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

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.

 

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.

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».

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».

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в агроэкологии при определении нитрификационной способности почв. Для этого проводят компостирование почвы в термостате и определяют количество нитратов, накопившихся в почве в результате нитрификационных процессов.
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для экологического картирования, выявления неблагоприятных участков исследуемых регионов и дифференцированной оценки Cа-Sr статуса различных по площади территорий.

Изобретение относится к медицине и ветеринарии и представляет собой способ определения в одной постановке цист лямблий и ооцист криптоспоридий в биологическом материале - кале, в смывах объектов окружающей среды и в почве, заключающийся в подготовке пробы, внесении в пробу иммуномагнитных частиц, иммунохимическом связывании, в результате чего образуются агрегаты цист и ооцист с магнитными частицами, улавливании агрегатов цист и ооцист в магнитном поле, отмывке зафиксированных агрегатов цист и ооцист буферным раствором, диссоциации меркаптоэтанолом или соляной кислотой, разделении цист, ооцист и магнитных частиц в магнитном поле, переносе выделенных цист и ооцист на предметное стекло для последующего иммунофлуоресцентного мечения и последующей оценки микроскопированием с применением насадки «Опти-Люм» на микроскоп, где результат учитывают исходя из того, что цисты лямблий представляют собой сверкающие и флюоресцирующие яблочно-зеленым светом объекты, от округлых до овальных от 8 до 14 мкм в длину на 7-10 мкм в ширину, с ярко подсвеченными краями, ооцисты же криптоспоридий представляют собой сверкающие и флюоресцирующие яблочно-зеленым светом объекты, от овальных до сферических от 3 до 5 мкм в диаметре, с ярко подсвеченными краями.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии природных вод для инструментального определения микроэлементов. Для осуществления способа группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов Ti, Mo, Sn, Fe к 10 мл водной фазы анализируемого кислого раствора добавляют 1 г легкоплавкого расплава ацетилсалицилата антипириния [AntH3O+]⋅[AcSal-], отделяют концентрат ионов Ti, Mo, Sn, Fe, озоляют азотной кислотой в микроволновой печи и анализируют атомно-эмиссионной спектрометрией.

Изобретение относится к экологии и может быть использовано для оценки трофности водных объектов (ВО). Для этого с помощью спектрометра измеряют значения спектральной яркости восходящего от ВО излучения в диапазоне длин волн 420-750 нм, по сравнению со спектральной яркостью эталона, в качестве которого выбирают ортотропно рассевающую белую пластину; затем расчитывают коэффициенты спектральной яркости (КСЯ), в дальнейшем обозначаемый ρλ, как отношение измеренных спектральных яркостей ВО и эталона; в качестве критерия трофности выбирают форму спектра ρλ; по форме спектра ρλ делят на шесть категорий, а именно: категория I с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630>ρ645; ρ645>ρ675; ρ675>ρ700; ρ700>ρ740 характеризует олиготрофный ВО, категория II с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630>ρ645; ρ645>ρ675; ρ675=ρ700; ρ700>ρ740 характеризует мезотрофный ВО, категория III с соотношением: ρ570>ρ630; ρ630≈ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740 характеризует мезотрофноэвтрофной ВО, категория IV с соотношением ρ560>ρ620; ρ620<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ645≈ρ700 характеризует эвтрофной ВО, категория V с соотношением: ρ560>ρ630; ρ630<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ700>ρ645 характеризует полиэвтрофный ВО, категория VI с соотношением: ρ560>ρ630; ρ630<ρ645; ρ645>ρ675; ρ675<ρ700; ρ700>ρ740; ρ700>>ρ645; ρ675<ρ740 характеризует гиперэвтрофный ВО.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для качественного и количественного определения пиридоксина, в условиях контрольно-аналитических лабораторий.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения гидрокарбонат-ионов при анализе минеральных вод методом потенциометрического титрования, включающего титрование пробы минеральной воды кислотным титрантом и измерение рН в растворе потенциометрической ячейки при добавлении каждой порции титранта.

Изобретение относится к области экологии, в частности к средствам для биомониторинга. Устройство для контроля физиологического состояния гидробионтов содержит регистрирующие электроды; блок анализа физиологического состояния тестовых гидробионтов, соединенный с компьютером; излучающие электроды, размещенные на неподвижном основании в области размещения тестовых гидробионтов.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для биоиндикации вод, загрязненных поверхностно-активными веществами (ПАВ). Способ предусматривает инкубацию рачков Epischura baicalensis Sars отряда Copepoda в исследуемом и контрольном растворах с последующим просмотром их под микроскопом.

Устройство включает лотки, в каждом из которых установлен моллюск и преобразователь перемещения его свободной створки, который содержит датчик Холла, взаимодействующий с постоянным магнитом, связанным со свободной створкой моллюска.

Устройство для контроля углового положения дифракционных порядков дифракционного элемента состоит из координатного стола, оптически связанных рассеивающего экрана с пропускающим окном, контролируемого дифракционного элемента, расположенного между координатным столом и рассеивающим экраном, источника излучения, фокусирующего объектива, видеокамеры, блока обработки и управления.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике и может быть использована для измерения характеристик деформируемости эритроцитов. Для этого проводят видеозапись и обработку дифракционной картины, возникающей при рассеянии лазерного пучка на разбавленной суспензии эритроцитов, деформированных в сдвиговом потоке силами вязкого трения, оцифровку этой дифракционной картины, определение формы линии изоинтенсивности, лежащей в области дифракционной картины.

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для исследования физических характеристик нативной биологической жидкости (НБЖ).

Изобретение относится к области метеорологии. Способ аспирационной оптической спектрометрии аэрозоля включает направление поляризованного излучения на задерживающую область, перед которой его экранируют.
Изобретение относится к области аналитической химии редких элементов, а именно к способу определения рения (VII), и может быть использовано при определении рения в сточных водах, бедных производственных растворах, алюмоплатинорениевых и алюморениевых катализаторах, в геологических материалах.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение, в частности, в процессах измерения характеристик аэрозольных частиц в двухфазных средах оптическим методом, в химической технологии, коллоидной химии, в технологии диспергирования жидкости форсунками, при контроле загрязнения окружающей среды и в других отраслях техники.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения оптических свойств наночастиц. Измерения проводят с использованием фотометрического шара.

Изобретение относится к области технической физики и касается способа и устройства для исследования воздушной взрывной волны. В исследуемой среде создают насыщенный пар, близкий к критической точке фазового перехода.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства для оптического сравнения структурированных или неоднородно окрашенных образцов.

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик загрязнения атмосферы, и может использоваться, например, для измерения размеров частиц атмосферного аэрозоля.

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 мгл 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 τиндf 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.

Наверх