Bộ CÔNG thơng Trờng đại học công nghiệp hà nội - Báo cáo kết nghiên cứu khoa học công nghệ Đề tài: Nghiên cứu Pha chế dung dịch chất tẩy cặn hệ thống trao đổi nhiệt, điều hòa nhiệt độ, két nớc ô tô, lò hơi, chất tẩy sinh học không ăn mòn kim loại, thân thiện môi trờng Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ m số: 121.10.RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thơng Cơ quan chủ trì : Trờng Đại học Công nghiệp Hà Nội Chủ nhiệm đề tài : ThS Hoàng Thanh Đức 8872 Hà nội 12/2010 Bộ CÔNG thơng Trờng đại học công nghiệp hà nội ********** Những ngời tham gia thùc hiƯn: ThS Nguyễn Thế Hữu ThS Ngơ Văn Quang TS Phạm Duy Nam KS Nguyễn Minh Việt KS Nguyễn Hoàng Quân Chủ nhiệm đề tài ThS Hoàng Thanh Đức MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẢY CẶN VÀ PHƯƠNG PHÁP TẨY CẶN 1.1 Sự hình thành cặn bên thiết bị trao đổi nhiệt 1.2 Thành phần cấu tạo, tính chất cặn thiết bị trao đổi nhiệt 1.3 Sự ảnh hưởng lớp cặn đến công suất thiết bị trao đổi nhiệt 11 1.4 Các phương pháp làm lớp cặn thiết bị trao đổi nhiệt 14 1.5 Các loại chất tẩy rửa cáu cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt 15 1.5.1 Chất tẩy cặn axit vô 15 1.5.2 Chất tẩy cặn kiềm 17 1.5.3 Chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học 17 1.6 Phương pháp đánh giá ăn mòn kim loại mơi trường ăn mịn 20 1.6.1 Đánh giá ăn mòn xác định tốc độ ăn mòn theo phương pháp khối lượng 20 1.6.2 Đánh giá ăn mòn cách xác định tốc độ ăn mịn theo phương pháp điện hóa 21 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 22 2.1 Nghiên cứu lựa chọn số chất hữu cơ, sinh học để pha chế chất tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt 22 2.1.1 Tính chất ứng dụng axit Lactic 23 2.1.2 Tính chất ứng dụng axit Sulfamic 25 2.2 Nguyên liệu Hóa chất sử dụng 26 2.3 Tính chất đặc tính kỹ thuật hóa chất sử dụng để pha chế chất tẩy cặn sinh học 27 2.4 Pha chế chất tẩy cặn 29 2.4.1 Khảo sát, xác định nồng độ dung dịch axit Lactic 29 a Pha chế mẫu dung dịch axit nồng độ từ 29 b Xác định nồng độ axit Lactic hòa tan cặn nhiệt độ thường 29 c Xác định nồng độ axit Lactic hòa tan cặn nhiệt độ 70-80oC 29 2.4.2 Khảo sát xác định nồng độ dung dịch axit Sulfamic 30 a Xác định nồng độ dung dịch axit sulfamic nhiệt độ phòng 30 b Xác định nồng độ axit Sulfamic hòa tan cặn nhiệt độ 70-80oC 30 c Xác định khả hòa tan cặn dung dịch axit Sulfamic pha chế thêm chất ức chế ăn mòn kim loại 30 2.4.3 Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch axit Sulfamic theo phương pháp khối lượng 31 a Chuẩn bị dung dịch axit: 31 b Chuẩn bị mẫu .31 c Tiến hành thí nghiệm 31 2.4.4 Pha chế dung dịch chất tẩy cặn 32 2.4.5 Xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy pha chế 33 a Xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn nhiệt độ phòng trường hợp khuấy dung dịch tẩy 33 b Xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn trường hợp ngâm tĩnh cặn nhiệt độ phòng 33 c Xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn nhiệt độ 70-80oC 34 2.5 Kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn pha chế 34 2.5.1 Kiểm tra ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng 34 2.5.2 Kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ 70-80oC 34 a Chuẩn bị mẫu .34 b Tiến hành thí nghiệm 35 2.6 Thử nghiệm thực tế tẩy cặn thiết bị trao đổi nhiệt 35 2.6.1 Tẩy cặn két nước ô tô 35 2.6.2 Tẩy cặn lị Trung tâm Hóa Thực Vật - Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam 35 a Tẩy cặn nhiệt độ thường 36 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY TRÌNH, CƠNG THỨC PHA CHẾ CHẤT TẨY CẶN BẰNG AXIT LACTIC VÀ PHỤ GIA 37 3.1 Kết nghiên cứu lựa chọn chất để pha chế chất tẩy cặn 37 3.2 Kết xác định công thức pha chế chất tẩy cặn 39 3.2.1 Kết khảo sát, xác định nồng độ dung dịch axit Lactic 39 3.2.2 Kết khảo sát, xác định nồng độ dung dịch axit Sulfamic 42 3.2.3 Xác định ăn mòn kim loại dung dịch axit Sulfamic 45 3.3 Kết xác định khả hịa tan cặn cơng thức chất tẩy cặn 52 a Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn nhiệt độ phòng trường hợp ngâm tĩnh 52 b Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn trường hợp ngâm kết hợp khuấy nhiệt độ phòng .53 c Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn nhiệt độ cao 70-80oC 55 3.4 Kết kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn 56 a Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng 56 b Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ 80oC 58 3.5 Kết thử nghiệm thực tế tẩy cặn thiết bị lò hơi, kết nước ô tô 59 3.5.1 Tẩy cặn két nước ô tô 60 3.5.2 Thử nghiệm tẩy cặn lị nước Trung tâm Hóa Thực Vật Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam 60 a Tẩy cặn nhiệt độ thường 61 b Tẩy cặn nhiệt độ cao .61 3.6 Tính tốn giá thành cho dung dịch chất tẩy cặn xác lập công thức 61 KẾT LUẬN 63 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - HĐBM: Chất hoạt động bề mặt - LAS: Leanler ankylbenzen sunfonic - DBNS: Natri Đibutyl Naphtalen Sulfonat - EDTA: Etylen Diamin Tetra Axetic dạng muối dinatri - ASTM: Tiêu chuẩn kiểm tra đánh giá chất lượng vật chất Mỹ (American Society for Testing and Materials) - iăn mòn: Dòng ăn mòn - Eăn mòn: Điện ăn mòn - Rp : Điện trở phân cực - Văn mòn: Tốc độ ăn mòn - Păn mòn : Chiều sâu lớp ăn mòn DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Tổn hao lượng cặn gây lên cho thiết bị 13 Bảng 2.1 Thành phần chất số mẫu cặn lò két nước làm mát xe ô tô 26 Bảng 3.1 Kết xác định nồng độ axit Lactic nhiệt độ phòng o 39 Bảng 3.2 Kết xác định nồng độ axit Lactic nhiệt độ 70-80 C 40 Bảng 3.3 Kết xác định nồng độ axit Sulfamic nhiệt độ phòng 41 Bảng 3.4 Kết xác định nồng độ axit Sulfamic nhiệt độ 70- 80oC 42 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng chất ức chế ăn mòn đến khả hòa tan cặn axit Sulfamic 43 Bảng 3.6 Kết xác định tốc độ ăn mòn thép CT-3 dung dịch axit Sulfamic khơng có chất ức chế ăn mòn 45 Bảng 3.7 Kết xác định tốc độ ăn mòn đồng dung dịch axit Sulfamic khơng có chất ức chế ăn mịn 46 Bảng 3.8 Kết xác định tốc độ ăn mịn nhơm dung dịch axit Sulfamic khơng có chất ức chế ăn mòn kim loại 47 Bảng 3.9 Kết xác định tốc độ ăn mòn thép CT-3, đồng nhơm dung dịch axit Sulfamic có chất ức chế ăn mòn 48 Bảng 3.10 Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy trường hợp ngâm tĩnh nhiệt độ phòng 52 Bảng 3.11 Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy nhiệt phòng trường hợp khuấy 53 Bảng 3.12 Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy nhiệt 70-80oC 54 Bảng 3.13 Kết kiểm tra ăn mòn thép CT-3 dung dịch chất tẩy 56 Bảng 3.14 Kết kiểm tra ăn mòn đồng dung dịch chất tẩy 57 Bảng 3.15 Kết kiểm tra ăn mịn nhơm dung dịch chất tẩy 57 Bảng 3.16 Kết kiểm tra ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn 58 Bảng 3.17 Giá thành dung dịch chất tẩy cặn 60 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 3.1 Đồ thị thể khả hòa tan cặn dung dịch axit Lactic theo nồng độ nhiệt độ phịng 40 Hình 3.2 Đồ thị thể khả hòa tan cặn dung dịch axit Lactic theo nồng độ nhiệt độ 70-80oC 41 Hình 3.3 Đồ thị thể khả hòa tan cặn axit Sulfamic theo nồng độ nhiệt độ phịng 42 Hình 3.4 Đồ thị thể khả hòa tan cặn axit Sulfamic theo nồng độ nhiệt độ 70-80oC 43 Hình 3.5 Đồ thị thể khả hòa tan cặn axit Sulfamic theo nồng độ pha thêm chất ức chế ăn mịn lắng cặn 44 Hình 3.6 Tốc độ ăn mòn thép CT-3 theo nồng độ axit Sulfamic Hình 3.7 Tốc độ ăn mịn đồng theo nồng độ axit Sulfamic Hình 3.8 Tốc độ ăn mịn nhơm theo nồng độ axit Sulfamic 45 46 47 Hình 3.9 Đồ thị thể khả hòa tan cặn mẫu chất tẩy trường hợp ngâm tĩnh nhiệt độ phịng 52 Hình 3.10 Đồ thị thể khả hòa tan cặn mẫu chất tẩy trường hợp khuấy dung dịch tẩy nhiệt độ phịng 53 Hình 3.11 Đồ thị thể khả hòa tan cặn mẫu chất tẩy điều kiện nhiệt độ 70-80oC 55 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đóng cặn tượng kết tủa muối, oxit Canxi, Mage, Silic bám bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt điều hòa nhiệt độ, dàn sinh hàn, bên nồi hơi, lò nước, thiết bị chưng cất nước Hiện tượng đóng cặn xảy thường xuyên thiết bị hoạt động, lớp cặn ngày dày lên bám vào bề mặt thiết bị Lớp cặn gây ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm việc thiết bị, làm giảm hiệu suất truyền dẫn nhiệt, làm tăng tiêu hao nhiên liệu lượng thiết bị Đồng thời, đóng cặn làm tăng khả ăn mòn kim loại giảm tuổi thọ thiết bị [ 1,2,3 ] Để cho thiết bị làm việc có hiệu an toàn, người ta phải thường xuyên làm lớp cặn tạo thành Một biện pháp thuận tiện hiệu để tẩy lớp cặn dùng chất tẩy cặn Chất tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt thường pha chế axit vơ cơ, thường gây ăn mịn thiết bị, gây ô nhiễm môi trường không sử dụng cho thiết bị chế tạo kim loại đắt tiền bạc, đồng, nhôm Việc tẩy cặn cho thiết bị cao cấp điều hòa nhiệt độ, két nước ôtô, thiết bị cất nước phải sử dụng chất tẩy cặn nhập khẩu, pha chế chất tẩy axit hữu cơ, sinh học Những chất tẩy cặn nhập loại có giá thành cao không chủ động nguồn hàng Chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học có ưu điểm dễ sử dụng, khả tẩy cao, không gây ăn mịn thiết bị khơng gây nhiễm mơi trường [4,5,6] Ở nước ta chưa có sở pha chế, sản xuất chất tẩy cặn chất hữu cơ, sinh học Nguồn cung sản phẩm tẩy cặn loại chủ yếu nhập ngoại, với giá thành cao Việc nghiên cứu pha chế chất tẩy cặn chất tẩy hữu cơ, sinh học khơng ăn mịn kim loại, khơng gây nhiễm mơi trường, có giá thành thấp tình hình đáp ứng nhu cầu sử dụng, tiết kiệm ngoại tệ chủ động nguồn hàng, điều cấp thiết Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Việc nghiên cứu xác lập quy trình cơng nghệ pha chế chất tẩy cặn axit sinh học, hữu tạo sản phẩm chất tẩy cặn mới, có đặc tính ưu việt chất tẩy cặn sử dụng pha chế từ axit vơ Đề tài góp phần tạo quy trình cơng nghệ, quy trình sản xuất chất tẩy cặn sinh học, không độc hại, dễ sử dụng, khơng ăn mịn kim loại thân thiện với mơi trường Từ chủ động việc sản xuất chất tẩy cặn chất tẩy sinh học phục vụ cho nhu cầu sử dụng Việc nghiên cứu pha chế dung dịch chất tẩy cặn chất tẩy sinh học cho giá thành hạ, đáp ứng nhu cầu sử dụng tình hình nay, góp phần tiết kiệm ngoại tệ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Mục tiêu đề tài - Xác lập quy trình, cơng thức pha chế dung dịch chất tẩy cặn chất tẩy axit Lactic phụ gia, dùng cho thiết bị trao đổi nhiệt lị hơi, két nước tơ, cánh tản nhiệt máy điều hòa nhiệt độ, với giá thành hạ, khơng ăn mịn thiết bị - Pha chế thử 20 lít dung dịch tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt điều hịa nhiệt độ, két nước ơtơ, lò axit Lactic, axit Sulfamic phụ gia Nội dung nghiên cứu - Xác lập quy trình công nghệ, công thức pha chế dung dịch chất tẩy cặn chất tẩy axit sinh học, hữu axit Lactic, Sulfamic phụ gia, sử dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt điều hòa nhiệt độ, két nước tơ, lị - Đánh giá khả tẩy cặn canxi cacbonat, mage cacbonat dung dịch tẩy cặn pha chế Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn pha chế - Pha chế 20 lít dung dịch tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt như: Lị hơi, điều hịa nhiệt độ, két nước ơtơ, axit Lactic phụ gia Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tìm hiểu loại chất tẩy cặn phương pháp tẩy cặn canxi cacbonat, mage cacbonat cho thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch chất tẩy cặn - Nghiên cứu tính chất, tác dụng axit Lactic axit Sulfamic với chất thành phần cặn để tìm chất hòa tan, tẩy cặn thiết bị trao đổi nhiệt - Tiến hành thực nghiệm khảo sát, xác định cơng thức, quy trình pha chế dung dịch tẩy cặn axit sinh học Lactic kết hợp với axit hữu Sulfamic phụ gia để thu chất tẩy có khả tẩy cặn tốt - Tiến hành thí nghiệm lặp lại để xác định khả hòa tan, tẩy cặn kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy pha chế Sản phẩm tạo đề tài Đề tài tạo quy trình cơng nghệ chế tạo chất tẩy cặn mới, cho thiết bị trao đổi nhiệt chất hữu cơ, sinh học Sản phẩm chất tẩy cặn có đặc tính kỹ thuật ưu việt sản phẩm tẩy cặn sử dụng, pha chế từ axit vô cơ, từ kiềm Sản phẩm chất tẩy cặn pha chế axit Lactic, Sulfamic axit sinh học axit hữu kết hợp với phụ gia để tăng cường khả hòa tan cặn phòng chống ăn mịn kim loại Do có tác dụng tẩy cặn cao, khơng độc hại, an tồn cho người sử dụng, khơng ăn mịn thiết bị, phân hủy sinh học thải môi trường, khơng gây nhiễm mơi trường Gía thành sản phẩm tẩy cặn đề tài pha chế thấp so với sản phẩm nhập ngoại công thức M1, lít chất tẩy hồ tan 118g cặn thời gian giờ, M2 hoà tan 124g cặn thời gian Với công thức M3, lít chất tẩy hồ tan 138g cặn thời gian giờ, cịn cơng thức M4 hoà tan 142g cặn thời gian Một lít chất tẩy Mss hịa tan 85g cặn (bảng 3.11) Cứ lít chất tẩy cặn Rydlyme nồng độ 30% hòa tan tối đa 180g cặn CaCO3 thời gian khoảng [5,6,12] Kết thí nghiệm cho thấy khả hịa tan cặn chất tẩy cặn cơng thức M4 hẳn khả hòa tan cặn chất tẩy cặn Mss, tương đương với khả hòa tan cặn chất tẩy cặn Rydlyme, Dynamic Descaler chất tẩy cặn sinh học nhập khẩu, Mỹ sản xuất Như vậy, tẩy cặn cho thiết bị lò hơi, nồi cất nước, tiến hành khuấy bơm tuần hoàn dung dịch chất tẩy qua bề mặt lớp cặn rút ngắn thời gian tẩy cặn Bảng 3.11 Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy nhiệt phòng trường hợp khuấy TT Lượng cặn hoà tan (gam) Mẫu chất tẩy M1 M2 M3 M4 Mss 160 140 120 100 80 60 40 20 Số ml chất tẩy 1000 ml 1000 ml 1000 ml 1000 ml 1000 ml 118 124 Thời gian Lượng cặn hòa tan (gam) hòa tan (giờ) 118,0 124,0 138,0 142,0 85,0 138 142 85 Các mẫu chất tẩy cặn M1- Mss Hình 3.10 Đồ thị thể khả hòa tan cặn mẫu chất tẩy trường hợp khuấy dung dịch tẩy nhiệt độ phòng 54 c Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy cặn nhiệt độ cao 70-80oC Trong thực tế để tăng tốc độ tẩy cặn cho thiết bị lò hơi, nồi cất nước, thùng đun nước, người ta thường ngâm cặn dung dịch chất tẩy nhiệt độ cao khoảng 70-80oC Chúng khảo sát, xác định khả thời gian hòa tan cặn dung dịch chất tẩy pha chế, nhằm đưa phương pháp tẩy cặn thực tế hiệu cho dung dịch chất tẩy Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch tẩy nhiệt độ cao, cho thấy khả hòa tan cặn tất công thức lớn nhiệt độ phòng, thời gian tan hết cặn nhanh nhiều Cùng lượng chất tẩy hoà tan cặn nhiệt độ 70-80oC, hoà tan lượng cặn lớn hơn, thời gian 1,5 Các công thức M4 M3 công thức có khả hịa tan cặn lớn Cứ lít chất tẩy M3 hịa tan 145g cặn lít M4 hồ tan 150g cặn thời gian 1,5 Rõ ràng nhiệt độ cao tốc độ phản ứng axit với chất thành phần cặn nhanh hơn, phản ứng xảy mãnh liệt hơn, lượng cặn hịa tan lớn nhanh so với nhiệt độ phòng (bảng 3.12) Như tiến hành tẩy cặn nhiệt độ khoảng 70-80oC tác dụng tẩy cặn cao hơn, tẩy lượng cặn lớn rút ngắn thời gian tẩy Tẩy cặn nhiệt độ cao thích hợp tẩy cặn cho số thiết bị dễ dàng gia nhiệt lò hơi, nồi đun nước máy cất nước Bảng 3.12 Kết xác định khả hòa tan cặn dung dịch chất tẩy nhiệt độ 70-80oC TT Mẫu chất tẩy Số ml chất Lượng cặn Thời gian tẩy hòa tan (gam) hòa tan (giờ) M1 1000 ml 123,0 1,5 M2 1000 ml 129,0 1,5 M3 1000 ml 145,0 1,5 M4 1000 ml 150,0 1,5 Mss 1000 ml 90,0 1,5 55 Lượng cặn hoà tan (gam) 160 140 120 100 80 60 40 20 145 123 150 129 90 Các mẫu chất tẩy cặn Hình 3.11 Đồ thị thể khả hòa tan cặn mẫu chất tẩy điều kiện nhiệt độ cao 70-80oC 3.4 Kết kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn Để kiểm tra, xác định xem dung dịch chất tẩy cặn pha chế có ăn mịn kim loại hay khơng, tiến hành kiểm tra, xác định mức độ ăn mịn thép, đồng, nhơm cơng thức chất tẩy cặn, nhiệt độ phòng nhiệt độ cao a Kiểm tra, xác định ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng Kiểm tra, xác định ăn mòn dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng, thực theo phương pháp điện hố phịng ăn mịn bảo vệ kim loại - Viện kỹ thuật Nhiệt đới - Viện KH&CN Việt Nam Phương pháp sử dụng thiết bị đo AUTOLAB PGSTAT 30 Hà Lan với chương trình ghi xử lý số liệu tự động GPES FRA 4.9 Các điện cực sử dụng cho phép đo chuẩn bị theo tiêu chuẩn ASTM G5-94 G106-89 - Điện cực làm việc mẫu kim loại thép CT-3, đồng M1, nhơm D16, với diện tích làm việc 1cm2 Điện cực so sánh calomen bão hòa Điện cực đối lưới platin Pt - Đo điện ăn mòn theo thời gian đến ổn định, sau đo thời điểm sau 48 Đo dòng ăn mòn theo phương pháp phân cực tuyến tính khoảng điện từ - 20mV đến 20 mV so với ăn mòn, vận tốc quét 0,2 mV/s Đo tổng trở điện hóa ăn mòn sau 48 giờ, biên độ A= 15 mV, tần số quét từ 50 kHz đến mHz 56 Hình ảnh thiết bị Autolab PG.STAT 30 - Các giá trị tốc độ ăn mòn, điện trở phân cực, giá trị lớp điện dung máy tính tự động tính phần mềm Autolab 4.9, origin 6.0 - Tốc độ ăn mịn tính theo đơn vị mm/măm Dựa vào giá trị tốc độ ăn mòn, dòng ăn mòn để đánh giá, kết luận mức độ ăn mòn mẫu dung dịch chất tẩy cặn pha chế (bảng 3.13 - 3.15) Đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn so sánh với mẫu chất tẩy cặn thực tế Mss (do Cơng ty cổ phần cơng nghệ Hóa chất Môi trường Việt Nam cung cấp) Từ kết kiểm tra ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn, xác định chất tẩy cặn nghiên cứu pha chế có gây ăn mịn kim loại hay không Kết kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn kim loại mẫu chất tẩy cho kết quả: Tất công thức chất tẩy cặn M1-M4 khơng ăn mịn thép, đồng nhơm Tốc độ ăn mịn thép, đồng nhơm nhỏ tốc độ ăn mòn mẫu chất tẩy cặn Mss Bảng 3.13, 3.14, 3.15 kết xác định ăn mòn kim loại mẫu dung dịch chất tẩy đề tài pha chế, Viện kỹ thuật Nhiệt đới kiểm tra, xác định Bảng 3.13 Kết kiểm tra ăn mòn thép CT-3 Viện kỹ thuật Nhiệt đới Kí hiệu mẫu Kết Jăn mịn (A/cm2) Eăn mịn (V/SCE) Rp (Ω.cm2) Rct (Ω.cm2) Văn mòn (mm/năm) Đánh giá M1 5,60.10-6 -0,429 2330 3570 0,0649 Khơng ăn mịn M2 9,34.10-6 -0,474 963 842 0,1097 Khơng ăn mịn M3 -5 -0,510 448 390 0,1500 Khơng ăn mịn 2,12.10 57 M4 4,817.10-5 -0,502 326 350 0,2542 Khơng ăn mịn Mss 9,796.10-5 -0,482 169 147 1,1510 Ăn mòn chậm Bảng 3.14 Kết kiểm tra ăn mòn đồng Viện kỹ thuật Nhiệt đới Kết Kí hiệu mẫu Jăn mịn (A/cm2) Eăn mòn (V/SCE) Rp (Ω.cm2) Rct (Ω.cm2) Văn mòn (mm/năm) Đánh giá M1 3,18.10-6 -0,090 3980 663 0,037 Không ăn mịn M2 8,60.10-6 -0,040 1650 736 0,101 Khơng ăn mịn M3 1,73.10-5 -0,066 1230 864 0,203 Khơng ăn mịn M4 1,91.10-5 -0,088 992 450 0,304 Khơng ăn mịn Mss -5 -0,361 411 209 0,721 Ăn mòn chậm 6,20.10 Bảng 3.15 Kết kiểm tra ăn mịn nhơm Viện kỹ thuật Nhiệt đới Kết Kí hiệu mẫu Jăn mịn (A/cm2) Eăn mòn (V/SCE) Rp (Ω.cm2) Rct (Ω.cm2) Văn mòn (mm/năm) Đánh giá M1 2,62.10-6 -0,437 7350 10530 0,0285 Không ăn mịn M2 2,00.10-6 -0,402 2570 2860 0,0218 Khơng ăn mịn M3 3,61.10-6 -0,721 6280 20800 0,0393 Khơng ăn mịn M4 5,82.10-6 -0,532 893 1240 0,0634 Khơng ăn mịn Mss 1,38.10-3 -0,878 8,03 10,02 14,900 Ăn mòn mạnh b Kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ cao 80oC Kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn dung dịch tẩy cặn nhiệt độ cao nhằm xác định xem tẩy cặn nhiệt độ cao, dung dịch tẩy cặn có gây ăn mòn kim loại chế tạo thiết bị hay không Chúng tiến hành xác định tốc độ ăn mịn thép, đồng nhơm dung dịch chất tẩy cặn theo phương pháp khối lượng Các mẫu kim loại ngâm dung dịch tẩy cặn M1-M4 Mss, nhiệt độ 80oC bể điều nhiệt, thời gian 48 Kết xác định tốc độ ăn mòn nhiệt độ cao cho thấy mẫu dung dịch tẩy cặn M1-M4 58 có tốc độ ăn mịn thép, đồng nhơm nhỏ (Pănmịn ≤ mm/năm) Theo thang phân loại độ bền chống ăn mịn kim loại đánh giá chất tẩy M1, M2, M3, M4 khơng gây ăn mịn thép, đồng, nhôm (bảng 3.16) Bảng 3.16 Kết kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn Mẫu chất tẩy Thép CT-3 Đồng (M1) ∆m48 ρ(Văn mòn) Păn mòn ∆m48 (g/m h) (mm/năm) (g) (g) Nhơm D16 ∆m48 ρ(Văn mịn) Păn mịn (g/m h) (mm/năm) (g) ρ(Văn mòn) Păn mòn (g/m2.h) (mm/năm) M1 0,1538 0,6003 0,6698 0,0202 0,1446 0,1423 0,0092 0,0723 0,2346 M2 0,2042 0,7966 0,8890 0,0208 0,1473 0,1450 0,0095 0,7525 0,2441 M3 0,1923 0,7502 0,8372 0,0126 0,0895 0,0881 0,0157 0,1243 0,4034 M4 0,2345 0,9148 1,0208 0,0118 0,0839 0,0825 0,0131 0,1037 0,3366 Mss 0,6113 2,3849 2,6613 0,0520 0,3697 0,3639 0,5326 4,2189 13,688 Như việc lựa chọn xác lập công thức chất tẩy cặn với nồng độ axit axit Lactic 25% 30%, axit Sulfamic 5%, 10% với phụ gia ức chế ăn mòn kim loại Urotropin 1%, ức chế lắng cặn EDTA 0,5%, chất HĐBM 0,5% chất khử Etylenglycol 1,5%, thu dung dịch chất tẩy cặn thiết bị trao đổi nhiệt có khả hịa tan cặn cao khơng gây ăn mịn kim loại chế tạo thiết bị Cơng thức M4, M3 hai cơng thức có khả hịa tan cặn tơt So với chất tẩy cặn Rydlyme (180g CaCO3/1 lit dung dịch tẩy cặn nồng độ 30% [4,5,6]) khả hịa tan cặn chất tẩy cặn đề tài pha chế (M4) gần với chất tẩy cặn Rydlyme 3.5 Kết thử nghiệm thực tế tẩy cặn thiết bị lò hơi, kết nước tơ Để tìm phương pháp, quy trình, tác dụng tẩy cặn thực tế thiết bị trao đổi nhiệt, tiến hành thí nghiệm tẩy cặn số thiết bị két nước tơ, lị Mẫu cơng thức chất tẩy M2, M3 chọn để tiến hành tẩy cặn cho két nước ô tô mẫu M4 dùng để tẩy cặn cho lò Kết thử nghiệm tẩy cặn két nước tơ lị thu tốt, chất tẩy cặn tẩy cặn khơng có tượng ăn mịn kim loại chế tạo thiết bị, phương pháp tẩy đơn giản nhanh chóng 59 3.5.1 Tẩy cặn két nước tơ Thử nghiệm tẩy cặn két nước xe ô tô tiến hành két nước ô tô Hyundai, IFA két nước nhơm, có dung tích 2,5 lít nước Dung dịch tẩy cặn đổ đầy két ngâm thời gian 2-4 giờ, sau tháo bỏ dung dịch tẩy cặn Kết thử nghiệm tẩy cặn tìm phương pháp tẩy cặn thực tế cho kết nước ô tô: * Phương pháp tiến hành tẩy cặn: Mở nắp xả đáy, tháo két nước, sau nắp lại Đổ đầy dung dịch chất tẩy cặn vào két nước Ngâm chất tẩy thời gian từ 120 đến 180 phút tùy theo độ dày lớp cặn Sau kết thúc thời gian ngâm, mở van đáy tháo bỏ dung dịch chất tẩy, đổ đầy nước vào két nước tháo bỏ để rửa trôi vẩn cặn bị hòa tan đọng lại két, tráng lại nước lần Sau đổ đầy nước vào két nước hoạt động bình thường 3.5.2 Thử nghiệm tẩy cặn lị nước Trung tâm Hóa Thực Vật Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam Thử nghiệm tẩy cặn cho lị chúng tơi tiến hành trung tâm Hóa Thực vật - Viện Hóa học Cơng nghiệp Việt Nam Lò dùng cho thử nghiệm lò đứng loại nhỏ, công ty nồi Việt Nam chế tạo Lị có cơng suất 50 kg/h, áp suất làm việc kg/cm2 dung tích nồi nước 120 lít Tẩy cặn cho lị thử nghiệm theo hai phương pháp: Ngâm cặn nhiệt độ phòng dung dịch tẩy M4 (lớp cặn thành nồi, ống nước lò dày 2,0 mm) Và ngâm cặn dung dịch tẩy M4 nhiệt độ cao 70-80oC (lớp cặn lò dày 1,5mm) Kết thử nghiệm cho thấy, dung dịch tẩy cặn đề tài pha chế tẩy cặn lò theo hai phương pháp Nếu tẩy theo phương pháp ngâm cặn nhiệt độ phòng phải ngâm thời gian 24 Cịn ngâm cặn nhiệt độ cao 70-80oC, phải ngâm thời gian khoảng 10 cặn tẩy Từ kết thử nghiệm, đưa phương pháp tẩy cặn thực tế cho lò sau: 60 a Tẩy cặn nhiệt độ thường * Phương pháp tẩy: Lò sau tắt, xả hết để nguội lị, đóng văn cấp nước, mở văn xả đáy tháo lị Đối với lị có nắp cửa thân lị, mở nắp ra, kiểm tra bề dày lớp cặn để tính tốn chọn cơng thức chất tẩy cặn thời gian tẩy cặn cho phù hợp Đóng van xả đáy, van cấp nước van cấp hơi, bơm đổ đầy dung dịch chất tẩy cặn vào nồi nước lò Ngâm dung dịch chất tẩy cặn nồi thời gian 24-48 tùy theo độ dày lớp cặn Trong thời gian ngâm, sau 24 kiểm tra tẩy lớp cặn độ pH dung dịch chất tẩy, lớp cặn chưa tẩy mà pH dung dịch tẩy đo 4-5 phải bổ sung thêm chất tẩy ngâm tiếp 12-24 cho hết cặn Sau tẩy cặn, tháo bỏ dung dịch tẩy, bơm nước rửa nồi lần lị làm việc trở lại bình thường b Tẩy cặn nhiệt độ cao * Phương pháp tẩy: Lò sau tắt lị, xả hết để nguội lị, đóng văn cấp nước, mở văn xả đáy tháo lị Sau tháo lị, đóng van xả đáy, van cấp nước lại Bơm đổ đầy dung dịch chất tẩy vào nồi, tháo bỏ đường ống cấp cho nồi thơng khí với bên ngồi Đun nóng dung dịch chất tẩy nồi nước tới nhiệt độ 70-80oC, sau kiểm tra tẩy lớp cặn, độ pH dung dịch tẩy Trong trình kiểm tra thấy cặn chưa sạch, độ pH dung dịch tẩy 3-4 cần bổ sung thêm chất tẩy tiếp tục ngâm cặn nhiệt độ 70-80oC thêm 4-8 tan hết cặn Sau tẩy cặn, tháo bỏ dung dịch chất tẩy, bơm nước rửa nồi 3.6 Tính tốn giá thành cho 100 kg (100 lít) dung dịch chất tẩy cặn theo cơng thức xác lập Bốn công thức dung dịch chất tẩy cặn xác lập, tính tốn giá thành để xác định hiệu kinh tế 61 Bảng 3.17 Gía thành dung dịch chất tẩy cặn Công thức Số lượng (kg) Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) Axit Lactic ≥80% 31,0 40.000 đ 1.240.000 đ Axit Sulfamic 5,0 45.000 đ 225.000 đ ETDA 0,5 60.000 đ 30.000 đ Urotropin 1,0 30.000 đ 30.000 đ Etylenglycol 1,5 32.000 đ 48.000 đ LAS M1 Hoá chất 0,5 32.000 đ 16.000 đ Nước 2.700 đ 1,0 công 100.000 đ 100.000 đ Điện 5,0 kw 2.000 đ 10.000 đ Sản phẩm 100 kg 17.017 đ/kg 1.701.700 đ Axit Lactic ≥80% 37,0 40.000 đ 1.480.000 đ Axit Sulfamic 5,0 45.000 đ 225.000 đ ETDA 0,5 60.000 đ 30.000 đ Urotropin 1,0 30.000 đ 30.000 đ Etylenglycol 1,5 32.000 đ 48.000 đ LAS M2 4500 đ/m Công Giá thành 60,5 0,5 32.000 đ 16.000 đ Nước 54,5 4500 đ/m 2450 đ Công 1,0 100.000 đ 100.000 đ Điện 5,0 2000đ 10.000 đ 100 kg 19.414 đ/kg 1.941.450 đ Axit Lactic ≥80% 31,0 40.000 đ 1.240.000 đ Axit Sulfamic 10,0 45.000 đ 450.000 đ ETDA 0,5 60.000 đ 30.000 đ Urotropin 1,0 30.000 đ 30.000 đ Etylenglycol 1,5 32.000 đ 48.000 đ LAS 0,5 32.000 đ 16.000 đ Nước 55,5 4500 đ/m3 2.490 đ Công 1,0 100.000 đ 100.000 đ Điện 5,0 2000 đ 10.000 đ 100 kg 19.264 đ/kg 1.926.490 đ Giá thành Sản phẩm M3 Giá thành Sản phẩm 62 Axit Lactic ≥80% 40.000 đ 1.480.000 đ Axit Sulfamic 10,0 45.000 đ 450.000 đ ETDA 0,5 60.000 đ 30.000 đ Urotropin 1,0 30.000 đ 30.000 đ Etylenglycol 1,5 32.000 đ 48.000 đ LAS M4 37,0 0,5 32.000 đ 16.000 đ Nước 4.500 đ/m 2.227 đ Công 1,0 100.000 đ 100.000 đ Điện Giá thành 49,5 5,0 2.000đ 10.000 đ 100 kg 21.662 đ/kg 2.166.227 đ Sản phẩm Kết tính tốn giá thành chất tẩy cặn, cho giá thành sơ kg (tương đương khoảng lít) dung dịch chất tẩy cặn công thức M1-M4, 17.000 đ/kg đến 21.662đ/kg So với giá thành chất tẩy cặn nhập (Rydlyme Dynamic Descaler) khoảng 40 - 50% Cơng thức M1, M2 có giá thành thấp mức độ ăn mòn kim loại thấp nhất, khả tẩy cặn lại nhỏ M3 M4 Do cơng thức M1 M2 phù hợp để tẩy cặn thiết bị chế tạo kim loại dễ bị ăn mịn, có lớp cặn bám mỏng phận tản nhiệt hệ thống điều hịa nhiệt độ, két nước tơ Cơng thức M3 M4 có giá thành cao khả tẩy cặn tốt hơn, cơng thức thích hợp cho tẩy cặn thiết bị có lớp cặn bám dày lò hơi, máy cất nước, nồi đun nước nóng… Nhìn vào giá thành cơng thức M3 khả tẩy cặn nó, M3 có hiệu kinh tế công thức khác Khả hòa tan, tẩy cặn dung dịch tẩy cặn M3, M4 gần tương đương với khả hòa tan cặn chất tẩy cặn Rydlyme Dynamic Descaler, có giá thành nửa Như chất tẩy cặn đề tài pha chế đáp ứng nhu cầu sử dụng, chủ động nguồn hàng, tiết kiệm ngoại tệ góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường 63 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, triển khai đề tài, chúng tơi hồn thành nội dụng, mục tiêu nghiên cứu đề có số kết luận: • Đã nghiên cứu lựa chọn chất tẩy axit sinh học, hữu phụ gia để pha chế chất tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt có tạo thành cặn nước trình sử dụng, lị hơi, két nước tơ, điều hịa nhiệt độ • Đã xác lập cơng thức quy trình pha chế chất tẩy cặn axit Lactic kết hợp với axit Sulfamic phụ gia Đã xác định cơng thức có tác dụng tẩy cặn cao M4 (30% axit Lactic, 10% axit Sulfamic, 1% Urotropin, 0,5% EDTA, 0,5% LAS, 1,5% Etylenglycol) • Kết khảo sát thí nghiệm, thử nghiệm tẩy cặn thực tế kiểm tra ăn mòn kim loại, cho thấy chất tẩy cặn nghiên cứu chế tạo được, tẩy cặn thiết bị trao đổi nhiệt lò hơi, két nước ô tô, máy cất nước Không gây ăn mịn thiết bị, khơng gây nhiễm mơi trường, an tồn dễ sử dụng • Đã tiến hành thử nghiệm tẩy cặn két nước tơ, lị hơi, kết cho thấy dung dịch tẩy cặn, tẩy tốt cặn thiết bị Phương pháp tiến hành tẩy cặn cho thiết bị này, chất tẩy cặn đề tài pha chế đơn giản thuận tiện • Gía thành sơ kg dung dịch chất tẩy cặn chế tạo được, rẻ so với sản phẩm nhập ngoại khoảng 40% Các nguyên liệu sử dụng để pha chế chất tẩy cặn sẵn có thị trường có giá thành hạ So sánh khả hịa tan, tẩy cặn giá thành chất tẩy cặn pha chế với chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học nhập ngoại chất tẩy cặn nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn hiệu kinh tế 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lò thiết bị gia nhiệt; Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org ©UNEP Industry Service GmbH; (1999), ‘’Xử lý nước, chu trình hố học, vận hành nồi cố, hư hỏng liên quan hệ thống sinh hơi’’; No 80686, München Germany; Westendstrasse Website: www.congnghiepthongminh.com.vn Website: http://www.surprof.com.vn Website: www.Redlyme.com, Redlyme World’s Leading Biodegrad able Descaler; Material Sefferty data sheet, 2006 Http://www.biodescale.com BIOD’SCALE-Giải pháp hoàn hảo tẩy cáu cặn an toàn hiệu Anees U Malik, I.N.Andijani, N.A.Siddiqi, Shahreer Ahmed and A.S Al-Mobayaed; (1993), “studies on the role of sulfamic acid as a descalant in desalination plants”; Issued as Technical Report No SWCC RDC-32 in December Lê Thị Hồng Liên, (2007), ‘’Một số nét khái quát chất lượng nước thực trạng hoạt động hệ thống nồi Doanh nghiệp Công nghiệp tỉnh Hưng Yên’’, Hội thảo Công nghiệp Hưng Yên, Tr.1-9 Jackson, J James, (1980), Steam Boiler Operation Prentice-Hall Inc., New Jersey 10 Bopobeьвa Л.Л., Речина Э.С.,Стoлoл М.А, (1978); Теnлоэнер зеmuка; 11 А И Лцыбеева, C.З Леии, (1986); Инзибморыкор розиимеаллв Издхимия Лениградское деление 12 Http://www.dissolved-sale.co.cc/dissolve-salt/dissolve- descaler htm 13 Web site: dynamic-descaler.com Dynamic Descaler® Applications 65 14 Http://www.lib.vn Hóa chất xử lý lị hơi, hệ thống giải nhiệt 15 Electronic Journal of Biotechnology ISSN, (2004): 0717-3458 Vol No 2, Issue of August 15 16 Lactic acid fermentation and its product polymerization, Elec; Journal of Biotechnology ISSN, (2004); 0717-3458 Vol No 2, Issue of August 15 17 Http://msds.chem.ox.ac.uk; “Safety data for lactic acid; sulfami acid solution; EDTA; urotropine; ethylenglycol; Toxicology” 18 Http://www Wikipedia, the free encyclopedia; Ethylene glycol applications 19 Phạm Minh Tuấn, Nguyễn Hữu Phước, (2006); Công nghệ sản suất acid lactic từ mật rỉ đường, Khoa CNSH trường ĐH Mở thành phố Hồ Chí Minh 20 Http://www.Wikipedia the free encyclopedia, (2010); Sulfamic acid cấu trúc, phản ứng ứng dụng 21 W E GORDON AND MARTIN E CUPERY; (2009) Industrial and Engineering Chemistry, sulfamic acid, industrial applications, VoL.31, No 10, p.1237 22 Http://www.wikipedia.org/wiki/; ‘Lactic acid tính chất, sản xuất ứng dụng’ 23 Phạm Văn Khoan, Trần Nam; (2005), Chất ức chế ăn mòn hướng nghiên cứu ứng dụng chất ức chế ăn mòn cho cơng trình cầu, bê tơng cốt thép vùng biển Việt Nam, tập san KHCN trường đại học Bách Khoa Hà Nội tr 1-9 24 Trịnh Xuân Sén, (2006); Ăn mòn bảo vệ kim loại NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 25 ASTM G1-90: Standard practice for preparing, cleaning and evaluating corrosion test specimens 26 ASTM G31-72: Standard practice for laboratory immersion corrosion testing of metal 66 PHỤ LỤC • Kết phân tích mẫu cặn lị hơi, nồi đun nước két nước tơ • Kết kiểm tra xác định ăn mòn kim loại (thép, đồng, nhơm) • Xác nhận kết tẩy cặn lị Viện Hóa học Việt Nam • Xác nhận tẩy cặn két nước xe ô tơ Hyundai, IFA • Nhận xét kết sử dụng thử sản phẩm chất tẩy cặn Công ty cổ phần cơng nghệ Hóa chất Mơi trường Việt Nam, nhóm đề tài pha chế • Một số hình ảnh thử nghiệm tẩy cặn cho lị két nước tơ Thử nghiệm tẩy cặn cho lị trung tâm Hóa thực vật, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam 67 Thử nghiệm tẩy cặn cho két nước ô tô Nước tẩy cặn xả sau ngâm tẩy cặn lị két nước tô 68 ... cacbonat dung dịch tẩy cặn pha chế Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn pha chế - Pha chế 20 lít dung dịch tẩy cặn cho thiết bị trao đổi nhiệt như: Lò hơi, điều hòa nhiệt độ, két nước ôtô,. .. đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn pha chế 34 2.5.1 Kiểm tra ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng 34 2.5.2 Kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt. .. Kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn pha chế 2.5.1 Kiểm tra ăn mòn kim loại dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng Kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn dung dịch tẩy cặn nhiệt độ phòng, thực