СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИНГИБИТОРА ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ В МИНЕРАЛИЗОВАННОЙ ВОДЕ С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОДА, СЕЛЕКТИВНОГО ПО ОТНОШЕНИЮ К ИОНАМ КАЛЬЦИЯ/МАГНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C02F5/00 G01N27/333 

Настоящее изобретение относится к способу определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде, включающий проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ диализированного первого образца минерализованной воды и диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации. Настоящее изобретение также относится к способу подавления образования отложений в установке, которая содержит минерализованную воду, включающий стадии добавления к минерализованной воде ингибитора образования отложений при необходимой концентрации, определения реальной концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде так, как это описано выше, и добавления к минерализованной воде дополнительного количества ингибитора образования отложений для обеспечения необходимой концентрации. Настоящее изобретение также относится к устройству, предназначенному для определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде с помощью способа, описанного выше, включающему электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния, модуль для диализа и модуль для дозирования, предназначенный для добавления ингибитора образования отложений ко второму образцу минерализованной воды.

В бойлерах, трубопроводах и других компонентах установок для обработки воды, опреснения воды и в контурах воды, в особенности в контурах охлаждающей воды промышленных установок и электростанций, отложения (плотные отложения) часто образуются вследствие отложения, например, карбоната кальция (СаСО₃, кальцит) и карбоната магния (MgCO₃). Это приводит к большим затратам, поскольку необходима частая очистка бойлеров, трубопроводов и других компонентов. Кроме того, наличие отложений может привести к уменьшению срока эксплуатации установок, поскольку оно может привести к сильным повреждениям бойлеров, трубопроводов и других компонентов установок.

Для подавления образования отложений (плотных отложений) к воде, содержащейся в контурах воды, входящих в состав установок для обработки воды и установок для опреснения воды, обычно добавляют ингибиторы образования отложений. Предполагают, что ингибиторы образования отложений подавляют образование отложений вследствие стабилизации с образованием коллоида их предшественников, из которых в противном случае образовались бы отложения, например, отложение кальцита. Ингибиторами образования отложений являются, например, полиакриловые кислоты и полиаспарагиновая кислота. Во время проведения процедуры подавления происходит расход ингибитора образования отложений и поэтому его концентрация уменьшается. Если концентрация находится ниже определенного значения, то ингибитор образования отложений больше не может подавлять образование отложений. Поэтому необходимо поддерживать определенную концентрацию ингибитора образования отложений.

В данной области техники описано несколько способов определения концентрации ингибитора образования отложений. Задачей настоящего изобретения является дополнительное улучшение этих способов.

Задача решена с помощью способа определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде, включающий проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ

a) диализированного первого образца минерализованной воды и

b) диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации.

Задача также решена с помощью способа подавления образования отложений в установке, которая содержит минерализованную воду, включающего стадии

x) добавления к минерализованной воде ингибитора образования отложений при необходимой концентрации,

y) определения реальной концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде способом, предлагаемым в настоящем изобретении, и

z) добавления к минерализованной воде дополнительного количества ингибитора образования отложений для обеспечения необходимой концентрации.

Задача также решена с помощью устройства, предназначенного для определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде с помощью способа, предлагаемого в настоящем изобретении, включающего электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния, модуль для диализа и модуль для дозирования, предназначенный для добавления ингибитора образования отложений ко второму образцу минерализованной воды.

Ингибитор образования отложений обычно представляет собой соединение, которое является подходящим для подавления образования отложений в промышленных установках. Различные ингибиторы образования отложений имеются в продаже.

Предпочтительно, если ингибитором образования отложений является поликарбоновая кислота (например, полиакриловая кислота или полималеиновая кислота) или фосфонат. Более предпочтительно, если ингибитором образования отложений является поликарбоновая кислота, особенно предпочтительной является полиакриловая кислота.

Ингибитор образования отложений обладает среднечисловой молекулярной массой M_n, обычно равной не менее 200 г/моль, предпочтительно не менее 300 г/моль и особенно предпочтительно не менее 400 г/моль. Ингибитор образования отложений обладает среднечисловой молекулярной массой M_n, обычно находящейся в диапазоне от 200 до 250000 г/моль, предпочтительно в диапазоне от 800 до 70000 г/моль и особенно предпочтительно в диапазоне от 1000 до 8000 г/моль. M_n можно определить с помощью эксклюзионной хроматографии (ЭКХ) в водной среде с использованием для калибровки стандарта натриевой соли полиакриловой кислоты и стандарта полиакриловой кислоты.

Подходящими поликарбоновыми кислотами являются полиакриловые кислоты и полималеиновые кислоты.

Подходящая полиакриловая кислота (ПАК) включает фотополимеры, полученные из моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоты, сополимеров, полученных из моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоты и по меньшей мере одного сомономера, и смеси этих фотополимеров и сополимеров.

По меньшей мере один сомономер может быть выбран из группы, состоящей из следующих: метакриловая кислота, кротоновая кислота, малеиновая кислота или малеиновый ангидрид, итаконовая кислота, фумаровая кислота, цитраконовая кислота и цитраконовый ангидрид, винилфосфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (АМПС), производные (мет)акриловой кислоты, например, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксибутилакрилат, (мет)акриламид, винилформамид, (3-метакрилоилокси)пропансульфонат щелочного металла, диметиламиноэтилакрилат, 2-акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид, диметиламинометакрилат и (мет)акрилат метилового эфира полиэтиленгликоля. Особенно предпочтительный по меньшей мере один сомономер выбран из группы, состоящей из следующих: малеиновая кислота, малеиновый ангидрид и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (АМПС).

Для получения гомополимера и для получения сополимера моноэтиленовоненасыщенную монокарбоновую кислоту и по меньшей мере один сомономер можно использовать в форме свободных кислот или в полностью или частично нейтрализованной форме.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что термин "свободные кислоты" обычно означает, что кислотные группы, содержащиеся в моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоте и по меньшей мере в одном сомономере, находятся в протонированной форме. Так, например, карбоксигруппы представлены, как СООН. Термин "нейтрализованная форма" означает, что кислотные группы, содержащиеся в моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоте и по меньшей мере в одном сомономере, находятся в депротонированной форме, например, в виде соли. Карбоксигруппы, находящиеся в нейтрализованной форме, означают, например, карбоксилатные группы (СОО^-). Термин "частично нейтрализованная форма" означает, что некоторые кислотные группы, содержащиеся в моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоте и по меньшей мере в одном сомономере, находятся в форме свободных кислот и некоторые находятся в нейтрализованной форме.

Следует понимать, что в случае, если полиакриловая кислота (ПАК) представляет собой сополимер, то моноэтиленовоненасыщенная монокарбоновая кислота отличается от по меньшей мере одного сомономера.

В случае, если полиакриловая кислота (ПАК) представляет собой сополимер, то особенно предпочтительный сополимер выбран из группы, состоящей из следующих: сополимер акриловой кислоты с малеиновой кислотой, сополимер акриловой кислоты с малеиновым ангидридом или сополимер акриловой кислоты с 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислотой.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения полиакриловую кислоту (ПАК) получают по меньшей мере из 50 мас.%, предпочтительно по меньшей мере из 80 мас.% и более предпочтительно по меньшей мере из 95 мас.% акриловой кислоты в пересчете на полное количество акриловой кислоты и по меньшей мере одного сомономера, из которых получают полиакриловую кислоту (ПАК).

Методики получения полиакриловой кислоты (ПАК) известны специалисту в данной области техники. Способы ее получения описаны, например, в US 2012/0214041 А1 и в WO 2012/001092 А1. Так, например, полиакриловую кислоту (ПАК) можно получить по реакции свободнорадикальной полимеризации.

Подходящая полималеиновая кислота включает фотополимеры, полученные из малеиновой кислоты, сополимеры, полученные из малеиновой кислоты и по меньшей мере одного сомономера, и смеси этих фотополимеров и сополимеров. Для специалиста в данной области техники очевидно, что для частичной или полной замены малеиновой кислоты можно использовать малеиновый ангидрид.

По меньшей мере один сомономер, содержащийся в полималеиновой кислоте, может быть выбран из группы, состоящей из следующих: кротоновая кислота, итаконовая кислота, фумаровая кислота, цитраконовая кислота и цитраконовый ангидрид, винилфосфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (АМПС), производные (мет)акриловой кислоты, например, гидроксиэтилакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксибутилакрилат, (мет)акриламид, винилформамид, (3-метакрилоилокси)пропансульфонат щелочного металла, диметиламиноэтилакрилат, 2-акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид, диметиламинометакрилат и (мет)акрилат метилового эфира полиэтиленгликоля.

Примерами фосфонатов являются диэтилентриаминпента(метиленфосфоновая кислота) (ДТПМФ), аминотри(метиленфосфоновая кислота) (АТМФ), 1-гидроксиэтилиден-1,1-дифосфоновая кислота (ГЭДФ), 2-фосфонобутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (ФБТК), этилендиаминтетраметиленфосфоновая кислота (ЭДТМФ), гексаметилендиаминметиленфосфоновая кислота (ГМДАМФ), гидроксиэтиленаминобисметиленфосфоновая кислота (ГЭМФК).

Минерализованная вода может содержать по меньшей мере одну соль, выбранную из группы, состоящей из следующих: соль щелочного металла, соль щелочноземельного металла и их смеси. Минерализованная вода может содержать дополнительную соль, такую как оксид железа.

Так, например, минерализованной водой является технологическая вода, грунтовая вода, речная вода, слабоминерализованная вода или морская вода, причем предпочтительной является морская вода. Подходящей технологической водой является охлаждающая вода промышленных установок или электростанций.

Минерализованная вода обычно содержит соль в количестве, находящемся в диапазоне от 0,001 до 10 мас.%, предпочтительно от 0,005 до 7,5 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 5 мас.% и особенно предпочтительно от 0,02 до 4 мас.%.

Подходящими солями щелочных металлов являются, например, сульфат натрия (Na₂SO₄), хлорид натрия (NaCl), бромид натрия (NaBr), йодид натрия (NaI), карбонат натрия (Na₂CO₃), хлорид калия (KCl), бромид калия (KBr) и йодид калия (KI).

Подходящими солями щелочноземельных металлов являются, например, фторид кальция (CaF₂), сульфат кальция (CaSO₄), карбонат кальция (СаСО₃), фторид магния (MgF₂), хлорид магния (MgCl₂), бромид магния (MgBr₂), йодид магния (MgI₂), сульфат магния (MgSO₄), карбонат магния (MgCO₃) и гидроксид магния (Mg(OH)₂).

Специалисту в данной области техники известно, что соли щелочных металлов и соли щелочноземельных металлов обычно диссоциируют в воде. Так, например, хлорид натрия (NaCl) диссоциируют в воде с образованием катиона натрия (Na⁺) и хлоридного аниона (Cl^-), карбонат натрия (Na₂CO₃) диссоциируют в водной среде с образованием двух катионов натрия (Na⁺) и карбонатного аниона (СО₃^2-) и карбонат кальция (СаСО₃) диссоциируют с образованием катиона кальция (Са²⁺) и карбонатного аниона (СО₃^2-). Карбонатный анион также может образовывать в воде бикарбонат (НСО^3-). Поэтому соли щелочных металлов и соли щелочноземельных металлов обычно находятся в воде в ионной форме.

Минерализованная вода обычно содержит не менее 50 мас.%, предпочтительно не менее 80 мас.% и особенно предпочтительно не менее 90 мас.% воды. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения минерализованная вода содержит от 89,99 до 99,999 мас.% воды, предпочтительно от 92,494 до 99,995 мас.%, особенно предпочтительно от 94,996 до 99,99 мас.% и более предпочтительно от 95,998 до 99,98 мас.% воды.

Минерализованная вода необязательно содержит по меньшей мере один другой растворитель. Минерализованная вода обычно содержит не более 10 мас.%, предпочтительно не более 5 мас.%, более предпочтительно не более 2 мас.% по меньшей мере одного другого растворителя. По меньшей мере один другой растворитель обычно не обладает диапазоном смешивания с водой. Так, например, меньшей мере одним другим растворителем является полярный растворитель, выбранный из состоящей из следующих: метанол, этанол, пропанол и гликоль.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения электропроводность минерализованной воды находится в диапазоне от 10 до 100000 мкСм/см², предпочтительно в диапазоне от 10 до 30000 мкСм/см² и особенно предпочтительно в диапазоне от 10 до 500 мкСм/см².

Температура минерализованной воды обычно находится в диапазоне от 0 до 100°С. Предпочтительно, если температура минерализованной воды находится в диапазоне от 5 до 95°С и особенно предпочтительно в диапазоне от 10 до 50°С.

Минерализованная вода может обладать любым значением рН. Предпочтительно, если значение рН минерализованной воды находится в диапазоне от 5 до 9, особенно предпочтительно в диапазоне от 6 до 8 и более предпочтительно в диапазоне от 6,5 до 7,5.

Минерализованная вода может содержать ингибитор образования отложений в количестве, находящемся в диапазоне от 0,01 до 100 мас. ч./млн, предпочтительно от 0,1 до 60 мас. ч./млн, особенно предпочтительно от 0,1 до 40 мас. ч./млн и более предпочтительно от 0,1 до 20 мас. ч./млн. В контексте настоящего изобретения "мас. ч./млн" означает количество массовых частей на миллион. 1 мас. ч./млн означает 0,0001 мас.%.

Способ включает проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ

a) диализированного первого образца минерализованной воды и

b) диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации.

Способ необязательно может дополнительно включать проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ

c) диализированного третьего образца необработанной минерализованной воды, который не содержит ингибитор образования отложений.

Диализированный первый образец минерализованной воды, диализированный второй образец минерализованной воды и необязательно диализированный третий образец необработанной минерализованной воды вместе называются диализированными образцами минерализованной воды.

Диализированные образцы минерализованной воды обычно можно получить путем диализа с использованием полупроницаемой мембраны.

Объем образцов минерализованной воды, которые подвергают диализу, обычно находится в диапазоне от 1 до 2000 мл, предпочтительно от 20 до 800 мл и особенно предпочтительно от 50 до 400 мл.

При проведении диализа по меньшей мере часть соли удаляют из минерализованной воды путем диализа и получают диализированные образцы минерализованной воды. Обычно удаляют от 10 част./млн до 5% соли, предпочтительно от 10 част./млн до 1% и особенно предпочтительно от 10 до 100 част./млн.

Диализ можно провести с помощью модуля для диализа, например, путем прокачивания минерализованной воды через модуль для диализа. Принцип диализа и подходящие модули для диализа известны специалисту в данной области техники. Обычно модуль для диализа содержит буферный раствор и по меньшей мере одну полупроницаемую мембрану. Полупроницаемая мембрана отделяет минерализованную воду от буферного раствора. Буферный раствор обладает более низкой концентрацией соли, чем минерализованная вода. Поэтому для установления равновесия между концентрацией соли, содержащейся в минерализованной воде, и концентрацией соли, содержащейся в буферном растворе, соль, содержащаяся в минерализованной воде, диффундирует через полупроницаемую мембрану в буферный раствор.

Для предотвращения перемещения ингибитора образования отложений из минерализованной воды через полупроницаемую мембрану в буферный раствор обычно используют полупроницаемую мембрану, обладающую размером пор, меньшим, чем размер частиц ингибитора образования отложений. Размер пор полупроницаемой мембраны равен, например, ≤10000 Да, предпочтительно ≤5000 Да и особенно предпочтительно ≤1000 Да. В одном варианте осуществления размер пор полупроницаемой мембраны находится в диапазоне от 100 до 10000 Да, предпочтительно от 200 до 5000 Да и особенно предпочтительно от 300 до 1000 Да.

Полупроницаемая мембрана может обладать разными формами, например, находиться в форме трубки или кассеты. Полупроницаемая мембрана может быть изготовлена из любого материала, который является подходящим для изготовления полупроницаемых мембран и который обеспечивает диффузию по меньшей мере одного электролита через полупроницаемую мембрану. Предпочтительно, если полупроницаемая мембрана изготовлена из нитрата целлюлозы, триацетата целлюлозы, ацетата целлюлозы, регенерированной целлюлоза, полиэфирсульфона, полиамида, политетрафторэтилена, поликарбоната или поливинилхлорида. Особенно предпочтительно, если полупроницаемая мембрана изготовлена из полиэфирсульфона.

Подходящие буферные растворы известны специалисту в данной области техники. Предпочтительно, если буферный раствор содержит не менее 90 мас.% деминерализованной воды в пересчете на полное количество буферного раствора. В особенно предпочтительном варианте осуществления буферный раствор состоит из деионизированной воды. Для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что состав буферного раствора меняется во время проведения диализа, поскольку молекулы соли диффундируют в буферный раствор.

Обычно к диализированным образцам минерализованной воды добавляют воду, такую как деионизированная вода. Деионизированную воду обычно добавляют в таком количестве, чтобы объем диализированного образца минерализованной воды являлся таким же, как объем образца минерализованной воды до диализа. В контексте настоящего изобретения термин "такой же" обычно означает разницу объемов, составляющую ±10%, предпочтительно ±5% и особенно предпочтительно ±2%.

Диализированные образцы минерализованной воды обычно обладают электропроводностью, равной вплоть до 200 мкСм/см², предпочтительно вплоть до 100 мкСм/см² и особенно предпочтительно вплоть до 50 мкСм/см². В другом варианте осуществления электропроводность диализированных образцов минерализованной воды находится в диапазоне от 0,1 до 100 мкСм/см², предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 80 мкСм/см² и особенно предпочтительно в диапазоне от 0,1 до 30 мкСм/см². Для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что электропроводность диализированных образцов минерализованной воды ниже электропроводности минерализованной воды до диализа.

Диализированные образцы минерализованной воды обычно содержат соль в количестве, находящемся в диапазоне от 0 до 100 мас. ч./млн, предпочтительно от 0 до 70 мас. ч./млн и особенно предпочтительно от 0 до 30 мас. ч./млн. Для специалиста в данной области техники должно быть очевидно, что концентрация соли, содержащейся в диализированных образцах минерализованной воды, ниже концентрации соли, содержащейся в минерализованной воде до диализа.

Температура диализированных образцов минерализованной воды обычно находится в диапазоне от 0 до 100°С, предпочтительно в диапазоне от 5 до 95°С и особенно предпочтительно в диапазоне от 10 до 50°С.

Диализированные образцы минерализованной воды могут обладать любым значением рН. Значение рН диализированных образцов минерализованной воды обычно находится в диапазоне от 5 до 9, предпочтительно в диапазоне от 6 до 8 и особенно предпочтительно в диапазоне от 6,5 до 7,5.

Диализированный первый образец минерализованной воды обычно содержит ингибитор образования отложений при концентрации, которую необходимо определить способом, предлагаемым в настоящем изобретении.

Диализированный первый образец минерализованной воды содержит ингибитор образования отложений в количестве, обычно находящемся в диапазоне от 0,01 до 100 мас. ч./млн, предпочтительно от 0,1 до 60 мас. ч./млн, особенно предпочтительно от 0,1 до 40 мас. ч./млн и более предпочтительно от 0,1 до 20 мас. ч./млн. В контексте настоящего изобретения "мас. ч./млн" означает количество массовых частей на миллион. 1 мас. ч./млн означает 0,0001 мас.%.

Образец, предназначенный для получения диализированного первого образца минерализованной воды, обычно отбирают после обработки минерализованной воды ингибитором образования отложений.

К диализированному второму образцу минерализованной воды был добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации. Обычно к диализированному второму образцу минерализованной воды добавляют ингибитор образования отложений при известной концентрации, составляющей от 0,1 до 50 част./млн, предпочтительно от 0,5 до 10 част./млн и особенно предпочтительно от 0,5 до 5 част./млн.

Ингибитор образования отложений, который добавляют ко второму образцу, должен являться таким же, как ингибитор образования отложений, концентрацию которого определяют способом, предлагаемым в настоящем изобретении.

Образец, предназначенный для получения диализированного второго образца минерализованной воды, обычно отбирают после обработки минерализованной воды ингибитором образования отложений. Обычно его отбирают в том же месте, что и диализированный первый образец.

Диализированный третий образец необработанной минерализованной воды не содержит ингибитор образования отложений. Необработанной минерализованной водой обычно является минерализованная вода, которую не обрабатывали ингибитором образования отложений. Необработанная минерализованная вода может содержать следовые количества ингибитора образования отложений, который уже содержался в необработанной минерализованной воде, до ее попадания на участок, на котором осуществляют способ, предлагаемый в настоящем изобретении. В одном варианте осуществления необработанная минерализованная вода может содержать вплоть до 0,1 мас. ч./млн, предпочтительно вплоть до 0,01 мас. ч./млн ингибитора образования отложений.

Образец, предназначенный для получения диализированного третьего образца минерализованной воды, обычно отбирают до обработки минерализованной воды ингибитором образования отложений.

Способ включает анализ, проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния.

Термин "электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния" означает ион-селективный электрод, который является селективный по отношению к ионам кальция или к ионам магния, или и к ионам кальция, и к ионам магния. В другом варианте осуществления селективность электрода, селективного по отношению к ионам кальция или к ионам магния, или и к ионам кальция, и к ионам магния (предпочтительно и к ионам кальция, и к ионам магния) на 3-4 порядка выше, чем селективность по отношению к другим двухвалентным ионам (например, Cu²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Ва²⁺).

Большинство ион-селективных электродов и электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния, являются известными и имеются в продаже, например, выпускаются фирмой OFS Online Fluid Sensoric GmbH, 07580 Ronneburg, Germany (www.water-monitoring.com).

Обычно ион-селективный электрод включает преобразователь, с помощью которого можно преобразовать активность конкретного иона, растворенного в растворе, в поддающийся измерению сигнал, такой как электрический потенциал, который затем можно определить (например, с помощью вольтметра или рН-метра).

Ион-селективный электрод также может включать ион-селективную мембрану, через которую, предпочтительно могут проходить один или большее количество конкретных ионов, но не других ионов. Конкретные примеры ион-селективных электродов включают, но не ограничиваются только ими, электроды, включающие стеклянные мембраны, кристаллические мембраны или мембраны на основе ионообменной смолы. В некоторых случаях эффективность ион-селективного электрода можно повысить путем использования буфера, такого как буфер для регулирования полной ионной силы, который можно использовать для увеличения ионной силы раствора до сравнительно высокого значения.

Концентрацию ингибитора образования отложений можно определить на основании проводимого с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализа диализированного первого образца минерализованной воды и диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации. Концентрацию необязательно дополнительно можно определить на основании анализа диализированного третьего образца необработанной минерализованной воды, который не содержит ингибитор образования отложений. Обычно это третье значение способствует получению более точного результата.

Количественное определение концентрации ингибитора образования отложений обычно осуществляют по стандартной методике добавок. Стандартная методика добавок общеизвестна, например, она описана в стандарте DIN 32633 "Chemical analysis - Methods of Standard addition".

Настоящее изобретение также относится к устройству, предназначенному для определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде с помощью способа, предлагаемого в настоящем изобретении, включающему электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния, модуль для диализа и модуль для дозирования, предназначенный для добавления ингибитора образования отложений ко второму образцу минерализованной воды.

Обычно электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния, модуль для диализа и модуль для дозирования соединены с помощью контура, например, трубопроводом.

Устройство может дополнительно включать датчик электропроводности. Датчик электропроводности может быть соединен с модулем для диализа, например, с помощью контура. Датчик электропроводности можно использовать для определения электропроводности минерализованной воды или диализированных образцов минерализованной воды.

Подробное описание электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, и модуля для диализа уже приведено выше.

Модуль для дозирования, предназначенный для добавления ингибитора образования отложений ко второму образцу минерализованной воды, может включать насос, обеспечивающий регулируемое дозирование ингибитора образования отложений. Модуль для дозирования может дополнительно включать емкость для ингибитора образования отложений, соединенную с насосом. Ингибитор образования отложений, находящийся в емкости, должен быть таким же, как ингибитор образования отложений, концентрацию которого определяют способом, предлагаемым в настоящем изобретении.

Настоящее изобретение также относится к способу подавления образования отложений в установке, которая содержит минерализованную воду, включающему стадии

x) добавления к минерализованной воде ингибитора образования отложений при необходимой концентрации,

y) определения реальной концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде способом, предлагаемым в настоящем изобретении, и

z) добавления к минерализованной воде дополнительного количества ингибитора образования отложений для обеспечения необходимой концентрации.

Типичными установками, которые содержат минерализованную воду, в которых подавляют образование отложений, являются установки для опреснения морской воды (например, установки для термического опреснения или установки для опреснения с помощью обратного осмоса), градирни в промышленных установках, охлаждающие контуры в промышленных установках или бойлер для обработки воды в промышленных установках, установки для обработки сточных вод, теплообменник, использующийся в водообороте, испарители, использующиеся в системе с нулевыми жидкими отходами, испарители, использующиеся на сахарных заводах или на бумажных заводах.

На стадии х) к минерализованной воде добавляют ингибитор образования отложений при необходимой концентрации. Необходимая концентрация ингибитора образования отложений в минерализованной воде обычно находится в диапазоне от 0,01 до 100 мас. ч./млн, предпочтительно от 0,1 до 60 мас. ч./млн, особенно предпочтительно от 0,1 до 40 мас. ч./млн и более предпочтительно от 0,1 до 20 мас. ч./млн.

С течением времени концентрация ингибитора образования отложений в минерализованной воде может уменьшаться. Реальная концентрация может быть ниже необходимой концентрации ингибитора образования отложений. На стадии у) определяют реальную концентрацию ингибитора образования отложений в минерализованной воде способом, предлагаемым в настоящем изобретении.

На стадии z) к минерализованной воде добавляют дополнительное количество ингибитора образования отложений для обеспечения необходимой концентрации. Дополнительное количество ингибитора образования отложений обычно зависит от значения концентрации, определенной на стадии у).

Настоящее изобретение обеспечивает различные преимущества: Оно обеспечивает возможность точного определения концентрации ингибитора образования отложений, способ является очень надежным и недорогостоящим. Концентрацию ингибитора образования отложений можно определить по байпасной процедуре.

На фиг. 1 представлен типичный пример способа и устройства, предлагаемых в настоящем изобретении:

Минерализованная вода течет через установку по трубопроводу 1. Направление потока минерализованной воды показано стрелками.

Ингибитор образования отложений добавляют к минерализованной воде в трубопровод 1 через впускное отверстие 2, обычно с помощью насоса Р из емкости-хранилища 3, содержащей ингибитор образования отложений.

Из выходного отверстия 4 можно отобрать образец для получения диализированного третьего образца необработанной минерализованной воды.

Выходное отверстие 4 обычно находится перед входным отверстием 2, через которое добавляют ингибитор образования отложений.

Из выходного отверстия 5 можно отобрать образец для получения диализированного первого и второго образца минерализованной воды. Выходное отверстие 5 обычно находится после входного отверстия 2, через которое добавляют ингибитор образования отложений.

Селективный по отношению к ионам кальция/магния электрод 6 соединен с помощью клапана 7 с контуром 16, в который добавляют образцы, отобранные из выходного отверстия 4 и выходного отверстия 5 через клапаны 17 и 18 соответственно.

Модуль для диализа 8 включает выходное отверстие 9 и входное отверстие 10 для деионизированной воды.

Датчик электропроводности 11 соединен с помощью контура 16 с модулем для диализа 8.

К диализированному второму образцу минерализованной воды можно добавить ингибитор образования отложений при известной концентрации с помощью модуля для дозирования 12, который включает насос Р и емкость 13 для ингибитора образования отложений. Модуль для дозирования 12 соединен со смесителем 14 для обеспечения хорошего перемешивания. Смеситель может включать выходное отверстие 15 для опорожнения всего контура 16.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу и устройству определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде. Способ определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде включает проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ: диализированного первого образца минерализованной воды, проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния и анализ диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации и определение концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде на основании указанного анализа, при этом диализированные образцы минерализованной воды получают путем диализа с использованием полупроницаемой мембраны, которая обладает размером пор, равным вплоть до 10000 Да. Техническим результатом является повышение точности определения концентрации ингибитора образования отложений, а также возможность определять концентрацию ингибитора образования отложений по байпасной процедуре. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде, включающий проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ:

а) диализированного первого образца минерализованной воды, проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния,

b) диализированного второго образца минерализованной воды, к которому добавлен ингибитор образования отложений при известной концентрации и определение концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде на основании указанного анализа, отличающийся тем, что диализированные образцы минерализованной воды получают путем диализа с использованием полупроницаемой мембраны, которая обладает размером пор, равным вплоть до 10000 Да.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий проводимый с помощью электрода, селективного по отношению к ионам кальция/магния, анализ

с) диализированного третьего образца необработанной минерализованной воды, который не содержит ингибитор образования отложений.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что минерализованная вода содержит по меньшей мере одну соль, выбранную из группы, состоящей из следующих: соль щелочного металла, соль щелочноземельного металла и их смеси.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что минерализованная вода содержит от 0,001 до 10 мас.% соли.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что ингибитор образования отложений обладает среднечисловой молекулярной массой M_n, находящейся в диапазоне от 200 до 250000 г/моль.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что ингибитором образования отложений является поликарбоновая кислота или фосфонат.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что ингибитором образования отложений является полиакриловая кислота, выбранная из числа следующих: фотополимеры, полученные из моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоты, сополимеры, полученные из моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоты и по меньшей мере одного сомономера, и смеси этих фотополимеров и сополимеров.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ингибитор образования отложений содержит сополимер, полученный из моноэтиленовоненасыщенной монокарбоновой кислоты и по меньшей мере одного сомономера, и что по меньшей мере один сомономер выбран из группы, состоящей из следующих: метакриловая кислота, кротоновая кислота, малеиновая кислота или малеиновый ангидрид, итаконовая кислота, фумаровая кислота, цитраконовая кислота и цитраконовый ангидрид, винилфосфоновая кислота, винилсульфоновая кислота, 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновая кислота (АМПС), производные (мет)акриловой кислоты, (мет)акриламид, винилформамид, (3-метакрилоилокси)пропансульфонат щелочного металла, диметиламиноэтилакрилат, 2-акрилоилоксиэтилтриметиламмонийхлорид, диметиламинометакрилат и (мет)акрилат метилового эфира полиэтиленгликоля.

9. Способ подавления образования отложений в установке, которая содержит минерализованную воду, включающий стадии

x) добавления к минерализованной воде ингибитора образования отложений при необходимой концентрации,

y) определения реальной концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде так, как это определено в любом из пп. 1-8, и

z) добавления к минерализованной воде дополнительного количества ингибитора образования отложений для обеспечения необходимой концентрации.

10. Устройство, предназначенное для определения концентрации ингибитора образования отложений в минерализованной воде с помощью способа, определенного в любом из пп. 1-8, включающее электрод, селективный по отношению к ионам кальция/магния (6), модуль для диализа (8) и модуль для дозирования (12), предназначенный для добавления ингибитора образования отложений ко второму образцу минерализованной воды.