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工业循环冷却水处理技术
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一吨水升温一度需要的热值
将一吨15度的水升高到50度需要多少大卡的热量？用天然气需要多少立方？大龙牌燃气热水器的热效率是多少？
首先要说的是，热值是个常量，此处应该指的是热量。1大卡=4.18kJ，所以，每吨水升高一度需1004大卡热量。热容，用符号C表示，又称比热容量，简称比热，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的热量。一定质量的一物质，在温度升高时，所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比，称做这种物质的比热容(比热)，用符号c表示。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文[J /(kg·K) ]或焦耳每千克摄氏度[J /(kg·℃)]。J是指焦耳，K是指热力学温标，即令1千克的物质的温度上升（或下降）1开尔文所需的能量。根据此定理，便可得出以下公式：c=Q/m·△tQ为吸收（或放出）的热量；m是物体的质量，ΔT是吸热（或放热）后温度所上升（或下降）值。物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。定压比热容Cp：是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。定容比热容Cv：是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的能量。饱和状态比热容：是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。
采纳率：43%
来自团队：
那么一吨水从15度升高到50度需要的热量是1000千克*（50-15）=35000千卡热量，一般热水器的热效率不能低于85%，要不然就是不符合国家标准的，大龙牌热水器我没有听说过，天然气的热值你自己去查每克水每升高一度需要热量一卡
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一半热水器的热效率百分之三十差不多了！
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回答问题，赢新手礼包|&&当前位置：&>>&&>>&工业冷水机冷却循环水温度控制系统当前价格：1 最小起订：100所在地址：发布时间：有效期至：180查看类似产品0
工业冷却循环水温度控制系统
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
我公司可以根据用户的需求制定超低温（-130℃～30℃）工业冷却循环水温度控制系统以满足用户所需。
工业冷却循环水温度控制系统工业用来将循环液体迅速降温从而达到提高生产效益的温度控制设备，机组的蒸发器（换热器）使之循环液体能快速所需要到度值在产生以及日常生活工中，冷却循环水温度控制系统的应用较为广泛，在各行业中顾名思义各有不同，而在制冷行业中对此款制冷温度控制设备俗称为工业冷却循环水温度控制系统。
未端设备的温度控制原理
&&&1.用户的未端设备为密闭的情况下，工业冷却循环水温度控制系统的蒸发器为敞开式（水箱蒸发器），将未端设备的出水口接入冷却循环水温度控制系统的回水口，再将未端设备的进水口接放冷却循环水温度控制系统的出水口，而水泵安装在未端设备进水口与冷却循环水温度控制系统的出水口之间的管道上，确认管道及电源安装完毕，打开自来水阀，把冷却循环水温度控制系统的蒸发水箱加满水（自动），开机（打开机组电源—启动水泵—启动压缩机），在冷却循环水温度控制系统内部的制冷部件的作用下，将蒸发水箱里的水进行热交换（制冷），把水的部分热量带出机外，然后通过水泵把制冷后的水送入未端设备里进行降温，吸热后的水又被压入冷却循环水温度控制系统的蒸发水箱里进行热交换，这样如此循环，使之未端设备的高温得到不断的降温，直降到所需的温度值时机组的各制冷部才会自动暂停，温度升高，机组自动启动各制冷部件。
&&&2.用户的未端设备为敞开的情况下，工业冷却循环水温度控制系统的蒸发器为密闭式（壳管式蒸发器），将未端设备的出水口接入冷却循环水温度控制系统的进水口，再将未端设备的进水口接放冷却循环水温度控制系统的出水口，而水泵（自吸式水泵）安装在未端设备进出水口与冷却循环水温度控制系统的出进水口之间的管道上，确认管道及电源安装完毕，把未端设备的水箱加满水，开机（打开机组电源—启动水泵—启动压缩机），在冷却循环水温度控制系统内部的制冷部件的作用下，将蒸发水箱里的水进行热交换（制冷），把水的部分热量带出机外，然后通过水泵把制冷后的水送入未端设备里进行降温，吸热后的水又被压入冷却循环水温度控制系统的蒸发水箱里进行热交换，这样如此循环，使之未端设备的高温得到不断的降温，直降到所需的温度值时机组的各制冷部才会自动暂停，温度升高，机组自动启动各制冷部件。
机组制冷原理
压缩机运转，使低温低压的气态制冷转为高温高压的气态制冷剂进入冷凝器，冷凝内的制冷制部份热量被被外置冷却水/散热风扇排出冷凝器，制冷剂放热后液化为高温高压液态流出，经过干燥过滤器干燥过滤后，流入膨胀阀进行节流（迅速降温的过程）、降压，制冷剂液化为低温低压的液态进入蒸发器进行热交换，低温低压的液态冷媒吸收蒸发器外周围介质（水、油）热量，吸热过程中冷媒温度保持不变，体积发生变化，吸热后的低温压的液压制冷剂气化为低温低压的气态制冷剂进入到压缩机，经压缩机压缩，被压缩成高温高压的气态，进入冷凝器，从而实现制冷循环的整个过程。
&&&1.根据原理得出：冷煤会将蒸发器内水的高温吸收进入冷凝器（壳管式）内，其冷凝器部件内的高温冷煤需要散热，如利用外部冷却水塔的循环水来对冷凝器内的高温冷煤的热量进行散热，这是利用水的方式对冷凝器进行散热，之所以叫做水冷式冷却循环水温度控制系统。
2.根据原理得出：冷煤会将蒸发器内水的高温吸收进入冷凝器（翅片式）内，其冷凝器部件内的高温冷煤需要散热，如利用风扇来散热将高温冷煤的热量排出机外，这是利用风扇排风的方式对冷凝器热量进行散热，之所以叫做风冷式冷却循环水温度控制系统。
3.根据外型得出：这是在外行人仕或从不专业的角度去命名，无论是水冷式或都是风冷式，小型机型都是与机箱的方式组装而成，所以也可以就做“箱形冷却循环水温度控制系统、箱体式冷却循环水温度控制系统或冷水箱”。
4.根据结构得出：此款设备较为特别，散热方式利用外部冷却水塔的循环水来对冷凝器内的高温冷煤的热量进行散热，而没有风冷式的，无外壳（机箱），之所以就做开放式冷却循环水温度控制系统。
5.根据压缩机的原理得出：压缩机（机组的主要部件）利用一个主动转子（螺杆）和两个星轮的啮合产生吸气、压缩、排气三个连续过程是靠转子、星轮旋转时产生周期性的容积变化来实现冷煤的运行，之所以称之为螺杆式冷却循环水温度控制系统。其散热方式有两种：一种是利用外部冷却水塔的循环水来对冷凝器内的高温冷煤的热量进行散热，这是利用水的方式对冷凝器进行散热，也可以叫做水冷螺杆式冷却循环水温度控制系统。另一种是利用风扇排风的方式对冷凝器热量进行散热，也可以叫做风冷螺杆式冷却循环水温度控制系统。
机组应用范围
1.塑胶行业
&（1）.注塑：胶连续的过程中需要用工业冷却循环水温度控制系统所制冷的水对注塑模具进行以缩短塑胶凝结时间，提高工件尺寸精度，成型质量、表面质量，。
&&&（2）.挤出（拉粒、抽粒）：塑料原料的生产过程中剂出的原料冷却是为了固化定型，需要用工业冷却循环水温度控制系统对其产品所经过的水槽进行强降温，达到急速固化定型的目的，从而提高固体输送速率，均化段冷却有利于提高产品质量，大大提高了生产交率。
2.化工行业&
（1）.阳极氧化（电镀）：工业冷却循环水温度控制系统有助把金属与非金属离子稳定下来，使金属离子迅速附上电镀件，氧化件,电泳件,不但增加密度及平滑，并可减少电镀次数，在工业冷却循环水温度控制系统。
（2）电路板：冷却循环水温度控制系统，。
3.主轴降温
&&&在工业产品的生产过种，工业设备在运转的同时主轴往往会产生摩擦，设备的工作温度会越来越高，当温度过高而生产出来的产品会出现劣品以极次品甚至设备无法正常工作，使用循环水制冷设备对主轴进行降温，把温控制到所需要的温度值，设备在加工进程中会得到意想不到的效果。
4.水箱或水池降温
很多大型设备都会配有循环水箱或外置水池，在加工过程，水泵及设备易产生高温而影响生产，甚至有些设备温度高到一定的高温时会自动停机，无论何种情况下生产都会受到恶劣的影响。如使用循环水制冷设备对水箱或水池进行循环温，再将冷却后的水抽入需要降温的设备中，使之设备的温度保持在所需要的温度范围，设备的加工进程得以改善，从而大大提高了生产效率。
5.印刷行业
&&&水墨离合，每个色组上的过桥棍则需用要较高的水质、水温、导电等，工业冷却循环水温度控制系统在印刷过程中是控制水温作用，通过工业冷却循环水温度控制系统把水抽到每个色组上的水盘子上，在通过过桥棍传给胶辊。在传给版上，版上占水的部分不占墨，没占水的部分占墨，就能出你想要的画面，一机张白纸，成品部分，你可以看到。空白处就是占过水的，有画或字的部分都是没水的，较大的印刷设备都有留冷却用水路，水路是封闭的，所以需工业冷却循环水温度控制系统强制冷却。
6.超声波行业
在液体中传播，使液体，与清洗槽在超声波频率下一起振动，液体与清洗槽振动时有自己固有频率，这种振动频率是声波频率，所以人们就听到嗡嗡声，水清洗液最适宜的清洗温度为40-60℃，尤其在天冷时若清洗液温度低空化效应差，清洗效果也差。因此有部分清洗机在清洗缸外边绕上加热电热丝进行温度控制，当温度升高后空化易发生，所以清洗效果较好。当温度继续升高以后，空泡内气体压力增加，引起冲击声压下降，反应出这两因素的相乘作用，工业冷却循环水温度控制系统能降低清洗剂温度，冷凝气态清洗剂，有效防止清洗剂的挥发。
7.激光行业
工业冷却循环水温度控制系统主要应用于激光打标机，激光雕刻机，激光焊接机，激光喷码机，激光切割机等等激光加工设备，它能精确控制激光设备所要求的温度，从而保证了激光设备的正常工作。在激光（镭射）系统中的激光发生源、光束控制器和电控柜都可能需要额外冷却。对冻水温度要求通常在15…22℃之间，对冻水精度要求通常为±1K&或&±2K。部分设备可能要求±0.5K，另外部分设备对冻水电导率，耐腐蚀等有一定的要求。因此对水质要求非常高，管材采用不锈钢或PVC管。对于激光系统中的特殊应用，都能专门设计工业冷却循环水温度控制系统以满足不同的要求
8.渡膜行业
（2）真空度膜：中频真空镀膜机一般要配一台工业冷却循环水温度控制系统作为镀膜机（主要是圆柱靶）的冷却设备中频设备必须加冷却水，原因是它的频率高电流大。电流在导体流动时有一个集肤效应，电荷会聚集在电导有表面积，这样使电导发热所以采用中孔管做导体中间加水冷却。
：冷却循环水温度控制系统
9.机加工行业
&&&在数控机床加工时，使用工业冷却循环水温度控制系统将加工工件温度及切削温度保持控制一个良好的温度范围进行加工，使工件的表面光洁度得到大大的提高效益。
10.水族鱼行业
&&&水族鱼缸制冷则需要专业的制冷设备对鱼缸进行制冷，将其温度控制在鱼所适应的温度范围来延长鱼的存活时间，但水族鱼行业的制冷设备与其它行业的制造有所不同，如果制造的制冷设备用常规的材料制冷会影响鱼的质量。比如，如果制冷设备采用铜管和不锈钢管这是不可行的，因为铜管及不锈钢的含钎量长间会被鱼吸收，含钎量超标这样养出来的鱼对人体是有负面影响的，那么水族鱼缸制冷设备只能选用含钎较为低的材料，那就是钛了。
11.混凝专用冷却循环水温度控制系统
水利工程多为大体积混凝土。需要降低混凝土的水化热。降低混凝土的浇筑温度是非常有效的手段。
通过工业制冷设备可以制出温度低的水，用来降低混凝土的出机温度。混凝土温度可以降到20度以下
12.玻璃降温
冷却循环水温度控制系统
1、压缩机精选国际名牌“日本大金系列”“日本三洋系列”“日本松下系列”，内置安全保护，噪音低，省电耐用。&
2、电气部分采用国际品牌“LG”产品，保证机器工作稳定，寿命长久。&
3、进口意大利及台名厂水泵，大流量，效率高，恒久耐用。&
4、配备进口精密式数显温度控制器，能精确控制水温±1℃，设定温度范围&3℃℃。&
5、全不锈钢厚质水箱式蒸发器，内置自动补水等装置，清洗维护方便快捷。&
6.&工业冷却循环水温度控制系统冷凝器为套管式，套内螺纹铜管，设计合理，换热效果良好；风冷机组散热冷排，由翘片加上行列铜&&
&&&管组成，制造时采用二次翻边翘片机械涨管工艺和先进换热器生产线，保证优质高效。
7&、静电喷塑外壳，欧化设计，美观大方，外表板采用快速拆装形式，方便使用和维护。
1.本公司所有设备：一年免费保修、终生维护（人为、易损件及不可抗拒因素除外）
2.接到客户书面设备维修通知书后，广东省内小时响应到场维修，广东省外小响应到场维修。
3.保修期过后可另行服务协议，用户在使用设备的生产过程中得到有效的保障。
3.本公司提供全天24小时的免费技术支持。服务热线：
“买正品—选九井”热枕欢迎新老客户选用九井牌JRW水冷式系列水冷式工业冷却循环水温度控制系统、JRA风冷式系列风冷式工业冷却循环水温度控制系统。本公司郑重承诺：本公司所有配件源于原厂家原装新品及原装进口，如有用户发现我公司使用二手压缩机以及其它二手配件的伪劣产品。以“买一陪十”的陪尝制度对用户进行陪尝。
水冷式冷却循环水温度控制系统技术参数t&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
Refrigerati
ng&capacity
Compressor
Evaporator
water&pump
Shape&dimension
720×400×1100
720×450×1100
760×480×1050
850×480×1180
850×480×1180
980×550×1180
注：1。制冷压缩机：承受最高温度为45℃、使用制冷剂为R22。&Refrigeration&compressor:&Support&highest&temperature&&45&℃、Refrigerant&R22&for&use
2。螺杆式冷却循环水温度控制系统能量自动控制为100%-75%-50%-25%&。Screw&water&chillers&energy&automatic&control&for&100%-75%-50%-25%&。&
3。蒸发温度入水12℃、蒸发温度出水7℃。冷凝温度入水30℃、冷凝温度出水35℃。Evaporation&temperature&into&the&water&12&℃、Evaporation&temperature&water&7&℃、Cooling&water&temperature&into&30&、Cooling&water&temperature&for&35。
4。CRW-15～CRW-60用户可以制定开放式机组,性能参数与同型号箱体冷却循环水温度控制系统一致.The&user&can&formulate&open&type&Cold&water&machine,&performance&and&the&Cold&water&machine&consistent
5。以上参数如有变更，恕不另行通知。The&above&parameters&are&subject&to&change&without&prior&notice.
&&&普通用户&&&&公司信息已审核深圳市九井机械制造有限公司公司地址：宝安区松岗街道塘下涌工业大道16号辉煌工业城主营产品：工业冷水机，塑料除湿干燥机，塑料破碎机，塑料搅拌烘干机，塑料结晶机，塑料自动吸料机，塑料混色机，工业冷风机，工业冷油机，工业冷却水塔，压缩打包机 &&联系人：李大红联系方式： &&||您可能感兴趣的 ￥1.00/台 ￥/台 ￥/台 ￥1000.00/台 ￥1.00/台 ￥1.00/台相关产品&&&&&&&&同类商品展示 ￥1.00/台 ￥/台 ￥/台 ￥1000.00/台 ￥1.00/台 ￥1.00/台免责声明：本站所展示的公司信息、产品信息及其他相关的信息均由企业自行提供，内容的真实性、准确性和合法性由发布企业负责。本站对此不承担任何保证责任。友情提醒： 建议您在购买相关产品前务必确认供应商资质及产品质量，交易有风险，请谨慎对待，以免因此造成自身的损失。本站声明：严禁任何单位和个人模仿、转载、抄袭及冒名中国工业电器网（） |
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工业冷却水处理教案
循环冷却水处理(龙荷云&循环冷却水处理&) 第一讲 概述（教材第 1--3 章） 一 水 水，是地球上分布最广的自然资源，也是人类赖以生存的四大要素（水、大气、土壤、 9 3 7 3 食物）之一。地球上水的总储量约有 1.386×10 km ，其中总淡水量约为 3.5×10 km ，只不 过占总储水量的 2.53%，而实际上能供人类生活和工农业生产使用的淡水资源还不到淡水储 量的百分之一（可利用水量占总淡水量的 0.55%, 为水总储量的 0.014%） 。所以，地球上供 人类生存、发展的水资源量是有限的。 我国水资源量，为世界总淡水量的 5.8%，总量排名第 6 位。但是，按人均占有量来说， 近约世界人均占有量的 1/4，在世界上排名 121 位。我国是贫水之国，9 个省市严重缺水， 666 座城市中 400 座缺水。我国被联合国列为世界上 13 个贫水国之一。 如何合理使用和开发水资源已是当务之急，节约水资源已刻不容缓。 二 水处理 综合各类水处理，基本上可以分为三大类： 1 给水处理 如生活饮用水、工业生产补充用水及锅炉用水等。一般来说，使用前对抽取的原水（尤 其是江河湖泊类）需进行预沉、混凝、澄清、过滤甚至消毒、软化等处理。 2 废水处理 如各种工业废水及城市生活污水等。一般通过物理法、化学法、物化法或生物法等处理 后达标排放。 3 冷却水处理 指工业生产运行中循环冷却水的处理， 其目的是为节约工业用水， 提高水的重复利用率。 另外，还有化学水处理。 三 冷却水系统（教材 48--50） 用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。通常有两种，直流式冷却水系统和循环 冷却水系统。 1 直流式冷却水系统 直流式冷却水系统中，冷却水仅仅通过换热设备一次，用过就排放，如图 1―1 所示。 因此，用水量很大。这种冷却水系统，不需要其它冷却水构筑物，因此投资少，操作简便， 但是耗水量大， 对环境造成热污染， 不符合节约使用水资源的要求。 这种系统已基本被淘汰。物料 冷水水 源泵换热器热水物料2 循环冷却水系统图 1―1直流式冷却水系统循环冷却水系统又分封闭式和敞开式两种。 （1）封闭式循环冷却水系统 在封闭式循环冷却水系统中，冷却水用过后不是马上排放掉，而是收回再用，循环不 已。在循环过程中，冷却水不暴露于空气中，所以水量损失很少。水的再冷却是在另一台换 热设备中用其它的冷却介质来进行冷却的，如图 1―2 所示。这种系统一般用于发电机、内 燃机或有特殊要求的单台换热设备。 物料冷水水 源冷水泵换热器(冷 却工 艺 介质 )物料 冷却器(冷却热水)图 1-2封闭式循环冷却水系统（2）敞开式循环冷却水系统 在敞开式循环冷却水系统中，冷却水用过后不是立即排放掉，而是收回循环再用。水 的再冷却是通过冷却塔来进行的， 因此冷却水在循环过程中要与空气接触， 部分水在通过冷 却塔时还会不断被蒸发损失掉， 因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加， 为了维 持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值， 必须对系统补充一定量的冷却水 （为保证补充 水的质量，通常须将抽取的原水经过预处理） 。其流程如图 1―3(教材 P54：图 3-7)所示。1a―水源；1b―预处理；1―补充水；2―冷却塔；3―冷水池；4―循环水泵；5―渗漏水； 6―冷却水；7―冷却工艺介质的换热器； 8―热水；9―排污；??图 1―3 敞开式循环冷却水系统 这种敞开式循环冷却水系统，要损失一部分水，但与直流冷却水系统相比，可以节约 大量的冷却水，允许的浓缩程度愈高，节约的水量愈可观，且排污水也相应减少。 四 冷却水循环的必要性 节水首先要抓住比较集中使用的工业用水。在工业用水中，冷却水占的比例最大，约 占 60%-70%。所以，为节约用水，提高工业水的重复利用率，须采用循环冷却水。 3 3 以我国化学工业为例，1985 年用水总量为 192 亿 m ，补水量为 84.5 亿 m ，水的重复利 3 3 用率为 56%；1990 年总用水量为 244 亿 m ，补水量为 85.5 亿 m ，水重复利用率为 63%；到 3 3 2000 年总用水量为 336 亿 m ，补水量为 74.0 亿 m ，水重复利用率达到 78%，同时，废水的 3 3 排放量也因此由 1990 年的 61 亿 m ，降到 2000 年的 57 亿 m 。另外，1985 年到 2000 年化学 工业产值由原来的 491 亿元增加到 1548 亿元，产值翻了三番，但工业用水的补水量反而减 少 12%，废水的排放量也减少 7%。这一切，所依靠的主要是采用循环冷却水及其处理技术。 五 有关的基本概念或自学思考题 1 浓缩倍数 K（教材 P55）及其计算（实验或工业应用题 1 道） ； 2 冷却水的水质要求有哪些？如何理解？ 3 冷却水预处理的混凝及其机理。 第二讲 循环冷却水系统存在的危害及其水处理的意义（教材第 3 章）一 循环冷却水系统存在的危害 对循环冷却水系统，冷却水在不断循环使用过程中，由于水的温度升高，水流速度的 变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、 风吹雨淋、灰尘杂物的飘落，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生比直流系 统更为严重的结垢、 设备腐蚀和菌藻微生物的大量滋生， 以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道 等危害，这些危害会威胁和破坏工厂长周期地安全生产。 1 结垢 一般天然水中都溶解有重碳酸盐，这种盐是冷却水发生结垢的主要成分。 在直流冷却水系统中，重碳酸盐的浓度较低。在循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度 随着蒸发浓缩而增加， 当其浓度达到过饱和状态时， 或者在经过换热器传热表面使水温升高 时，会发生下列反应： Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O 冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离 CO2 要逸出，也将促使上述反应向右 方进行。 CaCO3 沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差，导热系数 2 2 一般不超过 1 千卡/（小时?米 ?℃） ，而钢材的导热系数为 38.7 千卡/（小时?米 ?℃） ， 可见水垢形成，必然影响换热器的传热效率。 结垢的危害，轻者是降低换热器的传热效率，影响产量，严重时，则被迫停产。 2 腐蚀 循环冷却水系统中，大量的设备是碳钢等金属制成的换热器。长期使用循环冷却水， 会发生腐蚀。 （1）冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀 敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分地接触，因此水中溶解的 O2 可达饱和状态， 当碳钢与溶有 O2 的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表 面会形成许多微电池，微电池的阴、阳极上分别发生氧化还原的共轭反应。 2+ 在阳极上：Fe→Fe +2e 在阴极上：1 O2+H2O+2e→2OH 22+ -在水中： Fe +2OH →Fe(OH)2 这些反应，促使微电池上的阳极金属不断溶解而被腐蚀。 （2）有害离子引起的腐蚀 循环冷却水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度增加外，其它的盐类如氯化物、硫酸盐等 2的浓度也会增加，加速碳钢的腐蚀。Cl 和 SO4 离子会使金属上保护膜的保护性能降低，尤 其是 Cl 离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，替换氧原子形成氯化物，加速了阳极过程 的进行，使腐蚀加速，所以，氯离子是引起点蚀的原因之一。对于不锈钢制的换热器， Cl 离子是引起应力腐蚀的主要原因。 （3）微生物引起的腐蚀 微生物的滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物排出的粘液与无机垢和泥砂杂物 等形成的污泥附着在金属表面，产生氧的浓差电池，促使金属腐蚀，在金属表面和污泥之间 缺乏氧，因此一些厌氧菌，主要是硫酸盐还原菌得以繁殖，当温度为 25~30℃时，繁殖更快。 它们分解水中的硫酸盐，产生 H2S，引起碳钢腐蚀，其反应如下： 2+ 2SO4 +8H +8e→S +4H2O+能量（细菌生存所需） 2+ 2Fe +S →FeS↓ 2+ 3 铁细菌是金属锈瘤产生的主要原因， 它能使 Fe 氧化为 Fe +， 释放的能量供细菌生存需要。 Fe ??? ? Fe +能量（细菌生存所需）2+细菌3+上述各种因素对碳钢引起的腐蚀，常使换热器管壁被腐蚀穿孔，形成渗漏；或工艺介质 漏入冷却水中，损失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质中，使产品质量受到影响。 3 菌藻滋生 冷却水中的微生物，一般是指细菌和藻类，在新鲜水中，一般来说细菌和藻类都较少。 但在循环冷却水中，由于养分的浓缩，水温的升高（适宜的水温）和日光照射，给细菌和藻 类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液，象粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂 质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊糊的污泥，它们粘附在换热器的传热表面上。这种 污泥也被称为生物粘泥。 生物粘泥积附在换热器管壁上，除了形成上述微生物引起的腐蚀外，还会使冷却水流 量减少，降低换热器冷却效率，严重时，这些生物粘泥会将管子堵死，迫使停产清洗。 二 循环冷却水处理的意义 如上所述，冷却水长期循环使用后，必然会带来结垢、腐蚀和菌藻滋生这三种危害， 而循环冷却水处理就是设法使三种危害减轻或消除，这样做有几个好处： 1 稳定生产 没有结垢腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，系统中的换热器可以始终在良好的环境中工作， 除计划中的检修外， 意外的停产检修事故就会减少， 从而在循环冷却水方面为工厂 “安、 稳、 长、满、优”运行提供了保证。 2 节约水资源 循环冷却水系统中，水的浓缩程度可用浓缩倍数（K）来表示：K=C 循/C 补，式中 C 循、C ，每小时耗 补分别代表循环水及补充水中离子浓度。某化工厂采用直流冷却水系统（K=1.0） 3 水量约 20000m ，当改为循环冷却水系统，并以 K=1.5 的浓缩倍数运转时，每小时耗水量降 3 3 为 1000m ，目前已提高浓缩倍数到 K=3，每小时耗水量只需 500m 左右，这样每小时节约冷 3 却水量约为 19500m 。但在提高浓缩倍数的同时，必须做好相应的水处理工作。 3 减少环境污染 直流冷却水系统直接从水源抽取冷水用于冷却，然后又将温度升高了的热水排放到水 源中去， 除了将废热带到水源中形成热污染外， 若对直流冷却水也采用化学药剂处理以消除 结垢、腐蚀，那么大量排放的冷却水带走很多药剂，还将对水源产生严重的水体污染。由于 循环冷却水系统可以大大减少冷却污水的排放量， 对于排放的少量污水通过适当处理后达标 排放，甚至作进一步处理后，可收回作系统的补充水用。因此，循环冷却水系统可大大减少 环境污染。 4 节约钢材 一台换热器是由几十到几百根金属管子所组成，往往需要成吨的钢材来制作。如果作 好了循环冷却水水处理工作， 还可大大减少换热器因腐蚀穿孔及结垢堵塞而更换的台数， 进 而节约钢材。 另外，根据某宏观统计，得出下表： （摘自&中国化工报&：我国水处理剂的发展前景，作者华昊 hao） 表 1―1 中国冷却水处理的经济效果比较 经济效益（冷却水） 水处理成本单价（元/立方米） 直流水 0.091 循环水 0.029用水耗电比 新鲜水耗电比（浓缩倍数 K=2） 换热器设备平均寿命（年） 换热器传热系数 kj/m ?h?℃ 平均腐蚀率 mm/a21 100 1 4980 10.9 ≤5 3 综上所述，开展循环冷却水处理，对节水、节能、节材、保证生产装置“安、稳、长、 满、优”运行和保护环境等均具有相当重要的意义。 三 自学思考题 1 为何结垢会影响传热效率？ 2 电化学腐蚀的机理； 3 微生物引起腐蚀的机理； 4 试结合所学微生物知识分析菌藻滋生的原因。 第三讲 循环冷却水的处理----阻垢分散（第 4 章） 一 系统控制指标、沉积物及其控制 1 系统控制指标 循环冷却水处理，包括系统运行前的清洗、预膜、正常运行及其现场监测等。正常运 行过程中，须对系统作好阻垢、缓蚀及杀菌灭藻等方面的工作，并控制系统达到以下主要指 标： (1)腐蚀率 碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于 0.125mm/a(5mpy)；铜、铜合金和不锈钢换热器管壁 的腐蚀速度宜小于 0.005mm/a(0.2mpy)。 (2)污垢速率 间接循环冷却水回水系统中的监测换热器每月测定一次，其污垢速率＜30m?c?m (3)微生物（异养菌总数） 5 夏天：异养菌总数＜5×10 个 ml 5 冬天：异养菌总数＜1×10 个 ml 2 沉积物概念(P67) 水垢：钙、镁等离子所造成； 污垢：SS、黏泥、腐蚀产物等。 3 沉积物控制途径(P104) 水垢控制：软化法（离子交换、石灰法） 、加酸（包括通 CO2）调 pH 法、投加阻垢剂； 污垢控制（教材 P110） ： （1）控制 SS：降低补充水浊度、设置旁滤设备（P38） ； （2）投加分散剂； （3）投加杀菌灭藻剂、控制腐蚀。 二 阻垢分散 循环冷却水处理中，控制结垢的主要方法是投加阻垢剂：有机膦酸类和聚合电解质等。 1 阻垢机理 有机膦酸和聚合电解质等阻垢机理比较复杂，目前大致有以下几种看法： （1）晶格畸变（教材 P133） 2+ 2碳酸钙是结晶体， 它的成长是按照严格顺序， 由带正电荷的 Ca 离子与带负电荷的 CO3 离子相撞，才能彼此结合，并按一定方向成长，在水中加入有机膦酸或聚合电解质时，它们 2+ 会吸附到晶体活性增长点上与 Ca 离子螫合，抑制了晶格向一定的方向成长，因此使晶格歪曲，长不大，也就是说晶体被有机膦酸等表面去活剂的分子所包围而失去活性，这也是产生 下面要提到的临界值效应的机理，同样这种效应也可阻止其它晶体的沉淀。另外，部分吸附 在晶体上的化合物随着晶体增长，被卷入晶格中，使 CaCO3 晶格发生错位，在垢层中形成一 些空洞，分子与分子之间的相互作用减小，如图 3―1 所示，使硬垢变软。 图 3―1 晶体成长歪曲示意图(教材 P133：图 4-23) 晶粒增长受到干扰而歪曲，晶粒细小，垢层松软，极易被水流冲洗掉，大量实验和生 产实践证实了这种说法。 （2）络合增溶 + 有机膦酸和聚合电解质在水中都能产生离解，放出 H 离子，本身成带负电荷的阴离子， 如：这些负离子能与 Ca 、Mg 等金属离子形成稳定络合物，从而提高了 CaCO3 晶粒析出时的过饱 和度，也就是说增加了 CaCO3 在水中的溶解度。有人通过实验测出水中加入 1~2mg/l 的 HEDP 后，可使 CaCO3 析出的临界 pH 值提高 1.1 左右。另外，由于上述的晶格畸变作用，相对于 不加药剂的水来说，形成晶粒要细小得多，从颗粒分散度对溶解度影响角度看，晶粒细小也 就意味着 CaCO3 溶解度变大，从而提高了 CaCO3 析出时的过饱和度。 （3）分散作用 根据斯托克斯公式，球形颗粒滞流时沉降速度 Vt：2+2+Vt ?(?s ? ?) 2 d 18?颗粒沉降速度（Vt）与颗粒直径 d 的平方成正比而与液体的粘度 ? 成反比。 聚合电解质是高分子长键化合物，其分子量较大，加入水中会增加水的粘度，从而使 颗粒沉降速度变小，有利于 CaCO3 晶粒和其它杂质悬浮于水中。 另外，有机膦酸和聚合电解质会吸附在晶粒周围，干扰晶粒成长，使颗粒变细小，从 而减小沉降速度。 同时还由于带阴离子的聚合电解质吸附在晶粒周围， 使其带有同样电荷而 相斥，这些都有利于晶粒悬浮分散在水中。 2 常用的阻垢剂（P115--） （1）聚磷酸盐（P115） 聚磷酸盐中，最常用的是六偏磷酸钠和三聚磷酸钠，它们都是一些线性无机聚合物， 其通式为：工业用的聚磷酸盐往往是一些 X 值在某一范围内的聚磷酸盐的混合物。聚磷酸盐对碱土金属 Ca 、Mg 等离子的整合能力比对碱金属 Na 、K 等离子的螫合能力 2+ 2+ 强得多。聚磷酸盐还可以和附在管壁上的 Ca 和 Mg 等形成络合或螫合离子，然后再借布郎 运动或水流作用，重新把管壁上的这些物质分散到水中。 微量聚磷酸盐加入水中，将破坏碳酸钙等晶体的正常生长过程，阻止碳酸钙水垢的形 成。这种利用微量聚磷酸盐防止水垢析出的方法，称之为“临界值”处理或“阈值”或“槛 值”处理。 聚磷酸盐除用作防止水垢外，也可作缓蚀剂用，但其缓蚀阻垢的效果还不理想，聚磷 酸盐在水中会发生水解，生成正磷酸盐。以三聚磷酸钠为例，水解生成的正磷酸盐，容易和 2+ Ca 离子生成磷酸钙水垢，同时正磷酸盐又是菌藻的营养物，如不采取有效措施，则必然会 促进系统中菌藻繁殖， 此时硬垢虽解决了， 软垢又会发生， 相应地垢下腐蚀也会加重。 而且， 含磷量高的排污水排入水体，将产生富营养化污染等。因此，单纯的用聚磷酸盐作缓蚀阻垢 用，已被淘汰，代之而起的是复合磷酸盐的配方。 （2）常用有机膦酸 有机磷酸是国外 60 年代后期才开发的新产品，但在 70 年代就在循环冷却水处理中得 到广泛应用，这是由于它有以下一些优点：首先它们分子结构中都有 C―P 键，而这种键比 聚磷酸盐中的―O―P―键要牢固得多，因此它的化学稳定性好，不易水解，并且耐高温，在 使用中不会因水解生成正磷酸， 而导致菌藻过于繁殖。 其次它与聚磷酸盐一样也有临界值效 应（Threshold effect） ，就是只需用几个 mg/l 的量就可以阻止几百个 mg/l 的碳酸钙沉淀。 同时它的阻垢性能比聚磷酸盐好， 此外该药剂在高剂量下还具有良好的缓蚀性能。 并且属于 无毒或极低毒的药剂，因此使用中可以不担心环境污染问题。 在循环冷却水中，有机膦酸常用的有以下几种： ATMP： ATMP 化学名称为氨基三甲叉膦酸，系英文名称 Amino Trimethylene Phosphcnicacid 的缩写。其分子结构式为：2+2+++它是由乙二胺或氯化铵、甲醛和三氯化磷为原料一步合成的。ATMP 对抑制碳酸钙垢特 别适用。 EDTMP： EDTMP 化学名称为乙二胺四甲叉膦酸，是英文名称 Ethylenc Diamine Tetramethylene phosphoric acid 的缩写。其分子结构式为它也是由乙二胺、甲醛和三氯化磷一步合成的。 EDTMP 对抑制碳酸钙、 水合氧化铁和硫酸钙等水垢都有效， 而对稳定硫酸钙的过饱和溶液最为有效，并且在 200℃高温下也不分解。 HEDP： HEDP 是同碳二膦酸型中的一种。它的分子结构中不含 N，其化学名称为羟基乙叉二膦 酸，HEDP 是英文名称 Hydroxyl Ethylidene Diphosphoric acid 的缩写。其分子结构式为它是由醋酸和三氯化磷一步合成的。由于分子结构中只有 C―P 键而无 C―N 键，其抗 氧化性比上述二种有机膦酸好。HEDP 也能与金属离子形成六元环螫合物，并且有临界值效 应和协同效应，因此它对抑制碳酸钙、水合氧化铁和磷酸钙等垢也有很好的效果，但对抑制 硫酸钙垢的效果较差。 PBTCA： PBTCA 化学名称为 2―膦酸基丁烷―1，2，4 三羧酸，其结构式为该化合物分子结构中既有膦酸基，又有羧酸基。能与金属离子螫合，不易水解，具有 良好的阻垢缓蚀双重性能，且含磷量低；在高浓缩倍数、高 PH 值条件下运行，仍具有优异 的阻垢性能。当它与聚磷酸盐和聚合电解质（如 AA―AMPS 磺酸盐共聚物）复配，能有效阻 止磷酸钙垢的出现。 目前， 在循环冷却水处理中已出现用 PBTCA 代替传统有机膦酸的复合配 方，并取得阻垢与缓蚀性能均佳的效果。 水处理剂 2－膦酸基丁烷－1，2，4－三羧酸（简称 PBTC） ，在高温、高硬度和高 pH 值 的条件下，具有优异的阻垢性能，同时兼具较好的缓蚀性能及良好的稳定锌作用，且可与许 多化合物组成增效配方，故在工业循环冷却水处理中得到了越来越广泛的应用。 13 另外，对由富马酸二甲酯为原料所合成的某 PBTC 工业产品, 进行了化学分析及 C NMR 31 和 P NMR 谱的核磁共振分析。结果表明, 除 PBTC 外，还存在膦酸基丁二酸（PBDA） 、PBTC 酯的部分水解产物（PHPE） 、膦酸基丙酸（PPA） 、1－膦酸基－1－羧基－环戊－3－酮、亚磷 酸（H3PO3）和正磷酸（H3PO4）等副产物；它们主要是由反应不完全及发生了副反应等所致。 （3）有机磷酸酯 有机多元醇磷酸酯简称 POE，系英文 Potyoe Ester 的缩写，它的种类很多，但其分子 结构中均含有下列基团它是由醇和磷酸或五氧化二磷或五氯化磷反应制得。有机磷酸酯对抑制硫酸钙垢的效 果较好，但对抑制磷酸钙垢较差。而且，在分子结构中有 C―O―P 键，它虽比聚磷酸盐难水 解，但比有机膦酸易水解，生成正磷酸，它们对炼油厂含油污冷却水的水质处理，保持良好 的缓蚀、阻垢作用有着特殊的效果。 （4）聚合电解质 这类化合物对碳酸钙等水垢具有良好的阻垢作用， 同时也有临界值效应， 因此用量也是 极微的， 但它们与聚磷酸盐和有机膦酸不同， 后者只能对结晶状化合物产生影响， 而对泥土、 粉尘、 腐蚀产物和生物碎悄等污物的无定形粒子不起作用， 聚合电解质却能对这些无定形不 溶性物质起到分散作用，使其不凝结，呈分散状态悬浮在水中，从而被水流所冲走。 常见的聚合电解质有以下品种： 聚丙烯酸（PAA） ： 聚丙烯酸是由丙烯酸单体，在异丙醇调节剂下，以过硫酸铵为引发剂聚合而成，其分子 结构式为作为水处理剂，其平均分子量一般在
的范围内，属低分子量聚合物，系表面 活性剂，-COOH 是极性基团，极性基团吸附晶核表面，靠非极性基团的斥力，降低晶体的内 聚力，以达到分散的目的。 水解聚马来酸酐（HPMA） ： 水解聚马来酸酐简称 HPMA，系英文名称 Hydrolytic Polymaleic Anhydride 的缩写。 它是由马来酸酐单体在甲苯中以过氧化二苯甲酰为引发剂聚合聚马来酸酐，再通过加热水 解，使分子中酸酐大部分被水解为羧基。其分子结构较复杂，通常用下面简化的分子结构式 表之。水解聚马来酸酐平均分子是一般为 ，由于分子结构中羧基数比聚丙烯酸多， 因此其阻垢性能比它们好，但是其价格要贵得多。 丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物（T225） ： 该产品系于 80 年代初由日本粟田公司引进， 代号为 T225。 它主要由丙烯酸与丙烯酸羟丙 酯共聚而成。其分子结构式为其抑制碳酸钙效果不如有机膦酸和上述几种聚合物，但对磷酸钙、磷酸锌、以及氢氧化锌、 水合氧化铁等垢有非常好的抑制和分散作用。 丙烯酸与丙烯酸酯共聚物： 丙烯酸与丙烯酸酯共聚物是由该二种单体共聚而成，其分子结构式为美国 Nalco 公司 N――7319 就是这种产品， 它对磷酸钙和氢氧化锌有良好的抑制和分散作用。 常与聚磷酸盐、磷酸酯和锌盐等药剂复配使用。 丙烯酸/2―甲基―2@―丙烯酰胺基丙烷磺酸类聚合物（AA/AMPS） ： 该类聚合物简称为 AA/AMPS 磺酸盐共聚物。系由丙烯酸（AA）与 2―甲基―2@―丙烯 酰胺基丙烷磺酸（AMPS）等聚合而成的二元、三元或四元聚合物水处理剂。其结构通式为：式中 R 基团代表除丙烯酸、2―甲基―2′―丙烯酰胺基丙烷磺酸之外的其它有机官能 团，其数目可以是 0、1.2，分别对应 AA/AMPS 类二元、三元、四元聚合物。 另外,还有一些天然分散剂,如木质素磺酸盐等. 该类水处理剂具有优异的阻磷酸钙垢性能，现已在循环冷却水处理中得到了良好的应 用。目前，我国在含磺酸盐共聚物的开发上进展较大，对含磷聚合物的开发也初见成效。 自学思考题：简要论述阻垢分散机理，并说明 HEDP、PBTCA、PAA 及 AA/AMPS 共聚物各自的 主要阻垢或分散机理是什么？ 第四讲 循环冷却水的处理----缓蚀（第 5 章） 一 腐蚀形态、影响因素及其腐蚀的控制 1 腐蚀形态（教材 P143） （1） 碳钢：均匀腐蚀、局部腐蚀（点蚀、斑点腐蚀、垢下腐蚀或缝隙腐蚀等） （2） 不锈钢：应力腐蚀（如 Cl ） 、点蚀（宜控制 Cl 含量&100mg/L） 2 影响腐蚀的因素（教材 P148-157） 2（1） 水质：八大离子含量（总离子含量、钙镁离子含量、Cl 含量、SO4 含量等） （2） pH 值：pH 降低，腐蚀性变强 （3） 溶解气体：CO2、O2、H2S 等，另外还有 NH3、Cl2 2（4） 微生物：SO4 还原菌、铁细菌 （5） 水温：P153 中教材图 5-9 （6） 流速：流速增大，腐蚀性变强 （7） SS：含量多，腐蚀性变强 （8） 其它 3 金属腐蚀的控制 冷却水系统中金属腐蚀的控制方法甚多，常用的有以下五种： 添加缓蚀剂、提高冷却水 pH、选用耐蚀材料的换热器、防腐涂料涂复、阴极保护。 本部分重点介绍添加缓蚀剂的内容。 二 缓蚀剂及其机理 采用缓蚀剂最基本的原理是在金属表面形成保护膜。根据膜的类型，常用的缓蚀剂可 以分为三大类：氧化膜型、沉淀膜型和吸附膜型。 1 氧化膜型（或钝化膜型）缓蚀剂铬酸盐： 铬酸盐（常用铬酸钠）缓蚀剂，其在钢铁表面生成一层连续而致密的含有г ―Fe2O3 和 Cr2O3 钝化膜。 2Fe+2Na2CrO4+2H2O→Fe2O3+Cr2O3+4NaOH 铬酸盐对碳钢、铜、锌、铝及其合金等均有良好的缓蚀效果，但毒性大。目前已较少 采用。 钼酸盐： 与铬酸盐不同，钼酸盐是低毒的。由于 Mo 和 Cr 都属于元素周期表中的 VIB 族（铬族） 元素，人们很自然地想到开发钼酸盐去取代铬酸盐作为冷却水缓蚀剂。 俄歇能谱的研究结果表明，碳钢在钼酸钠溶液中生成的保护膜基本上由 Fe2O3 组成的， 在保护膜的大部分剖面上都可以检测到少量的钼。 钼酸盐的优点是对环境的污染很小，缺点是缓蚀效果不如铬酸盐，成本太高。 亚硝酸钠 2 沉淀膜型缓蚀剂 锌盐： 在冷却水处理中，最常用的锌盐是硫酸锌和氯化锌。 锌盐在冷却水中能迅速地对金属建立起保护作用。单独使用时，其缓蚀效果不很好， 它是一种安全的，但又是低效的缓蚀剂。 关于缓蚀机理，一般认为，由于金属表面腐蚀微电池中阴极区附近溶液中的局部 pH 升 高， 锌离子与氢氧离子生成氢氧化锌沉积在阴极区， 抑制了腐蚀过程的阴极反应而起缓蚀作 用。 当锌盐与其它缓蚀剂（例如：铬酸盐、聚磷酸盐、磷酸酯、有机膦酸盐等）联合使用 时，它往往是较有效的。环保部门对锌盐排放（＜2.0mg/l＝有较严的限制。 锌盐的优点为： （a）能迅速形成保护膜； （b）成本低； （c）与其它缓蚀剂联合使用时 的效果好。缺点是： （a）单独使用时，缓蚀作用很差； （b）对水生生物有些毒性； （c）在 pH＞8.3 时，锌离子易从水中析出以致降低或失去缓蚀作用。 聚磷酸盐： 聚磷酸盐是目前使用最经济的冷却水缓蚀剂之一。 要使聚磷酸盐能有效地保护碳钢，冷却水中既需要有溶解氧，又需要有钙离子。 使用聚磷酸盐，宜尽可能避免其水解成正磷酸盐，以及生成溶度积很小的磷酸钙垢。 近年来，由于开发出了一系列对磷酸钙垢有较高抑制能力的共聚物，例如 AA/AMPS 磺 酸盐共聚物，聚磷酸盐在水处理中仍显示其强劲的生命力。 为了提高其缓蚀效果，聚磷酸盐通常与锌盐、有机膦酸盐等缓蚀剂联合作用。 有机膦酸： 有机多元膦酸是指分子中有两个或两个以上的膦酸基团直接与碳原子相连的化合物， 其中最常用的有：ATMP（氨基三甲叉膦酸） ，HEDP（羟基乙叉二膦酸）和 EDTMP（乙二胺四 甲叉膦酸）等。 有机多元膦酸与聚磷酸盐在许多方面是相似的，它们都有增溶作用，能使钙离子和镁 离子稳定在冷却水中而不析出；它们对钢铁都有缓蚀作用，其机理是与水中金属离子络合， 形成络合离子并在阴极区放电而形成保护性的沉淀膜。 但是， 有机多元膦酸盐并不象聚磷酸 盐那样易水解为正磷酸盐， 这是它的一个很突出的优点。 有机多元膦酸已被成功地用于较硬 的和 pH 较高的冷却水系统的缓蚀和阻垢。 膦羧酸 3 吸附膜型缓蚀剂（1）碳钢 烷基胺、酰胺羧酸、酰胺、咪唑啉等 （2）铜（教材 P179-180） 这类缓蚀剂有疏基苯并噻唑（MBT） 、苯并三氮唑（BTA）和甲基苯并三唑（TTA）等， 其结构式分别为：它们是铜及铜合金的很有效的缓蚀剂， 在冷却水中加入量为 2~3mg/l。 它们的负离子能 与铜离子螯合生成十分稳定的络合物，吸附在金属表面形成一层稳定的惰性保护膜。 三 环烷基咪唑啉系列缓蚀剂 环烷酸，主要是含五员环（环上接有甲基）的一元羧酸，环（个数 1-5）与羧基之间系 通过数量不少于 1 的亚甲基相连。目前，我国拥有环烷酸资源约 3 万 t/a 以上。粗环烷酸系 石油炼制的副产品，含量一般为石油中的 1%～2%，经精制可得高纯环烷酸。环烷酸咪唑啉 及其季胺盐，是广泛应用于石油、天然气生产及酸清洗等领域中的缓蚀剂 ，并有较好的杀 菌性能。 与传统脂肪酸相比， 环烷酸有机衍生物具有良好的低温流动性及高度的耐热与抗氧 稳定性。 环烷酸咪唑啉，可应用于炼油设备作高效油溶性缓蚀剂，经烷基化后，可得相应水溶性 咪唑啉衍生物，并已表明属低毒药剂。大量腐蚀评价实验已表明：其在酸性溶液（盐酸、磷 酸和硫酸等） 及油田污水等介质中对碳钢及铝等材质具有优异的缓蚀性能， 与目前国内用量 最大的缓蚀剂 LAN－826 相比，缓蚀效果明显更好，模拟现场条件下，碳钢挂片及铝挂片腐 2 蚀率均可控制在 1g/m .h 以下，缓蚀率分别可达 95%及 99%以上，且对铜挂片具有明显的缓 蚀效果。同时，还是一种性能优异的杀菌剂，经与其它药剂复配，可构成多功能高效复合水 处理剂。现已成功地应用于空调系统、循环水系统及其它水处理场合的清洗、油田水处理防 腐等领域。 1 咪唑啉季胺盐的结构型式 具有下列通式的羟乙基咪唑啉：当与烷基化试剂作用时，有可能形成如下两种互为异构体结构的咪唑啉季胺盐：式中：Ｒ－由环烷酸或有机酸衍生的烷基。 Ｒ －由烷基化试剂衍生的烷基基团，如 H、－CH3、－C2H5 或’等。-X －由烷基化试剂衍生的非烷基基团，如 Cl 、Br 、I 、(CH3)SO4 或(C2H5)SO4 等。 ’ 3 ’ 1 Ｒ 基接在 Ｎ上的结构(Ⅰ)式及Ｒ 基接在 Ｎ上的结构(Ⅱ)式 ， 均有相应的文献报道。 但是，上述(Ⅰ) (Ⅱ)两种结构中，究竟何者更稳定？以往一直未见其研究报道，且大多误 认为是结构(Ⅱ)式。 我们针对羟乙基咪唑啉季胺盐，先后通过结构分析、6─31G 基组从头算量子化学法计 算及进一步的实验分析验证，比较了其两种互变异构体的稳定性。结果表明，烷基接在咪唑 3 1 啉环中 N 原子上的结构(Ⅰ)式季胺盐，较烷基接在咪唑啉环中 N 原子上的结构(Ⅱ)式稳定 得多。 这对预测不同烷基咪唑啉季胺盐的缓蚀性、 拟为设计性能良好的相应缓蚀剂提供了有 用信息，故具有很重要的意义。 2 咪唑啉季胺盐缓蚀性能及其作用机理的研究 目前，关于咪唑啉衍生物缓蚀性能及其作用机理的研究，国内外已有不少文献报道，但 主要是针对非离子型而言的，咪唑啉季铵盐这方面的报道则很少。尤其是，咪唑啉季铵盐分 子结构与缓蚀性能关系的研究尚未见报道。 如何寻找合适的烷基化试剂， 使相应的咪唑啉季 铵盐获得最佳的缓蚀性能，是一个非常有实际意义的课题。 我们采用量子化学的 HF/6－31G 及 HF/Lan L2dz 方法，计算了咪唑啉季铵盐系列化合物 Ⅰ～Ⅳ的前线轨道能量及其与铁原子吸附作用能等参数；利用曹教授提出的极化效应指数 法，计算了 PEI 参数；采用碳钢挂片失重法及电化学测试法，评价了它们在多种酸性溶液及 油田污水介质中的缓蚀性能；探讨了咪唑啉环中 N（3）原子上取代基与缓蚀性能的关系。理 论分析和实验结果均表明，咪唑啉季铵盐对铁的缓蚀作用，可解释为其分子中的 HOMO 与 Fe 原子的 LUMO 间发生作用，咪唑啉季铵盐系列化合物Ⅰ～Ⅳ的缓蚀效率呈现如下顺序关系： Ⅳ&Ⅲ&Ⅱ&Ⅰ。 3 环烷基咪唑啉衍生物制备工艺（简介） 在不锈钢反应器内，采用酸含量&85%、粗酸值&185 mgKOH/g 的环烷酸，与工业级多胺 在 180～250℃内经两步缩合脱水反应生成咪唑啉。合成后的咪唑啉样品，分别进行酸值测 定、红外光谱（IR）分析及紫外吸收（UV）光谱分析。当达到酸值≤2.0mgKOH/g、IR 谱图 -1 与相应标准谱图接近且在 1600cm 附近处出现很强的特征吸收峰、UV 谱图中在 242nm 处出 现强吸收峰等条件时，即得合成好的咪唑啉。然后，环烷酸咪唑啉与烷基化试剂反应，合成 得咪唑啉深度衍生物,反应到达终点时，产品溶于水。最后，将所得水溶性咪唑啉衍生物按 一定比例与溶剂或其它化学助剂复配即可。 4 有待进一步开展的研究工作 理论研究： （1） 缓蚀机理的进一步研究a. 咪唑啉季铵盐分子与铁原子的具体作用方式或具体吸附模型还不得而知，宜通过光 电子能谱及电镜扫描等分析方法并结合量子化学计算进行分子水平上的研究； b. 咪唑啉季铵盐对铝具有很好的缓蚀效果，但其缓蚀机理还值得研究，包括理论上的 量子化学计算和直接与间接的实验分析验证等。 （2） 电化学缓蚀性能测试的研究 咪唑啉季铵盐对铁、铝等金属在多种酸溶液及油田污水等不同水相介质中的电化学 缓蚀性能还有待进一步测试，包括极化曲线及各自不同剂量下的缓蚀效率测定等。 （3） N（1）上取代基的选择对缓蚀性能的影响 N（1）上取代基可选择羟乙基、胺乙基、多乙烯多胺基及不同原子官能团等。 （4） 环烷基分子量大小及其分布对缓蚀性能的影响 研究环烷基分子量大小及其分布对缓蚀性能的影响，以确定适合于水处理缓蚀的具 最佳沸程范围的环烷酸原料。 应用研究： 根据市场情况，还可考虑以下后续研制开发工作： （1） 从咪唑啉的合成到水溶性烷基化，若作调整以进一步引入苄基基团，则产品将因具有 更好的杀菌性能而成为高效杀菌剂。 （2）若作进一步改进并引入含膦基团，则产品将因同时具有优良的缓蚀性能和阻垢性能而 成为高效缓蚀阻垢剂。 （3）从咪唑啉的合成到烷基化，若进一步提高分子量并引入绿色阴离子，则产品将成为当 代研究领域最活跃的应用前景广阔的附加值更高的最新型离子液体。 注:若作专题讲座,再将申报省教委课题的“国内外研究现状”相关部分插入过来即可。 四 自学思考题 1 为防止 Cl 对不锈钢的腐蚀，其含量宜控制在多少以内适宜？ 2 同时具有阻垢及缓蚀作用的药剂有哪些？请举例 5 个以上。 3 简要论述影响腐蚀的因素有哪些？并说明：缓蚀剂及其机理分为哪几类？ 第五讲 循环冷却水的处理----杀菌天藻(第六章) 一 冷却水系统中常见的微生物及其危害 详见教材 P181-196 二 微生物的控制及其杀菌天藻剂 微生物的控制如教材 P197-199. 常用的杀菌天藻剂分为两类：氧化型和非氧化型。 1 氧化型杀生剂 氧化型杀生剂是指具有强烈氧化性的一类药剂。 （1）氯及次氯酸盐 如氯、次氯酸盐、优氯净（氯化异氰尿酸） 、二氧化氯和臭氧等，其中以液氯应用最广 泛。氯遇到水后，发生下列反应： Cl2+H2O →HOCl+HCl 反应生成的次氯酸（即有效氯）是一种非常强的氧化剂，它很容易通过微生物的细胞 壁并和细胞中的原生质化合，与细胞的蛋白质形成稳定的氮-氯键，并且它还能氧化如磷酸 丙糖脱氢酶那样的酶的巯基， 以及减少呼吸作用所必须的还原酶的活性。 当浓度达到一定程 度时，可破坏整个细胞，从而杀死微生物。次氯酸在水中还会电离为次氯酸根，如：次氯酸根杀菌的效果远不如次氯酸好， 据估计次氧酸根比次氯酸杀菌的效果要小 20 倍。所以一般认为循环水的 pH 值在 6.5-7.5 时，用氯作杀生剂，效果较理想。 为保证杀生效果，在冷却水系统中要保持一定的余氯量和维持一定的接触时间。一般 余氯量保持在 0.5―1.0mg/l，接触时间在 4 个小时左右就可以了。 至于次氯酸钠和次氯酸钙加入水中，也和氯一样形成次氯酸，其杀菌机理和应用与氯 一样，不过氯常用于耗氯量较大的地方，而次氯酸盐则用于耗氯量较小的地方。 （2）二氧化氯 二氯化氯长期来主要用于饮用水的消毒，消除藻类和控制水的嗅味。近几年，开始将 二氧化化氯应用于冷却水中控制微生物的生长。 二氧化氯是一种黄绿色到橙色的气体， 与氯 一样有刺激性气味，且性质不稳定，故使用时在现场产生。用于水处理时，常通过亚氯酸钠 溶液与氯的溶液或稀硫酸反应来产生。 由于二氧化氯是一种爆炸性气体， 因此在溶液中产生 二氧化氯比较方便安全。 二氧化氯杀菌能力强，尤其是对孢子和病毒有效，溶解在水中时，并不与水起反应， 因此，水的 pH 对二氧化氯杀生效果没有多大影响，所以在高 pH 值时，二氧化氯杀生效果比 起氯来要有效得多。当 pH 值从 7 增加到 9.5 时，氯的杀生效率大大降低，但二氧化氯的杀 生效率却大致相同。 由于二氧化氯不与氨和其他大多数胺起反应，所以其实际消耗量比氯要少。对于合成 氨、炼油等厂来说，容易受氨、酚等污染，用二氧化氯代替氯可能更好些。 由于二氧化氯的化学性质极不稳定，不便于运输和贮存，因此，要在现场发生和使用， 但加入稳定剂之后，使二氧化氯性质稳定，便于贮存和使用，这就是稳定性二氧化氯，保质 期可达二年。 近年来，稳定性二氧化氯也已应用于循环冷却水处理，但由于其成本较高，使用受到 一定的限制。 （3）臭氧 臭氧也是一种强氧化剂，但性质不稳定，因此，使用时必须在现场产生。 臭氧之所以能灭菌，是由于在下列反应中： O3→O2+[O] 放出的初生态氧具有极强的氧化性，它破坏细胞的蛋白质，降低还原酶的活性，从而 杀死微生物， 且使用中不带来任何环境污染等问题。 但臭氧生产成本较高， 普遍应用有困难。 (4) 双氧水 2 非氧化性杀生剂 非氧化性杀生剂种类很多，其杀菌效果有的比氧化性杀生剂要好。通常为了使杀生物 的控制范围更广泛些， 就将氧化性杀生剂与非氧化性杀生剂放在一起交替使用。 如许多工厂 采用间歇加氯处理，并配合每周投加 1-2 次的非氧化性杀生剂，以改善微生物的控制。 另外,硫酸盐还原菌一类必须必须采用非氧化性杀生剂才能有效. （1）季铵盐类 季铵盐是一种含氮的有机化合物， 其中氮原子为五价， 与无机化合物 NH4Cl 中的 NH 4 相 似，不过是 NH 4 中的 4 个氢原子被 4 个有机基团 R 所取代，故可写成? ?称为季铵，其中 R 可以是烷基、芳香基或杂环基。当季铵与阴离子如 Cl 、Br 等结合时，??即形成季铵盐。为提高季铵盐杀生的活性，要求链上至少有一个有机基团 R 是含 8-18 个碳 原子的。 例如两种典型的季铵盐化合物是十二烷基二甲基苄基氯化胺和十四烷基二甲基苄基 氯化铵。其分子结构各为季铵盐通常在碱性 PH 范围内对藻类和细菌的杀灭最有效，季铵盐在水中电离后带正电 荷，是一种阳离子型的表面活性剂。它们能吸附到细菌上，与细胞壁上负电荷部位结合并破 坏渗透膜的组织，以及细胞内代谢物质和辅酶，使蛋白质变质而引起细胞死亡。 目前，季胺盐的种类愈来愈多，其中较常使用的“新洁尔灭”分子结构为：它是一种广谱性杀生剂。使用浓度比洁尔灭要低，一般为 50-100mg/l。 季胺盐是阳离子型表面活性剂，所以除了能杀微生物外，还能对污泥有良好的剥离作 用。 （2）异噻唑啉酮 异噻唑啉酮是一类较新的杀生剂。作为杀生剂，人们常使用异噻唑啉酮的衍生物，例 如 2-甲基-4-异噻唑啉酮-3-酮和 5-氯-2-甲基 4-异噻唑啉酮-3-酮。它们的结构式各为：异噻唑啉酮能控制冷却水中种类繁多的藻类、真菌和细菌，是一类广谱的杀生剂，在 较宽的 PH 值范围内都有优良的杀生性能。而且，它们还是一类高效低毒的杀生剂。 （3）二硫氰基甲烷 二硫氰基甲烷 CH2(SCN)2 是一种浅黄色或近于无色的针状结晶。 它是一种广谱性杀生剂，对细菌、真菌、藻类及原生动物都有较好的杀生效果，特别 是对硫酸盐还原菌效果最好。其使用浓度较低，约 50mg/l 即可，并且在 26 小时内，可以连 续获得 98-99%的高杀生率。 二硫氰基甲烷不易溶于水，所以在使用时常要与一些特殊的分散剂和渗透剂共同应用。 另外，最适宜 PH≤7.5 范围内应用，当 PH&7.5 时，部份发生分解。 (4) 咪唑啉及其季铵盐采用 1―羟乙基―2―环烷基―2―咪唑啉，经盐酸质子化或烷基化试剂季铵化后，可得 具有如下结构的咪唑啉季铵盐：式中：Ｒ－由环烷酸衍生的烷基；Ｒ －H、CH3、C2H5 、CH2 Ar 等；X － (CH3)SO4 、 (C2H5)SO4 、Cl 等。 环烷基咪唑啉季铵盐亦属一种性能良好的杀菌剂 :既含有能中和菌藻表面负电荷的阳 离子基团,又包括能杀菌抑菌的咪唑啉环及疏水基团环烷基,同时还是表面活性剂,因而具有 良好的杀菌灭藻活性.经试验表明,其性能与 1227 及异噻唑啉酮相当. (5) 有机溴类化合物 另外，目前市场上已出现有机溴类化合物的新型杀生剂，已引起国内水处理界的注意。 三 自学思考题 1 为何传统认为液氯杀菌时循环水 pH6.5-7.5 范围较 pH8.0-9.0 的好? 2 杀菌剂与缓蚀阻垢剂投药方式有何不同?如何理解? 3 与液氯相比,二氧化氯杀菌剂有哪些优势?(从 pH 范围及是否与氨反应等方面说明) 4 循环水系统中,为何少不了非氧化型杀菌剂?目前使用最广泛的为哪二类? 第六讲 冷却水系统水处理剂配方研究(第七章) 一 阻垢缓蚀剂的配方研究 1 单体评选 (1)缓蚀性能评价试验 静态挂片:除特殊工况 （如高浓酸性溶液及油田水） 外,循环水中应用较少 挂片失重法’--{动态挂片:K=1.5―2.5,T=72h,n=72r/min 左右 电化学测试法（理论研究时较多采用） 缓蚀分为预膜、正常运行，但为强化，往往省略预膜。 （2）阻垢试验 包括阻钙、阻磷及阻锌三方面试验。 2 配方试验 在单体评选基础上做正交试验，极差分析法得出结果后，再优化条件试验，最后相容性 试验，以决定分为哪几组。 3 动态模拟试验 此时可结合杀菌灭藻剂同时进行，主要控制指标为污垢热阻。 二 杀菌剂的评选 1 杀菌性能 异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌。若属开发药剂的话，还宜加设 LD50 及 LC50 等毒性评定。 2 与阻垢缓蚀剂的相容性 3 其它：如环保（生物降解性及毒性等） 、成本等三 工厂生产应用及其评价 水质及监测换热器监测、大修检测等。 另可以巴陵石化公司烯烃厂 （Q=2 万 m/h） 举例说明： 原配方： POE+木质素磺酸钠+T-225， K1.5 左右;改为新配方后,K 提高到了 3 左右。 自学思考题： 如何结合不同水质初选水单体药剂？ 第七讲 冷却水系统的投运及监测 (第八章及第九章) 一 运行步骤及控制指标 1 开车运行三步骤：清洗、预膜、正常运行 2 系统投运控制指标：浓缩倍数 K（反映循环水重复利用率） 、年腐蚀率、沉积速率、菌藻量 二 系统投运及监测流程 新系统→试压试漏→清洗（先物理清洗、后化学清洗）→预膜→运行┉?监测（控制、 不停车化学清洗→继续运行 运行效果好， 继续按原配方投运 加药及监测）→{大修→设备检查、 垢样分析}→{运行效果不好， 更换配方后投运→按老设备系统进行物理和化学清洗→预膜→运行┉?监测?? →配方筛选→物理和化学清洗→预膜→运行┉?监测?? 三 正常运行中监测内容 1 水质：pH、K、浊度、硬度及总硬度、碱度、总铁、三磷（总磷有机膦及无机磷） 、Cl 等 2 腐蚀：挂片腐蚀率及监测换热器试管腐蚀率 3 结垢：监测换热器结垢情况及污垢热阻 4 菌藻：生物粘泥量、细菌总数 四 大修中垢样分析 垢样→称重→105℃干燥→磨细→105℃干燥→称重→550℃灼烧→称重（测有机物含量） →950℃灼烧→称重（测碳酸盐含量）→酸处理→分析 CaO、MgO、ZnO、P2O5、Fe2O3 等→得出 结论（腐蚀？结垢？菌藻滋生？还是哪二者兼具？） 另可以巴陵石化公司烯烃厂（Q=2 万 m/h）举例说明。 污垢组成分析见教材 P274-275(自学内容) 第八讲 水处理发展历史及趋势 一 国外情况 循环冷却水处理技术在国外是 1930 年代初开始发展的(直流冷却水系统)。 在 1930 年代和 1940 年代，随着工业生产规模的扩大，直流冷却水开始不适应工业发 展的要求，改为循环水系统后，结垢是当时的主要矛盾。1936 年 Langelier 提出了饱和指 数的概念，开始采用聚磷酸盐和天然有机物控制硬垢的产生，但在高硬、高碱度水中效果较 差。 1950 年代至 1960 年代初，由于要求提高浓缩倍数 K，采用无机酸控制水的 PH 值 （6.5--7.0 范围内） ，在高浓缩倍数下控制结垢，此时腐蚀加剧，就采用铬酸盐-聚磷酸盐或锌盐缓蚀，并用氯气杀菌。化学水处理技术趋于完善(第 1 代药剂)。 6+ 1960 年代后期至 1970 年代中期，由于 1970 年美国环保标准规定排出水的 Cr 应在 0.5mg/L 以下，使铬系水处理技术受到排斥，开始出现聚磷酸盐、有机膦酸酯，采用中 PH 值（7.0--7.5）处理技术，杀菌除氯气外使用大量非氧化性杀菌剂(第 2 代药剂)。 1980 年代，针对中 PH 值、有机膦-聚羧酸处理方法控制较难的弊病，使用自然 PH 值的 碱性处理技术，加入各种高效的聚羧酸类化合物。开始出现全有机配方，同时开始引进计算 机控制技术(第 3 代药剂)。 1990 年代，基本上是 80 年代的延续，只是出现了更多、更高效的有机膦酸盐和聚羧酸 (第 4 代药剂)，并在产品的环境友好性能及系统自动控制方面投入更大的研究力量。 这是世界水处理技术的几个大致的阶段，由于各国的发展水平不同，发展的重点和年 代自然会有一些差别。如日本，1950 年代后期、1960 年代初才开始形成成套的现代概念的 水处理技术，但 1965 年就大致达到美国的水平. 二 国内情况 我国水处理技术，起步较晚，其发展历程是 1970 年代打基础，1980 年代大发展，1990 年代上水平。 从 1950 年代从前苏联引进化工技术开始即已使用无机磷酸盐。 从现代观念出发的水处理技术，是在 1970 年代中引进十三套大化肥装置的水处理技术 时开始的。当时的技术主要是美国贝兹（Betz）公司技术，即有机膦酸盐+聚羧酸的中 PH 值处理技术。 到 1980 年代初，从美国 Nalco 公司引进有机膦酸酯水处理技术，又从日本栗田引进 T ―225 碱性水处理配方。在此基础上，我国自行开发了国产化的水处理技术和水处理剂，应 用于大化肥、石油化工及其他行业。 进入 1990 年代以来，已发展到以膦羧酸（如 PBTCA）及磺酸盐共聚物（如 AA/AMPS） 等为主的复合配方(现仍大量采用)。 进入 21 新世纪以来，在围绕系统荧光示踪与自动加药、高浓缩倍数（K≥4～10 或∞） 与节约用水等方面做了大量工作； 同时, 随着对产品环境友好性能要求的提高， 亦涌现了不 少绿色水处理剂如聚环氧琥珀酸（PESA） 、聚天冬氨酸（PASP）等生物降解性好且无磷无氮 或无磷低氮药剂。 另可以巴陵石化公司烯烃厂（Q=2 万 m/h）举例说明。 主要参考文献 1 周本省. 工业水处理技术[M]. 北京：化学工业出版社，1997 2 石顺存. 新型复合药剂的开发[J]. 工业水处理，2001， （8） 3 严瑞宣. 水处理药剂应用手册[M]. 北京：化学工业出版社，2000
《工业给水处理》课程教学大纲 《工业给水处理》课程教学大纲 课程基本信息 课程...淡氏和除盐;水的冷却;水的腐 蚀和结垢控制;生活饮用水预防处理和深度处理。 ...第4 章 水处理工程系统与废水最终处置(2 学时)本章教学内容:取水系统,给水...2、工业废水 ,来自厂、矿,按污染:( 1)生活废水―冷却;(2)生活污水。 生产...中国的工业(教案)_政史地_初中教育_教育专区。中国...3.发展方向:这个地带将逐步向着拥有水 电,有色冶金...③作无害处理:处理污水可建立污水处理场;处理废渣,...教学建议:化学法主要用于处理工业废水,结合市内工业废水处理站多的特点,采用现场...10.2 水的冷却方法及设备 冷却水系统及水的冷却设备。 10.3 水质稳定的方法...工业 (1)工艺生产用水 (2)冷却用水 (3)锅炉补充水 (4)其他杂用水 4、地下水回灌 5、其他方面 第二章 污水的物理处理 学时分配:16 本章教学要点:重点掌...(教案)2.1水污染及其成因... 9页 1下载券水​污​染​教​案 ...――起步早 2、 工业冷却水处理 3、 废水及污水处理 指工业生产运行中循环...课堂教学、习题、实验三者结合,充分应用学生已学到的基本知识和基本技能。在教师...二、中文摘要本课程主要讲授工业水预处理方法、循环冷却水处理技术、锅炉水处理...污水和污水处理教案_文学_高等教育_教育专区。污水和污水处理教学设计【教学目标】...师:【课件展示污水来源】油污 肥料 杀虫剂 工业 农业 水污染 家庭 动物 废水 ...硫酸工业教案_理化生_高中教育_教育专区。“硫酸的工业...吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸而用 98.3%的浓...Ⅳ尾气处理: 尾气的组成:SO2,O2,N2 (1)纯碱法:...《给水处理理论》 许保久主编,中国建筑工业出版社 参考资料 注:本页为每次课教案首页 第 1 页 淮阴师范学院教案用纸 第一章 绪论第一节 一、水资源 ◆ 地球...
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