【摘要】：在化工領(lǐng)域,許多反應(yīng)需要有冷卻水循環(huán)系統(tǒng)來(lái)保證正常的反應(yīng)溫度和化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以熱交換器為基礎(chǔ)設(shè)備,一般材質(zhì)為碳鋼、銅等金屬材料,在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中,往往會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢和金屬管道腐蝕等問(wèn)題。工業(yè)上,為了防止和減緩上述問(wèn)題的發(fā)生,通常采用加入阻垢、緩蝕劑的方法來(lái)解決,多數(shù)的阻垢、緩蝕劑有很好的阻垢和緩蝕效果,但后期會(huì)產(chǎn)生二次污染。近年來(lái),隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型阻垢、緩蝕劑成為一種必然趨勢(shì)。植物中含有大量的有機(jī)化合物,可以作為潛在的阻垢、緩蝕劑。作為天然產(chǎn)物,它們來(lái)源廣、無(wú)毒、可生物降解,提取成本低,具有較大的應(yīng)用前景。本文從多種植物(如甘薯、山藥、胡蘿卜莖葉、白蘿卜莖葉等)中提取有效成分,采用靜態(tài)阻垢法評(píng)價(jià)其阻垢性能,并采用旋轉(zhuǎn)掛片法、失重法和電化學(xué)法,輔以掃描電鏡(SEM)、吸附熱力學(xué)和理論計(jì)算等手段考察其緩蝕性能及其協(xié)同效應(yīng),最后通過(guò)中試動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)探討了其在工業(yè)應(yīng)用中的可行性。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)以水和乙醇等作為萃取劑,采用浸提、超聲、索氏提取等方法對(duì)甘薯生產(chǎn)淀粉的廢水、山藥、胡蘿卜莖葉及白蘿卜莖葉進(jìn)行提取,分別得到甘薯生產(chǎn)淀粉廢水提取物(IBWE)、山藥水提取物(DOWE)和乙醇提取物(DOWE)、胡蘿卜莖葉水提取物(DSLWE)和乙醇提取物(DSLEE)、白蘿卜莖葉水提取物(RSLWE)和乙醇提取物(RSLEE),然后探討了其阻垢和緩蝕性能及協(xié)同效應(yīng)。(2)采用靜態(tài)阻垢法對(duì)提取物的阻垢性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。測(cè)試分析表明幾種提取物均具有良好的阻垢性能。其中,DOWE的濃度為0.18 g/L時(shí)對(duì)CaSO_4的阻垢效率達(dá)到100%。DSLWE的濃度為0.12 g/L時(shí)阻CaSO_4垢效率達(dá)到100%。RSLWE的濃度為0.40g/L時(shí)對(duì)CaCO_3和CaSO_4的阻垢效率均能達(dá)到100%,RSLEE的濃度為0.40 g/L對(duì)CaCO_3和CaSO_4的阻垢效率均能達(dá)到95%以上。利用SEM和XRD研究了提取物對(duì)垢形貌和結(jié)晶性的影響,加入提取物后垢的晶格發(fā)生畸變,變得細(xì)小而有利于分散。(3)采用旋轉(zhuǎn)掛片法、失重法和電化學(xué)法考察了提取物在不同溫度下的緩蝕性能。結(jié)果表明,45℃下RSLWE的濃度為1.50 g/L時(shí),在鹽溶液中的緩蝕效率達(dá)到82.62%。25℃下DOWE的濃度為0.40 g/L時(shí),在硫酸中的緩蝕效率達(dá)到92.19%。RSLEE的濃度為1.0 g/L時(shí),在鹽酸中的緩蝕效率達(dá)到96.28%。在35℃下DSLWE的濃度為1.0 g/L時(shí),在硫酸中的緩蝕效率達(dá)到達(dá)到95.19%。電化學(xué)結(jié)果表明提取物是以抑制陰極為主的混合型緩蝕劑。根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)可知提取物是以物理和化學(xué)兩種方式吸附在碳鋼的表面形成保護(hù)膜,減緩碳鋼的腐蝕。理論計(jì)算了提取物中的有機(jī)成分對(duì)抑制作用貢獻(xiàn)的大小。(4)采用正交試驗(yàn)的方法,討論了優(yōu)化后的白蘿卜莖葉提取物與聚天冬氨酸/4-甲氨基吡啶(PASP/4-AMPY)、聚環(huán)氧琥珀酸(PESA)和硫酸鋅(ZnSO_4)(Comp-1)在鹽溶液中的協(xié)同性能。結(jié)果表明在Comp-1的最佳濃度配比為:40mg/L:40mg/L:15 mg/L:4mg/L,其緩蝕效率可達(dá)到95.21%。未加提取物的對(duì)比實(shí)驗(yàn)(Comp-2)的緩蝕效率只有77%。在85℃下Comp-1的緩蝕效率仍可達(dá)到90%,而Comp-2只有60%。分析結(jié)果表明提取物與其他三種物質(zhì)間的協(xié)同增效作用非常明顯,同時(shí)其耐高溫性也得到提高。(5)利用WKMZ-Ⅱ型裝置對(duì)復(fù)合型緩蝕阻垢劑進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)。在控制3倍的濃縮倍率下,周期15天時(shí),Comp-1和Comp-2的年腐蝕速率別為0.041 mm/a和0.096mm/a,污垢熱阻為0.966×10~(-4) m~(2.)K/W和2.356×10~(-4) m~(2.)K/W。Comp-1的年腐蝕速率和污垢熱阻均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(0.075 mm/a,3.44×10~-44 m~(2.)K/W)。(6)采用好氧生物降解法評(píng)價(jià)了Comp-1和Comp-2的生物降解性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Comp-1和Comp-2具有優(yōu)秀的生物降解性能,其降解率分別為83%和81%。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ085.4;TQ421
【圖文】：

碳鋼材料具有良好的機(jī)械性能，被廣泛地應(yīng)用到各種化工設(shè)備中[1-2]，例爐、反應(yīng)釜、熱交換器、冷卻水循環(huán)設(shè)備等。然而，一方面碳鋼作為原材料在使用中不可避免的與空氣、水及化學(xué)品接觸，容易被氧化、腐蝕等，造成碳鋼的損耗、的損壞，甚至引起安全事故，影響工業(yè)的正常生產(chǎn)，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。方面，在工業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中，往往使用自來(lái)水或地下水作為冷卻水。盡管不同的水質(zhì)不同，但通常含有 Ca2+,HCO33-,Mg2+,SO42-和 PO43-等幾種離子，在冷卻水的過(guò)程中，水溫、pH 值等因素的變化，使陰、陽(yáng)離子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合生成碳酸硫酸鈣、磷酸鈣、碳酸鎂等沉淀[5-7]。這些沉淀物會(huì)堆積在管道、熱交換器等設(shè)備的面形成積垢（圖 1-1），造成管道設(shè)備堵塞、熱交換器傳熱效率降低、能耗和排污增加，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)危險(xiǎn)。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)，水中還會(huì)滋生菌藻類微生物，粘泥，同樣會(huì)造成上述后果。這些垢和粘泥的存在，反過(guò)來(lái)會(huì)加重管道和設(shè)備材料蝕。綜上所述，結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重影響正常的工業(yè)生產(chǎn)，并容易造成安全事故[8-因此，管道和設(shè)備需要定期的檢修、清除污垢及維護(hù)，造成生產(chǎn)成本大大提高。

增溶作用機(jī)理子與水溶液中成垢的金屬陽(yáng)離子發(fā)生螯合作用，形成可溶性的離子接觸的機(jī)會(huì)，增加離子在水中的溶解度，降低垢生成的趨自解脫膜假說(shuō)子與無(wú)機(jī)晶粒形成共沉淀膜附著在金屬換熱器表面上，膜的量裂，此時(shí)垢晶粒會(huì)隨著膜一起被水帶走。在這個(gè)沉積和脫落之間堆積在金屬換熱器表面。層作用機(jī)理理主要是針對(duì)有機(jī)膦酸類阻垢劑。晶格表面的靜電引力使得阻，形成擴(kuò)散雙電層，從而出現(xiàn)電勢(shì)差，阻止成垢離子在金屬換成的幾率。

者們較為廣泛的認(rèn)可[45]，即以適當(dāng)?shù)臐舛群托问椒乐够驕p緩材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或幾化學(xué)物質(zhì)的復(fù)合物被稱作緩蝕劑。目前緩蝕劑的種類非常多，但是其應(yīng)用的條件各不同，緩蝕機(jī)理也千差萬(wàn)別。迄今為止，緩蝕劑并沒(méi)有一個(gè)非常完善的分類方法。為了論研究和使用起來(lái)更加方便快捷，科研工作者從多方面進(jìn)行了分類。根據(jù)化學(xué)組成分有機(jī)和無(wú)機(jī)緩蝕劑；根據(jù)作用的理化狀態(tài)又有揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩種；以電化學(xué)原理分為混合型、陽(yáng)極和陰極型；按形成保護(hù)膜類型可分為沉淀膜型、氧化模型和吸附模緩蝕劑；按照應(yīng)用于不同的材質(zhì)又可分為銅緩蝕劑、鋅緩蝕劑、鋁緩蝕劑等[46-52]。1.2.4 緩蝕機(jī)理緩蝕劑的機(jī)制比較復(fù)雜，主要有兩類：物理化學(xué)機(jī)制和電化學(xué)機(jī)制。物理化學(xué)機(jī)是緩蝕劑分子在金屬表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，而電化學(xué)機(jī)制是發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。實(shí)上腐蝕和緩蝕都是一個(gè)復(fù)雜多變的過(guò)程，并不能完全用某種單一的理論機(jī)制來(lái)解釋[5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2773885