本发明专利技术涉及由聚氨基酸和阴离子羧酸聚合物组成的协同共混物。该共混物能有效地稳定导致在蒸发系统内形成结垢的钙盐。该共混物在诸如糖和生物精炼的许多蒸发系统内的酸性高导电性水中显示出高水平的有效性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求2014年3月6日提交的第61/948,829号美国临时申请的权益，并将其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于控制含水系统内的结垢的包含聚氨基酸和阴离子羧酸聚合物的组合物，所述含水系统例如在受管制的(regulated)市场上发现的诸如热交换器和蒸发设备。本专利技术还涉及用于去除、清洗、预防和/或抑制含水系统形成结垢的方法，例如钙、镁、草酸盐、硫酸盐和磷酸盐结垢。由于其高导电率、高不溶物水平以及低pH值区，这些系统具有独特的需求。
技术介绍
结垢形成主要发生于含水系统中的在工艺的过饱和条件下存在的溶解无机盐。当在换热设备内加热或冷却水时形成盐，所述换热设备例如热交换器、冷凝器、蒸发器、冷却塔、锅炉和管道壁。通过在界面积累不希望有的固体材料，温度或pH的变化导致结垢(scale)或污垢(fouling)。加热表面上结垢的积累引起传热系数随着时间下降，并且在严重污垢下最终会导致不能实现生产率。最后，唯一的选择往往是关闭工艺并进行清理。这需要在生产中停机以及使用腐蚀性酸和螯合剂。结垢造成的经济损失是涉及换热设备的所有行业的最大问题之一。结垢造成设备故障、生产损失、昂贵的维修、较高的运营成本以及停工维修。为了预防结垢，在该领域中通常使用多种阻垢剂，以预防、延迟、抑制或以其他方式控制结垢过程。即使当添加剂以非常低的浓度存在时，阻垢剂的存在也可能对成核、晶体生长速度和形态具有显著效果。然而，这些效果是不容易预测的，因为pH、温度或结垢类型的细微变化可能产生显著的影响。在食品和饮料行业中(例如啤酒、葡萄酒(wine)、浓缩利口酒(concentrate liqueur)、蔬菜汁、果汁、燃料乙醇和糖加工)，更常见的结垢成分之一是草酸钙。草酸盐是植物生命的天然成分，并且可以高水平存在。在加工过程中，草酸盐被提取并成为工艺用水的一部分。在蒸发器内，少量的草酸盐变得浓缩，并且在过饱和时开始结垢。在实验室中，我们已发现百万分之75-100(ppm)之间的钙水平足以造成草酸盐结垢的沉淀。也称为酒石的草酸钙与二氧化硅是在糖厂中的蒸发过程的后期阶段中形成的复合结垢的主要成分，并且形成通过机械或化学方法最难以去除的结垢之一。由于沉积物的顽固性，结垢的去除既昂贵又耗时。处理蒸发系统内的钙结垢的已知方法包括很多螯合机制。最常用的一直是含有羧酸的聚合物、含膦酸盐的聚合物、诸如乙二胺四乙酸(EDTA)的螯合剂或者诸如柠檬酸的小分子有机酸。聚天冬氨酸也已经用于一些应用中。在一些情况下，这些材料被共混以提高性能。膦酸盐和聚羧酸盐(US 4575425)；柠檬酸、葡萄糖酸和葡萄糖酸内酯的共混物(US 3328304)；聚丙烯酰胺和藻酸盐或膦酸盐(US 3483033)；膦酸和EDTA(US 20100000579 A1)；包括EDTA的螯合剂共混物(WO 2012/142396 A1)以及羟基羧酸与柠檬酸(US 20120277141 A1)。许多这些组合物被证明在一定程度上是有效的，但常常需要高剂量或者对于食品和饮料产品不具有合适的监管部门的批准材料。聚天冬氨酸已经显示出在糖应用中抑制钙结垢的一定水平的效力，但需要合成改性以获得更高的性能(US 5747635)。聚丙烯酸盐也已经应用于类似结垢(US 4452703)。这些材料的使用被限制以造成非常低的3.6-5.0ppm残渣的剂量。在大结垢应用中，在如此低的剂量下，这些材料显得不够有效。此前，聚天冬氨酸已经显示出与膦酸化阴离子共聚物的协同作用。这种协同作用局限于冷却塔水和磷酸盐结垢(US 6207079 B1，US 6503400 B2)。这些系统与当前应用的不同在于：'079与'400专利中存在的盐的水平明显较低，pH值较高，并且仅对于磷酸盐显现出意想不到的改进。在受管制的食品和饮料市场上，蒸发过程必须解决从约10,000微秒/厘米(μS/cm)至约20,000μS/cm的高导电率。pH范围可以从约2.0(柠檬/酸橙、蓝莓、葡萄酒、酸果蔓)至约9.0(牛奶、糖)，并且具有高固体水平(>10％)。冷却水通常远低于8,000μS/cm，并且pH>7.2。植物物质往往可以带来高水平的磷酸盐和硫酸盐，高达约10,000-20,000ppm，并且有显著含量的通常在其他循环水系统内不以如此高水平存在的钙、镁和其他金属。利用本聚合物处理将具有尽量减小能量的使用、提高生产率、减少用于清洗的时间和化学物质的益处，并且由此减少了停机和停工的需要。本聚合物处理的另一个益处是减少热交换器和蒸发器的维护。该组合物在预防其他结垢和沉积物形成方面还具有增强的性能。沉积物形成是当一种类型的结垢与另一种结合而形成更大的沉积物时经常可能发生的复杂过程。通过抑制草酸盐结垢，可以预期到减少例如沥青和粘性物的有机沉积物以及诸如硅酸盐的无机结垢的益处。已经显示，聚天冬氨酸在宽应用范围内也表现出腐蚀抑制性质。相比单独使用聚丙烯酸盐，该组合物的这种附加的益处可以进一步减少维修费用和相关的停工时间。
技术实现思路
本专利技术涉及包含聚天冬氨酸和阴离子羧酸聚合物的组合物。该组合物能够有效地稳定导致在蒸发系统内形成结垢的钙、镁、草酸盐、硫酸盐和磷酸盐。该组合物显示出在许多蒸发系统，例如糖、生物精炼和其他受管制的系统中高导电性水中的高功效水平。通过一起反应来抑制结垢的形成，本组合物提供盐的稳定化，例如钙、镁、草酸盐、硫酸盐和磷酸盐；预防污染物的增长并且作为分散剂。具体地，在糖加工、生物精炼、利口酒和啤酒、水果和蔬菜汁以及乳制品如牛奶涉及的蒸发阶段或者其他加工中通常存在的高水平的硫酸盐、磷酸盐、镁和其他阳离子和阴离子的存在下，所述组合物能够稳定草酸钙并且预防水垢的形成。本专利技术的方法包括用符合法规要求的使用剂量的比率的a)低分子量聚丙烯酸以及b)聚天冬氨酸来处理含水系统。本专利技术的组合物被认为是协同增效的，因为虽然这些材料都没有显示出单独在已批准的调节水平下是有效的盐稳定剂，其中聚丙烯酸盐和聚天冬氨酸盐的共混物得到出乎意料的性能水平，且优于任何一种单独的聚合物。与根据每种材料单独的性能可以预期的相比，这些共混物更能稳定钙、草酸盐和磷酸盐结垢。由于已知聚天冬氨酸是可生物降解的，并且已知其是腐蚀抑制剂，聚丙烯酸盐/聚天冬氨酸盐共混物比许多其他现有共混物更加有利。术语共混物与预混合可以互换使用，并且用于表示聚丙烯酸盐和聚天冬氨酸盐在被加入含水系统之前被混合在一起。然而，只要聚丙烯酸盐和聚天冬氨酸盐彼此有共同的停留时间，聚丙烯酸盐和聚天冬氨酸盐可以在不同加入点同时或顺序地加入所述系统。所述组合物的一个方面是：所述组合物的组分被管理委员会认为是安全的，从而其不会损害产品的潜在最终用途。受管制的产品可以被人类或牲畜食用，并且化学添加剂的存在不能干扰所述产品或诸如干酒糟的副产品的用途或最终用途。本专利技术还涉及用于去除、清洗、预防和/或抑制结垢形成的方法，所述结垢例如钙、镁、草酸盐、硫酸盐和磷酸盐结垢，所述方法包括将聚丙烯酸盐和聚天冬氨酸盐加到含水系统。所主张的另外的目的、优点以及特征将在下面的描述中得以阐述，并且在阅读下文时部分地将对本领域技术人员变得显而易见，或者部分地可以通过本技术的实践而获知。在此公开和要求保护的本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于控制、预防和/或抑制在含水系统内形成结垢和/或沉积物的方法，其包括：向所述含水系统添加包含a)聚天冬氨酸和b)阴离子羧酸聚合物的组合物；其中所述聚天冬氨酸和羧酸聚合物可以预混合地、同时或顺序地加入到所述含水系统中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.06 US 61/948,8291.用于控制、预防和/或抑制在含水系统内形成结垢和/或沉积物的方法，其包括：向所述含水系统添加包含a)聚天冬氨酸和b)阴离子羧酸聚合物的组合物；其中所述聚天冬氨酸和羧酸聚合物可以预混合地、同时或顺序地加入到所述含水系统中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚天冬氨酸和所述羧酸聚合物在添加到所述系统之前预混合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结垢和/或沉积物是钙、镁、草酸盐、硫酸盐和磷酸盐。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中钙和/或镁结垢来自于草酸盐、碳酸盐和硅酸盐。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中所述组分(a)与所述组分(b)的固体重量比是约1:10至10:1。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述组合物的组分b)选自均聚物、共聚物、三元共聚物和四元共聚物中至少之一。7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述组合物的组分b)选自丙烯酸/磺酸聚合物、丙烯酸/马来酸共聚物、膦基羧酸、丙烯酸/马来酸/磺化苯乙烯、丙烯酸/乙氧基化物/丙烯酰胺、马来酸/丙烯酸乙酯/乙酸乙烯酯及其混合物。8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中所述组合物的组分a)具有约500至约10,000的平均分子量。9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中基于活性物，添加到所述含水系统的所述组合物的浓度是约0.1ppm至约500ppm。10.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·弗洛肯，J·C·亨德森，C·默林，
申请(专利权)人：索理思科技开曼公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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