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阻垢剂及阻垢分散剂

发布日期:2020-06-03 11:02

  第六章 水处理(剂)化学品 Chapter 6 Chemicals for Water-treatment Chemical Engineering Department 目 6.1 6.2 6.3 6.4 录 概述 凝聚剂和絮凝剂 阻垢剂及阻垢分散剂 杀菌灭藻剂 第六章 水处理(剂)化学品 第三节 阻垢剂及阻垢分散剂 概 述-污垢类型及产生 ? 水中含有的微溶性物质析出结晶形成垢层。 ? 钙、镁的盐属于最普通结垢物质,其形式有 CaCO3、Ca3(PO4)2 、CaSO4、MgSiO3、 Mg(OH)2等。 ? ? ? ? 水处理过程中形成的沉淀物。 固体悬浮物质沉积形成污垢。 金属材料腐蚀直接形成锈垢或腐蚀垢。 微生物繁殖分泌产生黏性物质,黏附各种 微粒而形成微生物黏泥。 4 概 述 ? 污垢的危害 ? 影响传热、影响水的输送 ? 阻垢剂作用形式 热交换器水垢 ? 晶体生长抑制剂 ? 强烈吸附在微小晶核表面,阻碍生长,妨 碍互相碰撞长大。 ? 分散剂 ? 阻止微粒互相碰撞长大和聚集 ? 属阴离子型或非离子型的聚合物 5 一、膦酸型阻垢剂的生产技术 (一)氨基三亚甲基膦酸 ? 使用范围:大型火力发电厂、炼油厂 循环冷却水、油田注水系统及低压锅 炉水的阻垢剂和缓蚀剂。 ? 工业生产技术 ? 三氯化磷水解工艺 ? 副产亚磷酸综合利用 PCl3 + 3H2O 3H3PO3 + NH4Cl + 3HCHO HO O OH P CH2 N OH CH2 P OH O HO P HO O CH2 H3PO3 + 3HCl N(CH2PO3H2)3 + HCl + H2O 6 一、膦酸型阻垢剂的生产技术 (二)亚乙基二胺四亚甲基膦酸 ? 阻垢剂:主要抑制硫酸钙垢和硫酸钡垢 ? 分散剂:二氧化钛、高岭土、钻井泥浆分散剂 ? 工业生产技术 ? 三氯化磷水解工艺 ? 副产亚磷酸综合利用 H2N-CH2-CH2-NH2 + 4HCHO + 4PCl3 + 8H2O O (HO)2 P O (HO)2 P CH2 CH2 N-CH2-CH2-N CH2 CH2 O P O P (OH)2 (OH)2 -12HCl 7 一、膦酸型阻垢剂的生产技术 (三)聚氧乙烯醚丙三醇磷酸酯 ? 工业生产技术 ? 丙三醇乙氧基化 ? 聚氧乙烯醚丙三醇磷酸酯化 乙氧基化反应:在脂肪醇、脂肪酸或烷基酚的 羟基上用环氧乙烷作原料引入聚氧乙烯醚基的 反应。 8 回顾-乙氧基化与非离子表面活性剂生产技术 乙氧基化反应:在脂肪醇、脂肪酸或烷基酚的羟基上用 环氧乙烷作原料引入聚氧乙烯醚基的反应。 脂肪醇 脂肪酸 R-O-CH2CH2-OH+ (n-1)H2C O CH2 NaOH R O CH2CH2 OH n R-CO-OH + H2C CH2 O NaOH R-CO-O-CH2CH2-OH R-CO-O-CH2CH2-OH + (n-1) H2C O CH2 NaOH R-CO O CH2CH2 OH n 烷基酚 R O-CH2CH2-OH + (n-1) H2C CH2 O R O CH2CH2 OH n 9 聚氧乙烯醚丙三醇磷酸酯的生产 间歇搅拌釜式生产 丙三醇 真空 氮气 氢氧化钠 脱水 置换 搅拌 反应 环氧乙烷 P2O5 氮 气 回 流 氮气 真空 管路 管路 环氧乙烷 P2O5 磷酸酯化 丙三醇 氢氧化钠 蒸 汽 冷却水 具体操作过程: ①乙氧基化: 先加入丙三醇、催化剂→ 真空脱水、氮气置换→ 再压入环氧乙烷 ②磷酸酯化:加入P2O5 反 应 釜 出 料 冷凝水 下水道 10 二、羧基膦酸型阻垢分散剂的生产技术 2-膦酸基丁烷-1,2,4三羧酸合成原理 1、合成膦酸二乙酯丁二酸二乙酯 O (C2H5O)2 P H + HC C2H5OOC CH COOC2H5 催化剂 O (C2H5O)2 P CH COOC2H5 CH2 COOC2H5 亲核加成 2、合成膦酸二乙酯-1,2,4三羧酸三乙酯 O (C2H5O)2 P H δ+ COOC2H5 + δ+ δCH2 CH 催化剂 O (C2H5O)2 P CH2 CH2 COOC 2H5 Michael加成 δ- C C COOC2H5 CH2 COOC2H5 CH2 COOC2H5 COOC2H5 3、合成2-膦酸基丁烷-1,2,4三羧酸 水解反应 O (C2H5O)2 P CH2 C CH2 COOC2H5 + H2O O (C2H5O)2 P CH2 C CH2 COOH COOC2H5 COOH CH2 COOC2H5 CH2 COOH 11 三、聚合物阻垢分散剂的生产技术 概 述 ? 阻垢分散剂分子结构要求 ? 功能高分子:含阻垢分 散功能基团 ? 分子量在一定范围内 COOH O P O C NH2 (OH)2 SO3H OH 极性亲水性基团 O C O ? 阻垢分散剂的合成方法 ? 聚合反应 ? 聚合物的化学反应(功 能化) n CH2 CH 聚合反应 CH2 CH n COOH CH2 CH CN COOH 水解反应 n H CH2 CH n COOH 12 三、聚合物阻垢分散剂的生产技术 (一)均聚物阻垢分散剂 ? 1、聚丙烯酸(PAA) ? 2、聚顺丁烯二酸 (二)共聚物阻垢分散剂 ? ? ? ? 1、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物 2、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物 3、顺丁烯二酸酐-苯乙烯磺酸共聚物 4、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸共 聚物 13 (一)均聚物阻垢分散剂 1、聚丙烯酸(钠) ?聚合方法:水 溶液聚合。 ?体系组成:单 体、去离子水、 引发剂、链转移 剂 ?操作技术:单 体、引发剂溶液 同时滴加反应 丙烯酸 水溶液 (NH4)2S2O8 水溶液 加料器 气 氮气 真空 管路 管路 氮 去离子水 回 流 冷 凝 器 巯基乙酸 蒸汽 反 应 釜 冷却水 80℃ 85~90℃,3~5h 冷凝水 均相溶液聚合 直接出料 或中和出料 喷雾干燥 下水道 聚丙烯酸钠固体产品 14 (一)均聚物阻垢分散剂 2、聚顺丁烯二酸 (1)水溶液聚合法 ? 体系组成:单 体、去离子水、 水溶性引发剂 ? 操作技术:顺 酐水解反应→ 引发剂溶液滴 加聚合 H2O2 加料器 水溶液 氮 气 去离子水 氮气 真空 管路 管路 回 流 冷 凝 器 顺丁烯二酸酐 蒸汽 反 应 釜 冷却水 95~100℃ 冷凝水 出 料 均相溶液聚合 聚顺丁烯二酸 溶液 下水道 15 (一)均聚物阻垢分散剂 2、庄闲的80%赢法,聚顺丁烯二酸 (2)有机溶剂法 ? 体系组成:单体、 有机溶剂、油溶 性引发剂 ? 操作技术:顺酐 溶解→引发剂溶 液滴加聚合→聚 顺丁烯二酸酐水 解或皂化 BPO 加料器 甲苯溶液 气 甲苯 顺丁烯二酸酐 蒸汽 反 应 釜 氮 氮气 真空 管路 管路 回 流 冷 凝 器 冷却水 甲苯回流温度 冷凝水 聚顺丁烯二 酸酐固体 水解或皂化 下水道 非均相溶液聚合 (沉淀聚合) 聚顺丁烯二酸(钠) 16 (二)共聚物阻垢分散剂 1、丙烯酸-丙烯酰胺共聚物 ? 自由基共聚工艺 m CH2 CH + n CH2 CH CONH2 (NH4)2S2O8 CH2 CH m CH2 CH n COOH COOH CONH2 ? 水解聚丙烯腈工艺 ? 水解程度大,羧基含量高, 阻垢分散剂 ? 水解程度小,酰胺基含量高,絮凝剂 CH2 CH CN NaOH+H2O n CH2 CH m CH2 CH p CH2 CH CN n-(m+p) COONa CONH2 17 (二)共聚物阻垢分散剂 1、丙烯酸-丙烯 酰胺共聚物 ? 聚合方法:水 溶液共聚合。 丙烯酸、 丙烯酰胺 (NH4)2S2O8 水溶液 水溶液 加料器 回 流 冷 凝 氮 气 器 去离子水 氮气 真空 管路 管路 ? 体系组成:单 体、去离子水、 水溶性引发剂 ? 操作技术:单 体、引发剂溶 液同时滴加反 应 冷却水 蒸汽 反 应 釜 85~90℃ 冷却水 冷凝水 均相溶液聚合 出 料 共聚物产品 下水道 18 (二)共聚物阻垢分散剂 2、丙烯酸-丙烯酸甲酯 丙烯酸 共聚物 液共聚合 加料器 (NH4)2S2O8 水溶液 氮气 真空 管路 管路 丙烯酸甲酯 ? 聚合方法:水溶 氮 气 ? 体系组成:单体、 15~25℃ 反 去离子水、水溶 应 性引发剂、链转 釜 均相溶液聚合 移剂 冷冻盐水 出料 ? 操作技术:引发 淡黄色共聚物液体 剂溶液滴加反应 巯基乙酸 去离子水 单体一次投料法 19 (二)共聚物阻垢分散剂 3、顺丁烯二酸酐 n + m O C C O O -苯乙烯磺酸共 聚物 (1)先聚合后 n CH CH + m CH 磺化生产工艺 O C O C O (2)顺丁烯二 酸酐-磺化苯乙 烯共聚物生产 CH m 工艺 CH CH 2 CH2 CH 聚 合 CH CH O C O n CH2 CH m C O 磺 化 CH 聚 合 CH CH O C n CH2 CH m C O ONa ONa SO3H SO3Na 磺 化 CH 2 20 (1)先聚合后磺化生产工艺 CH n O C O C O CH + m CH2 CH 引发剂 甲苯 CH CH O C O n CH2 CH m C O CH CH O C O n CH2 CH m SO3/催化剂 CH CH O C O n CH2 CH m C O 四氯乙烷 C O 稀氢氧化钠 或碳酸钠 SO3H CH CH O C n CH2 CH m C O ONa ONa SO3Na 21 (1)先聚合后磺化生产工艺 ? 聚合方法: 有机溶剂法 ? 体系组成: 单体、有机 溶剂、油溶 性引发剂 BPO 加料器 甲苯溶液 气 甲苯 顺丁烯二酸酐 苯乙烯 蒸汽 反 应 釜 氮气 真空 管路 管路 氮 回 流 冷 凝 器 冷却水 85~90℃ 冷凝水 ? 操作技术: 引发剂溶液 滴加聚合→ 非均相溶液聚合 (沉淀聚合) 磺化 白色共聚 物沉淀 磺化/四氯乙烷 共聚物沉淀 22 (2)顺酐-磺化苯乙烯共聚物生产工艺 ? 聚合方法:水 溶液共聚合。 ? 体系组成:单 体、去离子水、 引发剂 苯乙烯磺 酸水溶液 (NH4)2S2O8 水溶液 加料器 回 流 冷 凝 器 氮气 真空 管路 管路 氮 气 去离子水 顺丁烯二酸酐 蒸汽 反 应 釜 冷却水 90~95℃ 冷凝水 ? 操作技术:单 体、引发剂溶 液分别同时滴 加反应 均相溶液聚合 浅棕色水溶液 下水道 23 4、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2-甲基 丙基磺酸共聚物 ? 优良的分散性能 ? 良好的阻垢、缓蚀性能 ? 复配使用有明显协同增效作用 n CH2 CH + C O m CH2 CH C NH O CH3 C CH2SO3H CH3 CH2 CH C O OH n CH2 CH m CH3 C CH2SO3H CH3 C NH O A OH B A/B质量比51/49:阻磷酸钙垢效果最佳 A/B质量比80/20:阻碳酸钙垢效果最佳 24 4、丙烯酸-2-丙烯酰胺基-2甲基丙基磺酸共聚物 ? 聚合方法: 水溶液共聚 合。 单体1、2 混合液 (NH4)2S2O8 水溶液 回 流 冷 凝 器 氮气 真空 管路 管路 加料器 ? 体系组成: 单体、去离 子水、水溶 性引发剂 ? 操作技术: 单体混合液、 引发剂溶液同 时滴加反应 氮 气 去离子水 冷却水 蒸汽 反 应 釜 95±2℃ 冷凝水 均相溶液聚合 出 料 淡黄色透明液体 下水道 25 小 结 summary 膦酸型阻垢剂的生产 羧基膦酸型阻垢分散剂 聚合物阻垢分散剂:均聚与共聚 常用单体:丙烯酸及其酯、 丙烯酰胺、顺酐、苯乙烯

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