一种食品级锅炉节能增效剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及锅炉水处理技术领域，具体为一种食品级锅炉节能增效剂及其制备方法。


背景技术：

2.锅炉是蒸汽或热水的发生设备，保障锅炉安全稳定运行以及产出合格蒸汽或热水对于工矿企业来说至关重要。锅炉水质处理是保证锅炉设备安全、经济运行的一项重要工作内容。锅炉水处理的目的是防止锅炉结垢、腐蚀，保证锅炉工况和品质良好。搞好锅炉水处理对确保锅炉安全经济运行、节约资源、保护环境都有重要意义。
3.在锅炉运行过程中，容易出现结垢和腐蚀问题，蒸汽锅炉水垢不仅会影响锅炉受热面的传热效率，增加锅炉的燃料损耗，而且还是引起该锅炉锅筒和水冷壁爆管等事故的主要原因。当锅炉热负荷相对较高时其水冷壁管表面容易结生水垢，由于水垢影响锅炉的传热效率，导致锅筒和水冷壁管得不到有效冷却，金属管壁局部温度升高，随着金属管壁温度的不断升高，当温度升高至足以使金属产生蠕变时，金属则因过热蠕变导致其强度下降，从而导致金属管发生鼓包、破口等失效损伤，降低锅炉使用寿命，严重时甚至发生爆管事故。
4.同时，锅炉汽包气液界面汽水共同升起，产生大量泡沫，发生汽水共腾现象，引起蒸汽夹带盐分，导致蒸汽品质恶化，造成过热器结垢及水击振动，损坏过热器并影响用汽设备的安全运行。
5.在食品行业中，由于食品生产企业的安全性要求，其锅炉无法使用常规的除垢防垢药剂，特别是锅炉蒸汽需要直接接触食品的生产企业。目前食品行业常用的除垢方式是化学清洗和高压物理射流清洗，而化学清洗和高压物理射流清洗对操作水平要求高，一般需要专业的清洗单位进行，清洗成本高。同时化学清洗不当容易造成化学腐蚀，影响蒸汽品质。而对于采用软化水或者除盐水作为锅炉给水以实现除垢的技术方案，其对设备以及维护成本相对较高，成本负担大。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种用于锅炉水处理，具有显著除氧、阻垢、缓蚀及消泡性能，提高锅炉能效，产品无毒害可达食品级要求，可应用于食品锅炉领域，制备方法简单，应用范围广，实用性强的食品级锅炉节能增效剂及其制备方法。
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供的食品级锅炉节能增效剂的制备方法，由异抗坏血酸与环氧乙烷，在碱性条件下进行反应，生成的异抗坏血酸聚氧乙烯醚，即为所述的食品级锅炉节能增效剂；
8.具体反应式如下：
[0009][0010]
优选的，本发明的食品级锅炉节能增效剂的制备方法，具体步骤包括如下：
[0011]
(1)向三口烧瓶中加入一定量异抗坏血酸、碱性ph调节剂和水，调整体系ph值大于9，抽真空后，在负压状态下，开启搅拌；
[0012]
(2)将步骤(1)中三口烧瓶却降温至5℃以下，开始向三口烧瓶中缓慢通入一定量环氧乙烷，在0℃温度条件下进行反应；
[0013]
(3)至步骤(2)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃温度条件下搅拌至反应完全；
[0014]
(4)步骤(3)反应结束后，在惰性气体保护情况下卸除其内部压力后，将三口烧瓶置于室温下，再对其内部反应产物进行后处理除杂，制得食品级锅炉节能增效剂；
[0015]
其中，所述异抗坏血酸和环氧乙烷加入量的摩尔比为：异抗坏血酸:环氧乙烷＝2.0-3.0:3.0。
[0016]
优选的，步骤(1)中所述负压条件为-0.08mpa～-0.1mpa。
[0017]
优选的，步骤(2)中所述三口烧瓶降温的具体操作为：将三口烧瓶放入冷却设备中冷却降温至3℃～5℃后，开始向三口烧瓶中缓慢通入环氧乙烷。
[0018]
优选的，步骤(3)中在0℃温度条件下，搅拌反应时间为1.5h-2.5h。
[0019]
优选的，步骤(4)中采用旋蒸法对其内部反应产物进行后处理除杂。
[0020]
优选的，步骤(1)所述碱性ph调节剂为食品级碱性ph调节剂。
[0021]
优选的，由权利要求1所述的一种食品级锅炉节能增效剂的制备方法制得的食品级锅炉节能增效剂化合物，具体结构式如下：
[0022][0023]
本发明的有益效果：
[0024]
(1)本发明的食品级锅炉节能增效剂，异抗坏血酸聚氧乙烯醚是在异抗坏血酸的基础上进行的改性，兼具除氧、阻垢、缓蚀及消泡性能，因为其分子结构上含有异抗坏血酸的羟基基团，羟基基团可以除去锅炉给水中的氧气，防止氧腐蚀，同时其又可以螯合水中钙、镁等硬度离子，能够有效防止结垢，不影响导热效率；另外，其化合物结构上还含有醚类基团，使其可以有效消除水中泡沫，改变汽水界面泡沫表面张力，防止汽水共沸现象发生，最后显著改善蒸汽品质。
[0025]
(2)本发明的食品级锅炉节能增效剂，是在异抗坏血酸的基础上进行的改性，其具有异抗坏血酸的无毒特性，经毒理性试验表明其属于食品无毒级，同时其重金属含量也符合国家相关要求，所以其可广泛用于和食品接触的锅炉水处理中。
[0026]
(3)本发明的食品级锅炉节能增效剂的制备方法简单，可操作性强，产量高，原料
来源广泛，成本低，适用范围广。
具体实施方式
[0027]
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
[0028]
实施例1
[0029]
制备食品级锅炉节能增效剂，具体步骤包括如下：
[0030]
(1)将三口烧瓶、搅拌桨等装置彻底清洗干净，检查系统密封性，确保密封良好，搅拌等功能运行正常。
[0031]
(2)向三口烧瓶中加入352g异抗坏血酸、0.4g氢氧化钠和100g水，调整体系ph值大于9，抽至负压-0.08mpa，开启搅拌。
[0032]
(3)将步骤(2)中三口烧瓶放入预先冷凝好的低温恒温槽中降温，待温度降至3℃时，向三口烧瓶中缓慢通入132g环氧乙烷，在0℃温度条件下反应。
[0033]
(4)步骤(3)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃搅拌1.5h至反应完全。
[0034]
(5)步骤(4)反应结束后，在氮气保护下卸除压力，将三口烧瓶置于室温下，使用旋蒸法除去过量环氧乙烷、水、副产物等杂质，制得食品级锅炉节能增效剂。
[0035]
实施例2
[0036]
制备食品级锅炉节能增效剂，具体步骤包括如下：
[0037]
(1)将三口烧瓶、搅拌桨等装置彻底清洗干净，检查系统密封性，确保密封良好，搅拌等功能运行正常。
[0038]
(2)向三口烧瓶中加入528g异抗坏血酸、0.4g氢氧化钠和100g水，调整体系ph值大于9，抽至负压-0.09mpa，开启搅拌。
[0039]
(3)将步骤(2)中三口烧瓶瓶放入预先冷凝好的低温恒温槽中降温，待温度降至5℃时，向三口烧瓶中缓慢通入132g环氧乙烷，在0℃温度条件下反应。
[0040]
(4)步骤(3)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃搅拌2h至反应完全。
[0041]
(5)步骤(4)反应结束后，在氮气保护下卸除压力，将三口烧瓶置于室温下，使用旋蒸法除去过量环氧乙烷、水、副产物等杂质，制得食品级锅炉节能增效剂。
[0042]
实施例3
[0043]
制备食品级锅炉节能增效剂，具体步骤包括如下：
[0044]
(1)将三口烧瓶、搅拌桨等装置彻底清洗干净，检查系统密封性，确保密封良好，搅拌等功能运行正常。
[0045]
(2)向三口烧瓶中加入440g异抗坏血酸、0.4g氢氧化钠和100g水，调整体系ph值大于9，抽至负压-0.1mpa，开启搅拌。
[0046]
(3)将步骤(2)中三口烧瓶瓶放入预先冷凝好的低温恒温槽中降温，待温度降至4℃时，向三口烧瓶中缓慢通入132g环氧乙烷，在0℃温度条件下反应。
[0047]
(4)步骤(3)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃搅拌2h至反应完全。
[0048]
(5)步骤(4)反应结束后，在氮气保护下卸除压力，将三口烧瓶置于室温下，使用旋
蒸法除去过量环氧乙烷、水、副产物等杂质，制得食品级锅炉节能增效剂。
[0049]
实施例4
[0050]
制备食品级锅炉节能增效剂，具体步骤包括如下：
[0051]
(1)将三口烧瓶、搅拌桨等装置彻底清洗干净，检查系统密封性，确保密封良好，搅拌等功能运行正常。
[0052]
(2)向三口烧瓶中加入528g异抗坏血酸、0.4g氢氧化钠和100g水，调整体系ph值大于9，抽至负压-0.1mpa，开启搅拌。
[0053]
(3)将步骤(2)中三口烧瓶瓶放入预先冷凝好的低温恒温槽中降温，待温度降至5℃时，向三口烧瓶中缓慢通入132g环氧乙烷，在0℃温度条件下反应。
[0054]
(4)步骤(3)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃搅拌2.5h至反应完全。
[0055]
(5)步骤(4)反应结束后，在氮气保护下卸除压力，将三口烧瓶置于室温下，使用旋蒸法除去过量环氧乙烷、水、副产物等杂质，制得食品级锅炉节能增效剂。
[0056]
实施例5
[0057]
制备食品级锅炉节能增效剂，具体步骤包括如下：
[0058]
(1)将三口烧瓶、搅拌桨等装置彻底清洗干净，检查系统密封性，确保密封良好，搅拌等功能运行正常。
[0059]
(2)向三口烧瓶中加入352g异抗坏血酸、0.4g氢氧化钠和100g水，调整体系ph值大于9，抽至负压-0.1mpa，开启搅拌。
[0060]
(3)将步骤(2)中三口烧瓶瓶放入预先冷凝好的低温恒温槽中降温，待温度降至3℃时，向三口烧瓶中缓慢通入132g环氧乙烷，在0℃温度条件下反应。
[0061]
(4)步骤(3)环氧乙烷通入结束后，继续在0℃搅拌2.5h至反应完全。
[0062]
(5)步骤(4)反应结束后，在氮气保护下卸除压力，将三口烧瓶置于室温下，使用旋蒸法除去过量环氧乙烷、水、副产物等杂质，制得食品级锅炉节能增效剂。
[0063]
下面对本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂进行性能测试。
[0064]
测试例1
[0065]
除氧性能测定
[0066]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂；使用异抗坏血酸和空白组作为对照组。
[0067]
测试方法：在恒温水浴锅中加入50l自来水，升温至95℃，使用便携式溶解氧检测仪，检测水浴锅中空白自来水的溶解氧含量并记录，作为初始含氧量对照值；然后将测试对象以200ppm浓度分别加入到恒温水浴锅中，95℃保温30min后，检测含测试对象水中残余溶解氧含量。
[0068]
以上各组分溶解氧含量测试结果如表1所示：
[0069]
表1：溶解氧含量测定结果
[0070]
测试对象空白氧含量30min后残余氧含量氧去除率实施例13.58ppm233ppb93.5％实施例23.66ppm220ppb94.0％实施例33.62ppm225ppb93.8％实施例43.63ppm222ppb93.9％
实施例53.59ppm227ppb93.7％对照组异抗坏血酸3.64ppm237ppb93.5％空白对照组3.61ppm3.52ppm
‑‑‑
[0071]
由表1中的数据分析结论如下：由于未经除氧的水进入锅炉，会对锅炉产生氧腐蚀，缩短锅炉使用寿命。同时水中产生的氧化金属垢使锅炉导热性能变差，妨碍热传导。对照组异抗坏血酸具有较强的除氧功能，经测试，其对测试水的氧去除率为93.5％。本发明实施例1-实施例5对测试水中氧的去除效果同样显著，其分子结构上的羟基基团可以除去水中氧气，经其处理后的水中剩余氧含量极低，氧去除率达到93.5％以上，能够有效降低锅炉水中含氧对锅炉造成的氧腐蚀，防止水结垢，提高锅炉使用寿命和导热效果，从而降低燃料损耗，提高效率。
[0072]
测试例2
[0073]
消泡性能测试
[0074]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂；使用聚醚和空白作为对照组。
[0075]
测试方法：分别向比色管中加入50ml浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，向比色管中分别加入20ppm的测试对象，以不加入测试对象的十二烷基苯磺酸钠水溶液比色皿作为空白对照，摇晃空白组及测试对象组比色皿30s，观察起泡和消泡情况。测试结果如表2所示：
[0076]
表2：消泡性能测试结果
[0077]
测试对象观察泡沫情况空白对照组摇晃产生泡沫，30s后泡沫未消失实施例1摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失实施例2摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失实施例3摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失实施例4摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失实施例5摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失对照组聚醚摇晃产生泡沫，30s内泡沫消失
[0078]
由表2中的数据分析结论如下：对照组聚醚是常见的消泡剂，具有优异的消泡、抑泡功能，经测试表明，其作用于起泡力强的十二烷基苯磺酸钠水溶液，在30s内可消除十二烷基苯磺酸钠水溶液产生的泡沫。本发明实施例1-实施例5的消泡性能同样显著，其分子结构上的醚类基团可作用于起泡的十二烷基苯磺酸钠水溶液，在30s可快速消除十二烷基苯磺酸钠水溶液产生的泡沫，具有较强的消泡性能，其作用于锅炉给水中，可以降低泡沫产生，避免发生汽水共腾现象引起的蒸汽夹带盐分，从而导致蒸汽品质恶化，提高用汽设备运行的安全性。
[0079]
测试例3
[0080]
阻垢性能测试
[0081]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂；使用聚丙烯酸、聚环氧琥珀酸作为对照组。
[0082]
测试方法：《gb-t16632-2008水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》，测定使用
的测试对象浓度为100ppm。测试结果如表3所示：
[0083]
表3：阻垢性能测试结果
[0084][0085]
由表3中的数据分析结论如下：对照组聚丙烯酸和聚环氧琥珀酸是循环水中常用的聚羧酸阻垢剂，具有较好的阻垢性能，将其作为对照组与本发明实施例1-实施例5在同等条件下测定其碳酸钙阻垢率，结果表明，对照组聚丙烯酸的阻垢率为90.7％，对照组聚环氧琥珀酸的阻垢率为97.7％，本发明实施例1-实施例5的平均阻垢率为96.2％，其分子结构上的羧基基团可以螯合钙镁等离子，阻止这些离子形成难溶性沉淀进而生成水垢，其阻垢性能和对照组聚环氧琥珀酸接近，并优于对照组聚丙烯酸，具有显著的阻垢性能，可以有效防止锅炉给水中产生水垢。
[0086]
测试例4
[0087]
缓蚀性能测试
[0088]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂；使用tta、锌盐、磷酸作为对照组。
[0089]
测试方法：采用《gb-t18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》对测试对象的碳钢腐蚀率进行测定，测定使用的测试对象浓度为100ppm。测试结果如表4所示：
[0090]
表4：缓蚀性能测试结果
[0091]
测试对象碳钢腐蚀率mm/a实施例10.0645实施例20.0558实施例30.0612实施例40.0584实施例50.0579对照组tta0.0671对照组锌盐0.129对照组磷酸0.0448
[0092]
由表4中的数据分析结论如下：对照组tta(甲基苯并三氮唑)、锌盐、磷酸是常见的缓蚀剂，将其作为对照组与本发明实施例1-实施例5在同等条件下测定其碳钢缓蚀性能，结果表明，本发明实施例1-实施例5具有显著的缓蚀性能，其碳钢腐蚀率均低于0.075mm/a，符
合国家标准，在处理锅炉给水时，能够有效抑制水垢等对锅炉产生的腐蚀，延长锅炉使用寿命。对照组tta和对照组磷酸的碳钢腐蚀率符合国家标准，而对照组锌盐的碳钢腐蚀率高于国家标准，其对金属的缓蚀效果较差。
[0093]
测试例5
[0094]
毒理性试验
[0095]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂。
[0096]
测试方法：《gb 15193.3-2014食品安全国家标准急性经口毒性试验》，试验采用最大限量法，试验小鼠在试验前需禁食4h，对试验小鼠的灌胃剂量为10089.1mk/kg。试验开始后，对小鼠经口灌胃法进行一次染毒，染毒后小鼠继续禁食1h，而后观察并记录染毒过程和观察期内试验小鼠的中毒和死亡情况，观察周期为14天，试验结束后对受体进行解剖检查。
[0097]
试验结论：本发明实施例1-实施例5测试对象对试验小鼠急性经口ld50大于5000mg/kg，根据急性毒性(ld50)剂量分级表可知，本发明实施例1-实施例5测试对象属于实际无毒级，符合食品级要求，其可应用于食品锅炉水处理相关领域。
[0098]
测试例6
[0099]
重金属检验
[0100]
测试对象：本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂。
[0101]
测试方法：采用gb/t 5750.6-2006《生活饮用水标准检验方法》进行测试，测试对象样品处理方法按照《生活饮用水化学处理剂卫生安全评价规范》(2001)附录a2进行。
[0102]
试验结论：本发明实施例1-实施例5测试对象中砷、镉、铬(六价)、铅、汞、银、硒诸项检验指标均符合《生活饮用水化学处理剂卫生安全评价规范》(2001)对生活饮用水化学处理剂的标准要求，结论表明，本发明实施例1-实施例5制得的食品级锅炉节能增效剂可用于对生活饮用水的处理，其处理后的水中金属物质含量符合食品领域要求，可应用于食品锅炉水处理相关领域。
[0103]
综上，本发明的食品级锅炉节能增效剂——异抗坏血酸聚氧乙烯醚，兼具除氧、阻垢、缓蚀及消泡性能，其制备方法简单，可操作性强，原料来源广泛，成本低，适用范围广。该食品级锅炉节能增效剂是在异抗坏血酸的基础上进行的改性，其具有异抗坏血酸的无毒特性，经毒理性试验表明其属于实际无毒级，同时其重金属含量也符合国家相关要求，可用于和食品接触的锅炉水处理中。
[0104]
以上仅为本发明的较佳具体实施例，如实施例中使用食品级碱性ph调节剂为氢氧化钠，在实际应用中，可替换为其他类型的食品级碱性ph调节剂。
[0105]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。