使用效果较好，或适当加入少量表面活性剂。,.,缓蚀剂,缓蚀剂的影响因素缓蚀剂浓度温度介质的pH值金属表面的清洁度、粗糙度流速等,根据被保护对象、环境条件等选择缓蚀剂,.,缓蚀剂的应用,氧化膜型缓蚀剂（铬酸盐）效果最为理想者。但铬酸盐（六价的）有毒，因此在世界范围内已逐渐为（聚）磷酸盐所取代。磷酸（盐）和聚丙烯酸（盐）-阻垢剂、分散剂，可解决水中结垢问题。但磷酸盐是水中微生物的营养源，结果从另一方面对环境造成污染。因此，在不允许使用铬酸盐和（聚）磷酸盐的地方，其他几类缓蚀剂得到了应用机会。,.,缓蚀剂的应用,应用中的问题根据体系的具体情况选择有效的缓蚀剂确定缓蚀剂的最优投效剂量对生产过程可能产生的不利影响：新的腐蚀问题、因结垢而影响传热、起泡、形成乳状液等缓蚀剂的毒性和环境污染