Спосіб отримання інгібітора накипоутворення та корозії металів у водному середовищі

Реферат: Спосіб отримання інгібітора накипоутворення та корозії металів у водному середовищі включає взаємодію гіпофосфіту натрію з соляною кислотою та параформом при 80-90 °С протягом 56 годин. Витрата соляної кислоти складає 15 % від стехіометричної кількості. Отриманий продукт нейтралізується розчином лугу та конденсується з сульфітом натрію. UA 82022 U (12) UA 82022 U UA 82022 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до методів отримання інгібіторів накипоутворення та корозії металів у водному середовищі і може бути використана при кондиціонуванні води для водоциркуляційних систем охолодження в промисловості та енергетиці, для теплоенергетичних систем комунальних господарств. Для стабілізації води щодо накипоутворення та для захисту металів від корозії досить часто 6 використовують фосфонові кислоти та їх суміші (Патент США 547847 МКИ С02F 5/14, опубл. 7 26.12.95; Патент США 6063289, МКИ С02F 5/14). Недоліком цього методу є висока вартість фосфонових кислот, низька їх ефективність, як інгібіторів корозії металів та низька стабільність розчинів фосфонатів цинку. Більш стабільними є розчини доступної цинкової солі диметилолфосфінової кислоти. Використання цинку в інгібіторах підвищує ефективність протикорозійного захисту. Частіше за все диметилолфосфінову кислоту отримують із гіпофосфіту натрію або фосфорноватистої кислоти та формаліну або параформу (Пат. 627477 Швейцарія, МКИ С07F 9/30, А01N 57/20. опубл. 15.01.82). Недоліком цього способу отримання диметилолфосфінової кислоти є використання як сировини нестійкої до окислення, дефіцитної фосфорноватистої кислоти та надлишку соляної кислоти. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі є спосіб отримання диметилолфосфінової кислоти з гіпофосфіту натрію та параформу з використанням соляної 7 кислоти (Пат. Україна, МПК C23F 11/08 C07F 9/09, опубл. 15.10.2002, Бюл. № 10). Недоліком цього методу є використання соляної кислоти в кількості, еквівалентній кількості гіпофосфіту натрію, відділення хлориду натрію від отриманої фосфорноватистої кислоти та недостатня ефективність даного продукту як інгібітора накипоутворення. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб отримання інгібітора накипоутворення та корозії металів на основі диметилолфосфінової кислоти шляхом зменшення витрати соляної кислоти до 15 % від стехіометричної кількості, нейтралізації розчину синтезованої диметилолфосфінової кислоти лугом та конденсації диметилолфосфінової кислоти з сульфітом натрію. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання інгібітора накипоутворення та корозії металів у водному середовищі, який включає взаємодію гіпофосфіту натрію з соляною кислотою та параформом при 80-90 °C протягом 56 годин та який відрізняється тим, що витрата соляної кислоти складає 15 % від стехіометричної кількості, а отриманий продукт після нейтралізації розчином лугу конденсують з сульфітом натрію. Суть способу полягає у тому, що для ефективної конденсації гіпофосфіту натрію немає необхідності повністю переводити його в фосфорноватисту кислоту з допомогою соляної кислоти. Досить, що в розчині реакція середовища була достатньо низькою для утворення певної рівноважної кількості фосфорноватистої кислоти, що ефективно реагує з параформом. При цьому при температурі 80-90 °C за 5-6 годин гіпофосфіт натрію практично повністю перетворюється в натрієву сіль диметилолфосфінової кислоти. Крім цього відпадає необхідність при отриманні фосфорноватистої кислоти відділяти хлорид натрію. Для конденсації цієї солі з сульфітом натрію необхідно довести рН розчину лугом до нейтральних значень - 6,07,0. Витрата лугу еквівалентна витраті соляної кислоти. При додаванні до розчину сульфіту натрію в співвідношенні до солі диметилолфосфінової кислоти 2:1 відбувається конденсація сульфіту натрію по метилольних групах з утворенням натрієвої солі диметиленсульфонатфосфінової кислоти і лугу: (НОСН2)P(O)OΝa+2Na2SO3  (NaO3SCH2)2Ρ(O)OΝa+2NaOH Отриманий продукт здатний утворювати стійкі хелатні комплекси з іонами жорсткості і тому є ефективним інгібітором накипоутворення. Він утворює міцні комплексні сполуки із металами, стабілізує пасиваційну плівку і тому є ефективним інгібітором корозії металів, особливо в присутності іонів цинку. Спосіб реалізується наступним чином. До розчину гіпофосфіту натрію додають соляну кислоту у кількості 15 % від стехіометрії. Розчин нагрівають до 80-90 °C і по частинах при перемішуванні вносять розраховану кількість параформу. Співвідношення реагентів гіпофосфіту натрію та параформу, у молях 1:2. Суміш перемішують при температурі 80-90 °C до повного розчинення параформу (~5 годин). Для завершення реакції суміш перемішують при даній температурі іще протягом години. Після охолодження розчину до температури 20-30 °C лугом доводять рН до 67. Потім додають розраховану кількість сульфіту натрію. На 1 моль натрієвої солі диметилолфосфінової кислоти (гіпофосфіту натрію) додавали 2,02,5 моля сульфіту натрію. Суміш залишають при кімнатній температурі. Через 23 доби з розчину випадають кристали продукту - натрієвої солі 1 UA 82022 U 5 10 15 20 25 диметиленсульфонатфосфінової кислоти. Осад відділяли на фільтрі, сушили в сушильній шафі при 50-60 °C. Вихід продукту - 8793 %. Для підтвердження технічного результату були проведені наступні досліди. Приклад 1. В реактор, обладнаний мішалкою, зворотнім холодильником та дозуючим 3 пристроєм добавили 1 моль гіпофосфіту натрію, розчинений в 150 см дистильованої води та 5 3 см 35 %-ї соляної кислоти. Температуру в реакторі підняли до 80-90 °C і при перемішуванні додавали по частинах 2 молі параформу. Суміш нагрівали при даній температурі і перемішуванні до повного розчинення параформу. Для завершення реакції суміш витримували при даній температурі іще 12 години. Після відключення нагріву і охолодженні суміші до 2030 °C рН розчину довели лугом до 67. Після цього при перемішуванні в реактор добавили 600 3 см дистильованої води та 2,2 моля сульфіту натрію. Суміш перемішували при 50 °C до повного розчинення сульфіту натрію. Після цього суміш залишали на 2-3 доби при кімнатній температурі. Кристали натрієвої солі диметиленсульфонатфосфінової кислоти відділяли на фільтрі, висушували при 500 °C. Отримали 291 г продукту. Вихід - 90,94 %. Отриманий продукт використовували як стабілізатор накипоутворення та інгібітор корозії металів. Приклад 2. Оцінку ефективності диметиленсульфонатфосфінату натрію (ДМСФН) як 3 3 інгібітора корозії сталі проводили у водопровідній воді (Ж=7,8 мг-екв/дм , Л=7,3 мг-екв/дм , 23 3 SO4  = 49 мг/дм ; Cl  = 135 мг/дм ) методом масометрії. При цьому попередньо зважені на аналітичних вагах зразки металів витримували в контрольних пробах води та в пробах оброблених інгібітором, або інгібітором в присутності іонів цинку протягом 168 годин. Після цього із зразків знімали продукти корозії та висушували при 100 °C. Очищені і висушені зразки зважували. Швидкість корозії розраховували по зниженню маси зразків з урахуванням площі поверхні та часу корозії. Коефіцієнт гальмування (j) розраховували як відношення швидкості корозії в контрольному досліді (без інгібітора) (V0), до швидкості корозії в розчині з інгібітором (1): V (1) j 0 Vi Ступінь захисту від корозії розраховували за формулою (2):  1 Z  1    100,%  j   Результати приведені в табл. 1. (2) Таблиця 1 Інгібітор 1 ДМСФН ДМСФН;Zn 2+ ДМСФН ДМСФН;Zn 2+ Доза, мг/дм 2 0,0 1,0 2,0 5,0 10,0 0,0;0,0 1,0;2,0 2,0;2,0 5,0;2,0 10,0;2,0 0,0 1,0 2,0 5,0 10,0 1,0;2,0 2,0;2,0 5,0;2,0 10,0;2,0 3 2 V, г·м /годин 3 Сталь 3 (Ст3) 0,0306 0,0305 0,0232 0,0093 0,0078 0,0306 0,0099 0,0055 0,0048 0,0018 Латунь (Л2) 0,0066 0,0037 0,0033 0,0031 0,0030 0,0054 0,0019 0,0018 0,0013 2 V, мм/рік 4 j 5 Z, % 6 0,0397 0,0396 0,0301 0,0121 0,0101 0,0397 0,0129 0,0072 0,0062 0,0024 1,00 1,32 3,28 3,93 3,08 5,51 6,40 16,54 0,0 24,2 69,5 74,6 67,5 81,9 84,4 94,0 0,0068 0,0039 0,0035 0,0033 0,0031 0,0056 0,0019 0,0018 0,0014 1,76 1,94 2,08 2,17 1,21 3,42 3,63 4,79 43,3 48,5 51,8 53,9 17,3 70,7 72,4 79,1 UA 82022 U Продовження таблиці 1 0,0 1,0 2,0 5,0 10,0 1,0;2,0 2,0;2,0 5,0;2,0 10,0;2,0 ЛМСФН ДМСФН;Zn 2+ Медь (M2) 0,0053 0,0034 0,0030 0,0026 0,0021 0,0023 0,0021 0,0011 0,0006 0,0052 0,0033 0,0029 0,0025 0,0020 0,0022 0,0020 0,0010 0,0006 10 15 36,3 42,8 51,2 61,5 56,15 61,5 80,8 88,5 Приклад 3. Проби артезіанської води (Ж=7,6 мг-екв/дм ; Ca =4,8 мг-екв/дм ; Mg =2,8 мг3 3 23 3 екв/дм ; Л=7,4 мг-екв/дм , SO4  =35 мг/дм ; Cl =119 мг/дм ) та проби води, обробленої інгібітором, нагрівали в термостаті при 40 °C протягом 72 годин за умов випаровування води. Після цього визначали залишкові об'єми проб, розраховували коефіцієнт випаровування (К у) V (3) Кy  п Vк де Vп - початковий об'єм проби, см; 3 5 1,57 1,75 2,05 2,60 2,30 2,60 5,20 8,67 2+ 3 2+ Vк - кінцевий об'єм проби, см. Визначали залишкову жорсткість води у всіх пробах. За коефіцієнтом випаровування визначали теоретичну можливу жорсткість води ( Ж т ), яка могла бути після випаровування води при повній стабільності щодо накипоутворення: Жт  Ж Ку ; (4) де Ж- початкова жорсткість води. Після цього розраховували стабілізаційний ефект за формулою (5):  Ж Т  і  (5) CE  1   100 %  Ж Т    де Ж іТ - різниця між розрахованим значенням Ж т і виміряним значенням жорсткості в присутності інгібітора Ж і ; Ж т - різниця між розрахованим значенням жорсткості Ж т жорсткості в пробі без інгібітора. Протинакипний ефект розраховували за формулою (6): Жі (6) ПE   100 % ЖТ Результати приведені в таблиці 2. і виміряним значенням 20 Таблиця 2 Доза інгібітора ДМСФН, 3 мг/дм 2,0 5,0 10,0 20,0 50,0 C, мгекв/дм 2+ Са 4,8 8,4 7,6 8,0 8,4 7,6 3 2+ Mg 2,8 3,2 3,0 3,6 3,0 2,8 Ж, мг3 екв/дм Ку 7,6 11,6 10,60 11,60 11,40 10,40 1,64 1,54 1,43 1,52 1,49 1,39 Ж т , мг- Ж і , мг3 3 екв/д м екв/дм 12,46 11,70 10,87 11,60 11,40 10,56 3 (5,02) 11,60 10,60 11,60 11,40 10,40 Ж іТ , мг3 екв/дм (7,44) 0,10 0,27 0,00 0,00 0,16 СЕ, % ПЕ, % 98,66 96,37 100,00 100,00 97,85 99,15 97,52 100,00 100,00 98,48 UA 82022 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання інгібітора накипоутворення та корозії металів у водному середовищі, який включає взаємодію гіпофосфіту натрію з соляною кислотою та параформом при 80-90 °С протягом 56 годин, який відрізняється тим, що витрата соляної кислоти складає 15 % від стехіометричної кількості, а отриманий продукт нейтралізується розчином лугу та конденсується з сульфітом натрію. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4