DE975842C - Verfahren zur Verdampfung von mit einem Schaumverhuetungsmittel versetztem Kesselspeisewasser - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verdampfung von mit einem Schaumverhütungsmittel versetztem Kesselspeisewasser Wenn Kesselspeisewasser sich im Kessel ansammelnde, organische oder anorganische Körper enthält, so bilden sich auf Grund der verzögerten Verdampfung des Wassers unzählige Bläschen oder ein Schaum. Dieser Vorgang bewirkt wiederum ein Aufsteigen des Wassers in die Dampfkammer sowie ein Mitreißen des Wassers durch den aus dem Kessel abgezogenen Dampf, was zur Herabsetzung der Dampfqualität, Erhöhung des Schmiermittelverbrauchs der mit dem Dampf betriebenen Maschine und zu Wärmeverlusten infolge der öfter erforderlichen Reinigungen führt.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Verhinderung dieser Schaumbildung dem Wasser komplexe organische Verbindungen beizumischen, die durch Reaktion von Fettsäuren mit Polyalkylenpolyaminen oder anderen Aminoverbindungen erhalten werden.
• Dank ihrer langen Kohlenwasserstoffketten und ihrer polaren Gruppen bewirken diese Verbindun- gen die Bildung einer wasserabstoßenden Oberflächenschicht auf dem Wasser, die die Bildung verhältnismäßig großer Dampfblasen begünstigt.
• Jedoch werden diese Produkte im Kessel sehr rasch zerstört, und zwar durch Verseifung mit den Alkalien, durch Destillation und Verdampfung mit dem Dampf, durch Zersetzung bei hoher Temperatur oder durch Zusammenballung oder Adsorption. Diese Zerstörung setzt die Wirksamkeit dieser Mittel erheblich herab und erfordert eine oftmalige Anwendung der Produkte in großen Mengen.
• Aus der britischen Patentschrift 568 510 sind Kondensationsprodukte von Formaldehyd mit Amiden höhermolekularer Fettsäuren zur Verhütung der Schaumbildung in Kesselspeisewasser bekannt.
• Diese Verbindungen werden jedoch nicht aus Aminen mit 2 bis I8 Kohlenstoffatomen hergestellt.
• In der britischen Patentschrift 602 726 werden schaumhindernde Mittel für Kesselspeisewasser beschrieben, die mehrere hydrophile Gruppen enthalten, welche über nicht mehr als 5 Kohlenstoffatome miteinander verbunden sein können, wobei zumindest zwei der hydrophilen Gruppen einen Kohlenwasserstoffrest mit mindestens I2 Kohlenstoffatomen enthalten.
• Es wurde nun ein Verfahren zur Verdampfung von mit einer geringen Menge eines schaumverhütenden Umsetzungsproduktes zwischen einem Fettsäureamid, dessen Kohlenwasserstoffrest 10 bis 22 Kohlenstoffatome besitzt, und Formaldehyd versetztem Kesselspeisewasser gefunden, bei welchem das zugesetzte Umsetzungsprodukt von einem Fettsäureamid abstammt, welches in bekannter Weise aus der Fettsäurekomponente und einem primären aliphatischen oder aromatischen Amin mit 2 bis I8 Kohlenstoffatomen hergestellt wurde.
• Wenn man z. B. eine höhermolekulare Fettsäure der Formel R CO OH, in welcher R einen Rest mit Io bis 22 Kohlenstoffatomen bedeutet, bei hoher Temperatur mit einem primären Amin der Formel XNHS, in welcher X einen aliphatischen oder aromatischen Rest mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet, umsetzt, so erhält man ein Amid, in dem das eine der am Stickstoffatom befindlichen Wasserstoffatome durch einen Alkyl- oder Arylrest ersetzt ist, entsprechend der folgenden Gleichung: RCOOH + XNH2oRCONHX + H2O Kondensiert man dieses Amid mit Formaldehyd oder einem Formaldehyd abgebenden Körper, so erhält man ein Methylen-Polyamid nach folgender Gleichung: Die Kondensation erfolgt meistens bei hoher Temperatur. Das Endprodukt ist ein hartes, unter den in einem Kessel herrschenden Normalbedingungen unverdampfbares und unzersetzliches Wachs. Es ist schwer verseifbar und schwer hydrolysierbar.
• Beispiele für verwendbare höhermolekulare Fettsäuren sind: Stearinsäure, Erucasäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Olsäure, Palmitinsäure.
• Behensäure und Sebacinsäure.
• Statt von Fettsäuren kann man auch von entsprechenden Fettkörpern, wie Stearin, Tallöl, Talg.
• Lanolin oder Rizinusöl, ausgehen.
• Beispiele für primäre Amine sind aliphatische Amine, wie Äthylamin, Äthylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin oder Äthanolamin oder aromatische Amine, wie Phenylendiamin, Toluidin, Benzidin oder Naphtylamin.
• Die neuen Verbindungen weisen eine große Oberflächenwirksamkeit auf. Sie besitzen die für die Bildung einer wasserabstoßenden Oberflächenschicht auf dem Wasser unbedingt erforderlichen langen Kohlenwasserstoffketten, welche die Oberflächen des Kessels und der verschiedenen darauf adsorbierten Körper ebenfalls wasserabstoßend machen. Gleichzeitig besitzen sie die wasseranziehenden polaren Gruppen, welche die Phasentrennung und die Bildung von verhältnismäßig großen Dampfblasen in geringer Anzahl und damit die wichtigsten Voraussetzungen für die Verhinderung von Schaumbildung begünstigen.
• Bei einem Vergleich der erfindungsgemäß verwendeten Produkte mit den bekannten Mitteln zeigen sich die ersteren in ihren schaumverhütenden Eigenschaften eindeutig überlegen. Man benötigt von den neuen Mitteln eine geringere Menge um das Schäumen des Wassers zu unterdrücken, und die schaumhindernde Wirkung hält länger an als bei Verwendung der bekannten Mittel.
• So wurde beispielsweise im Laboratoriumsversuch die Wirksamkeit der Schaumverhütungsmittel der Beispiele 2 und 3 der britischen Patentschrift 568 510 mit derjenigen des Mittels des Beispiels I nach der Erfindung verglichen.
• Als zu behandelndes Medium wurde ein Kesselspeisewasser mit starker Neigung zum Schäumen aus folgenden Bestandteilen hergestellt: Natriumsulfat ................. 48 g Kaustische Soda ................ 46 g Natriumligninsulfonat 1 g Arabisches Gummi ............. 1 g Natriumcarbonat 4 g Destilliertes Wasser ............ 8000 g Die Versuche wurden in folgender Weise durchgeführt: Das Kesselspeisewasser wurde bis zur Schaumbildung zum Kochen gebracht und dann das Schaumverhü,tungsmittel in der für die Unterdrückung des Schaums notwendigen Menge zugesetzt. Die notwendige Menge und die Wirkungsdauer des Schaumverhütungsmittels wurden festgestellt.
• Vor jeder Wiederholung des Versuches mit einem anderen Schaumverhütungsmittel wurde der Kochkessel völlig und mehrere Male sorgfältig mit destilliertem Wasser gereinigt.
• Folgende Ergebnisse wurden erzielt:

  Benötigte Zu- Wirkungs-

  satzmenge des dauer

  Saumverhü- des dauer

  Schaumverhütungsmittel tungsmittels Sdiaum-

  zur Beendigung mittels

  desSchäumens

  (mg/l) (Sekunden)

  Mittel gemäß Beispiel 2

  der britischen Patent-

  schrift 568 mio 2,0 z,o 50

  Mittel gemäß Beispiel 3

  der britischen Patent-

  schrift 568 mio 3,5 25

  Mittel gemäß Beispiel I

  nach der Erfindung . . 0,2 3600

  Die Tabelle zeigt, daß die bekannten Mittel zur Unterdrückung des Schaumes in I0- bis I7facher Menge, verglichen mit der benötigten Menge eines Mittels nach der Erfindung, zugesetzt werden müssen. Trotzdem ist die Wirkungsdauer der neuen Mittel ein Vielfaches länger.
• In gleicher Weise sind die neuen Mittel den aus aus der britischen Patentschrift 602 726 bekannten Produkten überlegen.
• Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Schaumverhütungsmitteln, bei deren Herstellung man von Stearinsäure, Formaldehyd und Hexamethylen- oder Metaphenylendiamin oder ,3-Naphthylamin ausgeht.
• Die neuen Verbindungen können beispielsweise in Pulverform, in organischer, z. B. alkoholischer Lösung oder kolloidal-wäßriger Suspension. insbesondere unter Zusatz von Tanninen oder Natriumcarbonat, verwendet werden.
• Beispiel I In einem mit einer mechanischen Vorrichtung, einem Thermometer, einem Kondensator und einer Vakuumdestilliervorrichtung versehenen Ballon von 500 cm3 schmilzt man 70 Teile Stearinsäure und gießt dann 35 Teile Phosphorchlorid, Pol3, zu; man läßt 30 Minuten in einem Ölbad sieden und erhält so Stearoylchlorid.
• Man destilliert im Vakuum bei 1250 C, um die Salzsäure zu vertreiben. Man hört auf zu erhitzen, wenn sich kein Gas mehr entwickelt. In diesem Augenblick fügt man 14,5 Teile Hexamethylendiamin hinzu und erhitzt ungefähr 4 Stunden bei 1500 C. Man führt die Umsetzung unter sehr geringem Vakuum durch, um die Entfernung der Salzsäure zu erleichtern. Darauf gibt man in den Ballon 45 Teile Paraformaldehyd oder irgendeinen anderen, bei hoher Temperatur Formaldehyd abgebenden Körper. Die Temperatur wird ungefähr 2 Stunden auf über 2000 C gehalten. Man fiihrt die Umsetzung im Vakuum zu Ende, um die letzten aus der Kondensation herrührenden Wasserspuren zu entfernen. Das Endprodukt ist wahrscheinlich ein Methylen-Polyamid des Stearoylhexamethylendiamins.
• Die Kondensationsreaktion zwischen dem Amin und dem Aldehyd geht wahrscheinlich nach dem Schema der Abb. I der Zeichnung vor sich.
• Um eine homogene und stabile kolloidale Suspension zu erhalten, genügt es, das Amid zunächst in der erforderlichen Menge eines mit Wasser mischbaren Alkohols aufzulösen und diese Lösung dann heiß mit einer wäßrigen Lösung eines Gerbstoffs oder von Natriumcarbonat zur Erhöhung der Stabilität der Suspension zu mischen.
• Bei einem qualitativen Versuch auf einer Lokomotive, die mit Wasser gespeist wurde, das offensichtlich vom Dampf mitgerissen wurde, erwiesen sich von dem pulverförmigen Produkt 0,2 g/m3 verbrauchten Wassers als wirksam.
• Beispiel 2 In einem wie im Beispiel 1 ausgestatteten Ballon von 750 cm3 schmilzt man 200 Teile Stearinsäure; nach Vermindern der Temperatur auf 500 C fügt man 100 Teile Thionvlchlorid hinzu und läßt bei dieser Temperatur 30 Minuten sieden, dann treibt man das überschüssigeThionylchlorid durch Destillation im Vakuum bei 1000 C ab. Hierauf gießt man in So Teilen Toluol gelöste 25 Teile Metaphenylendiamin in den Ballon. Man erhöht die Temperatur vorsichtig auf 15o0C, um das Toluol ahzudestillieren. und hält diese Temperatur ungefähr 5 Stunden aufrecht; ein geringes Vakuum begünstigt die Austreibung der letzten Spuren des Lösungsmittels.
• Wenn die Umsetzung beendet ist, fügt man 60 Teile Hexamethylentetramin oder irgendeinen Formaldehyd abgebenden Körper hinzu, wie Paraformaldehyd oder Trioxymethylen. Die Kondensation wird ungefähr 3 Stunden bei über 2000 C durchgeführt. Das Endprodukt ist ein hartes Wachs, das in erheblichem Grade schaumhindernd wirkt. Es ist chemisch sehr stabil, man kann es unter denselben Bedingungen, wie im Beispiel I erläutert, in eine alkoholische Lösung oder eine kolloidale Suspension in Wasser überführen.
• Die endgültige Kondensationsreaktion kann vielleicht durch das Schema der Abb. 2 der Zeichnung dargestellt werden.
• Bei einem qualitativen Versuch auf einer Lokomotive, deren Dampf infolge ihrer Speisung mit an anorganischen Stoffen und Salzen reichem Wasser letzteres mitriß, haben sich von dem pulverförmigen Produkt 0,3 bis 0,5 g/m3 Wasser während eines 5tägigen Dauerbetriebs als wirksam erwiesen.
• Man kann auch zwei Stearoylchloridinoleküle mit einem Metaphenylendiaminmolekül umsetzen und auf diese Weise ein Distearamid statt des oben beabsichtigten Tristearamids erzeugen. In diesem Fall weist das Kondensationsprodukt mit dem ForinaJdehyd eine andere Zusammensetzung auf, aber seine schaumhindernden Eigenschaften sind ebensogut.
• Beispiel 3 In einem wie in den vorangehenden Beispielen ausgestatteten Ballon von 500 cm3 wandelt man I43 Teile Stearinsäure mittels Thionylchlorid in Stearoylchlorid um und fügt dann 72 Teile jB-Naphthylamin hinzu. Man führt die Umsetzung 6 Stunden bei 1500 C durch. Hierauf wird das Amid mit 40 Teilen Paraformaldehyd kondensiert, um das Methylen-Polyamid des Stearoyl-,B-naphthylamins zu bilden. Man kann diese Kondensation wahrscheinlich durch die in Abb. 3 der Zeichnung schematisierte Reaktion darstellen.
• PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Verdampfung von mit einer geringen Menge eines schaumverhütenden Umsetzungsproduktes zwischen einem Fettsäureamid, dessen Kohlenwasserstoffrest IO bis 22 Kohlenstoffatome besitzt, und Formaldehyd versetztem Kesselspeisewasser, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Umsetzungsprodukt von einem Fettsäureamid abstammt, welches in bekannter Weise aus der Fettsäurekomponente und einem primären aliphatischen oder aromatischen Amin mit 2 bis IS Kohlenstoffatomen hergestellt wurde.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Schaumverhütungsmittel ausgehend von Hexamethylendiamin, Stearinsäure und Formaldehyd hergestellt wurde.

   3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Schaumverhütungsmittel ausgehend von Metaphenylendiamin, Stearinsäure und Formaldehyd hergestellt wurde.

   4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Schaumverhütungsmittel ausgehend von fl-Naphthylamin, Stearinsäure und Formaldehyd hergestellt wurde.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 602 726, 568 5Io.