Transcript 06-3 阻垢剂及阻垢分散剂

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。
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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
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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
HO
OH
P
CH2
OH
N
P
CH2
CH2
P
HO
OH
O
O
H3PO3 + 3HCl
N(CH2PO3H2)3 + HCl + H2O
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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
CH2
O
(HO)2
P
-12HCl
CH2
(OH)2
O
N-CH2-CH2-N
CH2
P
CH2
P
(OH)2
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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。
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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
R-O-CH2CH2-OH+ (n-1)H2C
CH2
NaOH
R O CH2CH2
O
脂肪酸
R-CO-OH + H2C CH2
O
NaOH
R-CO-O-CH2CH2-OH + (n-1) H2C
CH2
OH
n
R-CO-O-CH2CH2-OH
NaOH
R-CO O
O
CH2CH2
OH
n
烷基酚
R
O-CH2CH2-OH + (n-1) H2C CH2
O
R
O CH2CH2
OH
n
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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
氮气 真空
管路 管路
P2O5
氮
气
环氧乙烷
P2O5
磷酸酯化
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
回
流
丙三醇
氢氧化钠
蒸
汽
反
应
釜
出 料
冷却水
冷凝水
下水道
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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
+
亲核加成
HC
C2H5OOC
COOC2H5
催化剂
O
(C2H5O)2 P
CH
CH2 COOC2H5
2、合成膦酸二乙酯-1，2，4三羧酸三乙酯
O
(C2H5O)2 P
Michael加成
H
δ-
C
δ+
δ+ δ-
COOC2H5
+
CH2
CH
催化剂
O
(C2H5O)2 P
COOC2H5
CH2 COOC2H5
CH COOC2H5
CH2
CH2
COOC
2H5
C COOC2H5
CH2 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
COOC2H5
CH2 COOC2H5
O
+ H2O
(C2H5O)2 P
CH2
C
CH2
COOH
COOH
CH2 COOH
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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
OH
极性亲水性基团
O
P
(OH)2
O
O
C O
C NH2
 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）
SO3H
COOH
n CH2
CH
聚合反应
CH2
水解反应
CH
CN
n
n
COOH
COOH
CH2
CH
H
CH2
CH
n
COOH
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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
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（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
(NH4)2S2O8
水溶液
丙烯酸
水溶液
氮
回
流
冷
凝
器
加料器
气
去离子水
巯基乙酸
蒸汽
反
应
釜
氮气 真空
管路 管路
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
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（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
氮气 真空
管路 管路
H2O2
加料器
水溶液
回
流
冷
凝
器
氮
气
去离子水
顺丁烯二酸酐
蒸汽
反
应
釜
冷却水
95~100℃
冷凝水
出
料
下水道
均相溶液聚合
聚顺丁烯二酸 溶液
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（一）均聚物阻垢分散剂
2、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
氮气 真空
管路 管路
BPO
加料器
甲苯溶液
回
流
冷
凝
器
氮
气
甲苯
顺丁烯二酸酐
蒸汽
反
应
釜
冷却水
甲苯回流温度
冷凝水
聚顺丁烯二
酸酐固体
非均相溶液聚合
（沉淀聚合）
水解或皂化 下水道
聚顺丁烯二酸（钠）
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（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
+
COOH
n CH2
(NH4)2S2O8
CH
CH2
CH
m
CH2
n
CONH2
COOH
CONH2
CH
 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
COONa
CH2
CH
p
CONH2
CH2
CH
n-(m+p)
CN
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（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。
 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
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
蒸汽
反
应
釜
氮气 真空
管路 管路
冷却水
85~90℃
冷却水
冷凝水
均相溶液聚合
出 料
共聚物产品
下水道
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（二）共聚物阻垢分散剂
加料器
2、丙烯酸-丙烯酸甲酯
丙烯酸
共聚物
(NH4)2S2O8
水溶液
丙烯酸甲酯
 聚合方法：水溶
氮 气
液共聚合
氮气 真空
管路 管路
去离子水
巯基乙酸
 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
单体一次投料法
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（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
CH2 CH
2
2
聚 合
CH CH
O C
n
CH2 CH
m
C O
O
磺
化
CH
聚 合
CH CH
O C
n
CH2 CH
m
C O
ONa ONa
SO3H
SO3Na
磺
化
CH
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（1）先聚合后磺化生产工艺
CH
CH2
CH
n
+
O C
CH
m
CH CH
引发剂
甲苯
C O
O C
CH2
CH
m
C O
O
O
CH CH
O C
n
n
CH2
CH
m
四氯乙烷
C O
CH CH
SO3/催化剂
O C
O
n
CH2
CH
m
C O
O
稀氢氧化钠
SO3H
CH CH
或碳酸钠
O C
n
CH2
CH
m
C O
ONa ONa
SO3Na
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（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
氮气 真空
管路 管路
BPO
加料器
甲苯溶液
回
流
冷
凝
器
氮
气
甲苯
顺丁烯二酸酐
苯乙烯
蒸汽
白色共聚
物沉淀
 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
反
应
釜
冷却水
85~90℃
冷凝水
磺化/四氯乙烷
共聚物沉淀
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（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
 操作技术：单
体、引发剂溶
液分别同时滴
加反应
苯乙烯磺
酸水溶液
氮
(NH4)2S2O8
水溶液
回
流
冷
凝
器
加料器
气
去离子水
顺丁烯二酸酐
蒸汽
反
应
釜
氮气 真空
管路 管路
冷却水
90~95℃
冷凝水
均相溶液聚合
下水道
浅棕色水溶液
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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 +
m CH2
CH
CH3
C O
C NH
C
OH
O
CH3
A
B
CH2SO3H
CH2
CH
n
CH2
CH
m
CH3
C O
C NH
C
OH
O
CH3
CH2SO3H
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
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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。
 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
单体1、2
混合液
(NH4)2S2O8
水溶液
加料器
回
流
冷
凝
器
氮
气
去离子水
蒸汽
反
应
釜
氮气 真空
管路 管路
冷却水
95±2℃
均相溶液聚合
冷凝水
出 料
淡黄色透明液体
下水道
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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