ПРИМЕНЕНИЕ АЛКАНСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ ЧИСТКИ В САХАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
USE OF ALKANESULPHONIC ACID FOR CLEANING IN SUGAR INDUSTRY

Настоящее изобретение относится к сфере сахарной промышленности, более конкретно, к чистке установок, содержащих реакторы, испарители, контейнеры, клапаны, шланги, трубопроводы и др., применяющихся при производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.
При получении сахара из растений в сахарной промышленности применяются испарители для сгущения сока. Со временем в ходе этого сгущения появляются отложения. Накопление этих отложений может вызвать нарушения в процессах теплообмена и даже воспрепятствовать некоторым процессам теплообмена, что может привести к очень серьезным экономическим последствиям.
Таким образом, необходимо удалять такие отложения, когда они становятся слишком значительными и в конечном счете могут привести к снижению производительности. Эти стадии очистки заставляют останавливать производство и, следовательно, должны быть как можно короче при сохранении, разумеется, максимально возможной эффективности.
Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol.
22
В настоящее время эти отложения удаляют чаще всего химическим путем, с помощью хелатообразующих агентов, таких как натриевая соль EDTA, как описано, например, в заявке WO2003/106735, или в кислой среде, например, используя соляную кислоту, а также сульфаминовую или серную кислоту, как описано, например, в "Chemical cleaning of sugar mill evaporators", W.O.S. Doherty, , (2000), , 341-346.
et al.
Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., (2010),
, 1-12.
27
Эти отложения, встречающиеся в сахарной промышленности, обычно представляют собой что-то типа накипи, образованной из различных компонентов, в том числе солей, таких, как карбонат кальция, оксалат кальция, оксиды железа, фосфаты кальция, гидроксиапатит и аконитат, чаще всего кальция и/или магния, как написано в статье "Development of descriptor tools for the characterization of Australian sugar mill evaporator scale", D.W. Rackemann ,
Проблемой, с которой сталкиваются при очистке этого типа накипи, является большая сложность растворения солей аконитовой кислоты, или аконитатов. Аконитовая кислота эквивалентна дегидратированной лимонной кислоте и находится преимущественно в транс-форме в сахаре тростника и свеклы. Аконитовая кислота находится в основном в виде трикальциевых солей и смешанных дикальциевых и магниевых солей, не выпускаемых промышленно.
.
ibid
Однако даже сегодня в литературе мало описаны проблемы, связанные со сложностью солюбилизации аконитатов, одним примером является удаление этих солей путем промывки раствором хелатообразующего агента, такого как соли EDTA, как сообщалось ранее (см WO2003/106735 или "Development of descriptor tools for the characterization of Australian sugar mill evaporator scale", D.W. Rackemann et al, ., так что специалист в настоящее время знает только об эффективности солей EDTA для удаления отложении в сахарной промышленности.
Однако в настоящее время считается, что EDTA может представлять опасность для окружающей среды, в частности, водной среды, когда она используется как исходный материал для детергентов. Кроме того, биоразлагаемость EDTA составляет менее 10% (см. Отчет Европейского Союза по оценке риска, этилендиаминтетрауксусной кислоты European Union Risk Assessment Report, edetic acid (EDTA), PL-1, 49, (2004)).
Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol.
22
Однако согласно работам, цитируемым в статье "Chemical cleaning of sugar mill evaporators W.O.S. Doherty, , (2000), , 341-346, сообщается, что разбавленные кислоты, такие как сульфаминовая кислота, соляная кислота и серная кислота, позволяют медленное воздействие на соли аконитовой кислоты.
Однако, несмотря на свою эффективность, соляная кислота (HCl) имеет множество недостатков, из которых можно назвать выделение токсичных, зловонных, раздражающих и слезоточивых паров, а также проблемы с отходами из-за больших количеств хлоридов, сбрасываемых в окружающую среду.
Кроме того, из-за химической природы HCl ее концентрация ограничена значениями примерно 37%, хотя может быть интересным и даже желательным иметь намного более высокие концентрации кислот, чтобы удалять, в частности, все отложения, которые скапливаются при получении сахара.
Серная кислота в промышленности используется мало, в частности, из-за ее коррозионных свойств. Аналогично, сульфаминовая кислота, отходы которой считаются вредными для окружающей среды, в частности, для водных организмов, не может широко применяться в промышленном масштабе.
Можно было бы использовать и другие кислоты, как, например, фосфорная кислота, однако ее фосфатные отходы создают большие проблемы для окружающей среды. Действительно, использование фосфорной кислоты в настоящее время является более чем спорным из-за порождаемых ею фосфатных отходов.
Предлагалось также использовать органические кислоты, такие, например, как уксусная, лимонная, щавелевая, гликолевая, молочная, муравьиная и т.д. Однако их кислотность меньше, чем у вышеназванных минеральных кислот, их эффективность ниже и требует использования более значительных количеств продуктов.
Кроме того, некоторые из указанных выше кислот находятся в твердой форме, что затрудняет обращение и приготовление рецептур (пылевидные порошки), поэтому эти кислоты не являются предпочтительными для использования в настоящем изобретении. Кроме того, некоторые из этих органических кислот считаются вредными. Это относится, в частности, к щавелевой кислоте и гликолевой кислоте.
.
110
Работы D.W. Rackemann и др(Enhanced performance of caustic soda used for the removal of scale in sugar mill evaporators, International Sugar Journal, (2008), , 344-349) указывают, что гидроксид натрия не эффективен для растворения кальциевых солей, в том числе аконитата кальция. Кроме того, после промывки гидроксидом натрия необходимо проводить промывку кислотой (фосфорной, муравьиной, сульфаминовой, серной, соляной кислотой). Однако этот способ является малоэффективным, поскольку остатки гидроксида натрия нейтрализуют кислоту, поэтому советуется заменить кислоту на EDTA.
Таким образом, подходящей композицией, как представляется, является композиция, содержащая 13% гидроксида натрия, 10% EDTA и 2% глюконата натрия. Однако EDTA не является тем продуктом, который можно продолжать использовать, в частности, по причинам, изложенным выше.
Таким образом, остается потребность в продуктах, композициях и способах, позволяющих избавиться от перечисленных выше недостатков, в частности, потребность в кислотах, позволяющих эффективно удалять отложения, наблюдаемые в установках, применяющихся для производства сахара, в частности, из натуральных растительных материалов, более конкретно из сахарного тростника или сахарной свеклы, и в более общем смысле, в установках, применяющихся в процессах, включающих по меньшей мере один этап выпаривания воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну способную осаждаться соль аконитовой кислоты.
Остается, в частности, особая потребность в продуктах, композициях и способах, позволяющих быстро и эффективно растворить соли аконитовой кислоты, в частности, магниевые и/или кальциевые соли аконитовой кислоты, без вреда для окружающей среды, то есть потребность в продуктах, композициях и способах, которые соответствуют действующим экологическим и трудовым стандартам и которые не имеют недостатков, связанных, в частности, с выделением раздражающих газов, обусловленным применением соляной кислоты, или связанных с коррозионным воздействием, в частности, серной кислоты.
Таким образом, первой целью настоящего изобретения является предложить продукты и композиции, эффективные, в частности, для растворения солей аконитовой кислоты, а в более широком смысле предложить способы очистки от отложений, встречающихся в установках по производству сахара, в частности, в сахарной промышленности.
Другой целью настоящего изобретения является предложить эффективную альтернативу кислотам, применяющимся в настоящее время в этой области, избегая экологически вредных выбросов и отходов, а также выделений токсичных и зловонных газов.
Другие цели и преимущества выявятся в ходе нижеследующего описания настоящего изобретения, которое позволяет достичь, полностью или по меньшей мере частично, указанных выше целей. Действительно, авторы заявки неожиданно обнаружили, что можно эффективно удалить твердые отложения, содержащие по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, без необходимости использовать EDTA, соли EDTA или сильные органические кислоты, известные из уровня техники.
В дальнейшем описании под термином "очистка" понимается удаление и/или растворение отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, предпочтительно соль кальция и/или магния, причем это удаление может быть частичным или полным, предпочтительно полным, без проявления указанных выше недостатков, в частности, недостатков в отношении окружающей среды, недостатков, связанных с выделением газов и др., как будет описано ниже.
Итак, было обнаружено, что используя композицию на основе по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты, можно эффективно удалять твердые отложения, содержащие по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, обычно встречающиеся в промышленных областях, где осуществляют по меньшей мере один этап выпаривания воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну способную осаждаться соль аконитовой кислоты.
В частности, эффективность композиций на основе по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты по меньшей мере равна и даже лучше, чем у соляной кислоты, обычно использующейся в этой области, или чем у солей этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA).
Преимуществом алкансульфоновых кислот является, с одной стороны, то, что они менее едкие, чем соляная кислота, не образуют хлоридов, являются биоразлагаемыми и не выделяют токсичных или зловонных продуктов, а также являются меньше загрязняют окружающую среду, чем фосфорная кислота, выделяющая в окружающую среду фосфаты. Кроме того, алкансульфоновые кислоты можно использовать в более концентрированной форме, чем соляную кислоту.
Как уже указывалось, применение настоящего изобретения представляет особый интерес для областей промышленности, где осуществляют по меньшей мере один этап выпаривания воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, способную осаждаться, в частности, при производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.
Действительно, композиции на основе алкансульфоновых кислот, гораздо легче в применении и обращении, чем продукты и композиции, обычно использующиеся для очистки от твердых отложений, содержащих соли аконитовой кислоты. Действительно, применение композиций на основе алкансульфоновой кислоты или кислот совсем не приводит к выделению или приводит лишь к незначительному выделению токсичных, раздражающих или слезоточивых газов.
3
Таким образом, согласно первому аспекту, настоящее изобретение относится к применению по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты формулы R-SOH, где R означает насыщенную, линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 1 до 4 атомов углерода, для очистки от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты.
Как указано выше, этот тип твердых отложений обычно встречается в промышленных областях, где применяется по меньшей мере один этап выпаривания воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, которая способна осаждаться, в частности, в производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.
Таким образом, изобретение относится к применению по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты в качестве активного соединения для очистки от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, причем указанные твердые отложения обычно встречаются в областях промышленности, где осуществляют по меньшей мере один этап выпаривания воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, способную осаждаться, в частности, при производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.
Более конкретно, изобретение относится к применению по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты для очистки поверхностей, загрязненных твердыми отложениями, содержащими по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, на любых типах поверхностей.
Еще более конкретно, настоящее изобретение предлагает композицию, подходящую, в частности, для использования вместо соляной кислоты для очистки от отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, проще называемую ниже в описании "аконитатом", причем указанная композиция содержит по меньшей мере одну алкансульфоновую кислоту, которая является биоразлагаемой кислотой, малотоксичной, не выделяющей или выделяющей мало раздражающих или слезоточивых газов, не образующей экологически вредных отходов и которую можно использовать в более концентрированной форме, чем соляную кислоту.
Аконитаты, в частности, аконитаты, встречающиеся в сахарной промышленности, хорошо известны специалисту, они приводят, в частности, после большого числа циклов выпаривания водных растворов сахара, к образованию твердых отложений, более или менее плотных. Преимущественно встречаются аконитаты кальция и/или магния, они могут присутствовать в твердых отложениях в сочетании с другими солями. В качестве иллюстративных примеров других солей, которые могут присутствовать в твердых отложениях, можно назвать, без ограничений, карбонаты, как карбонат кальция, фосфаты как трикальцийфосфат, гидроксиапатит, оксалаты, как оксалат кальция, сульфаты, как сульфат кальция, оксиды железа и др.
Применение настоящего изобретения позволяет очистить от аконитатов и, в более широком смысле, от отложений, содержащих по меньшей мере один аконитат, которые могут присутствовать на любых типах поверхностей, в частности, твердых поверхностей, в частности, металлических (железо, алюминий, сталь и др.), деревянных, полимерных (пластмасса, краски, лаки, глазурь), стеклянных, каменных, керамических, фарфоровых, терракотовых и др.
В контексте настоящего изобретения под "очисткой" понимается чистка, травление любых типов поверхностей, какие указаны выше, загрязненных, замазанных, покрытых, полностью или частично, остатками, окалиной, отложениями, сухими или еще влажными, образованными в ходе получения продуктов, производимых из растений, в частности, из сахарного тростника или сахарной свеклы, путем устранения, растворения указанных остатков, окалины и вообще отложений.
Как указывалось выше, термин "очистка" охватывает также частичное или полное удаление твердых отложений, содержащих по меньшей мере один аконитат, которые могут затвердеть непредвиденным, неожиданным или нежелательным образом, в установках, содержащих реакторы, испарители, контейнеры, клапана, шланги, трубопроводы и др., использующиеся в производстве сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла, и которые обычно удаляют/устраняют другими химическими и/или механическими средствами, такими, как щетки, мастерки, совки, кирки, молотки, отбойные молотки и др.
3
В настоящем изобретении под алкансульфоновой кислотой предпочтительно имеются в виду алкансульфоновые кислоты формулы R-SOH, где R означает насыщенную, линейную или разветвленную углеводородную цепь, содержащую от 1 до 4 атомов углерода.
Алкансульфоновой кислоты, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, предпочтительно выбраны из метансульфоновой кислоты, этансульфоновой кислоты, н-пропансульфоновой кислоты, изопропансульфоновой кислоты, н-бутансульфоновой кислоты, изобутансульфоновой кислоты, втор-бутансульфоновой кислоты, трет-бутансульфоновой кислоты и смесей двух или более из них в любых пропорциях.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, алкансульфоновая кислота, используемая в рамках настоящего изобретения, является метансульфоновой кислотой или этансульфоновой кислотой, в высшей степени предпочтительно использовать метансульфоновую кислоту.
Таким образом, в применении согласно настоящему изобретению предполагается использование по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты, выбранной из алкансульфоновых кислот с линейной или разветвленной цепью, содержащей от 1 до 4 атомов углерода, предпочтительно используется по меньшей мере одна метансульфоновая кислота (AMS).
Указанная, по меньшей мере одна, алкансульфоновая кислота, подходящая для применения в рамках настоящего изобретения, может использоваться самостоятельно или в сочетании с одним или несколькими другими компонентами, то есть в виде комбинации. Годятся любые типы композиций, содержащие по меньшей мере одну алкансульфоновую кислоту. Как общее правило, композиция содержит от 0,01 до 100 вес.% алкансульфоновой кислоты, более конретно от 0,05 до 90 вес.%, в частности, от 0,5 до 75 вес.%, включая границы, алкансульфоновой кислоты или кислот, от полного веса указанной композиции.
Композиция является, например, водной, органической или же водно-органической. Композиция может быть приготовлена в виде концентрированной смеси, при этом указанная концентрированная смесь может разбавляться конечным потребителем. Как вариант, композиция может быть также композицией, готовой к применению, то есть она не нуждается в разбавлении. Наконец, в контексте настоящего изобретения композиция может представлять собой чистую алкансульфоновую кислоту или смесь чистых алкансульфоновых кислот, то есть композиция может содержать только одну или несколько алкансульфоновых кислот, без других добавок в композицию или без другого растворителя или разбавителя.
Концентрация алкансульфоновых кислот в композиции зависит от многих факторов, из которых можно назвать количество отложений, которое подлежит удалить, природу и форму очищаемой поверхности, температуру нанесения композиции и др. Специалист сможет без чрезмерных усилий подобрать подходящую концентрацию кислоты в композиции.
Так, предпочтительны концентрированные растворы, например, концентрацией 60-100%, предпочтительно примерно 70-100 вес.% алкансульфоновой кислоты или кислот, от полного веса указанной композиции, когда желательно удалить значительные количества отложений, или когда поверхности материалов малочувствительны к воздействию кислот. Менее концентрированные растворы, концентрацией от 0,01% до 60%, предпочтительно от 0,05% до 50%, предпочтительны для удаления менее значительных количеств отложений, или для очистки от еще влажных отложений, и/или для очистки поверхностей, чувствительных к воздействию кислот.

Можно, например, использовать метансульфоновую кислоту в водном растворе, выпускаемую в продажу фирмой Arkema под наименованием Scaleva, или же выпускаемую фирмой BASF под наименованием Lutropur, готовую к применению или разбавляемую водой в указанных выше пропорциях.
Помимо одной или нескольких алкансульфоновых кислот, композиция, используемая в настоящем изобретении, факультативно может содержать одну или несколько добавок, хорошо известных специалисту, как добавки, выбранные из:
- растворителей, гидротропных и солюбилизирующих агентов (например, спирты, сложные эфиры, кетоны, амиды и др.),
- биоцидов, дезинфицирующих средств (бромуксусная кислота, перуксусная кислота, перекись водорода и др.),
- регуляторов реологических свойств, или текстурирующих агентов, или загустителей или гелеобразующих (сахара, полисахариды, альгинаты, оксид кремния, аморфный оксид кремния, смолы и др.),
- органических или неорганических кислот (например, серная, фосфорная, азотная, сульфаминовая, уксусная, лимонная, муравьиная, молочная, гликолевая, щавелевая и др.),
- солей щелочных, щелочноземельных металлов, в частности, фторидов, хлоридов, йодидов, бромидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, предпочтительно хлоридов и фторидов, более предпочтительно фторидов, в частности, фторидов натрия или кальция,
- антипиренов,
- консервантов,
- анионных, катионных, неионных или амфотерных поверхностно-активных веществ (ПАВов) (таких, как спирты и/или этоксилированные амины, алкил- и/или арилсульфонаты), эмульгаторов, детергентов, мыл и др.;
- пенообразователей, пеногасителей,
- антифризов (например, этиленгликоль, пропиленгликоль и др.);
- красителей,
- ингибиторов коррозии,
- красителей,
- ароматизаторов, одорантов,
и других добавок, известных специалисту.
Композиция в водной форм особенно выгодна в способах, называемых "чистка на месте" (или cleaning in place, или же CIP по-английски).
Кроме того, использование алкансульфоновых кислот, в частности, метансульфоновой кислоты, позволяет контролировать содержание кислоты, чтобы можно было лучше подобрать кислотность чистящего раствора для оптимальной очистки реакторов, шлангов, испарителей и т.д. Этот контроль содержания кислоты можно реализовать любым известным способом, например, через электропроводность.
Согласно одному варианту, композиция находится в форме геля. Действительно, было обнаружено, что композиции в виде геля алкансульфоновой кислоты или кислот очень эффективны для удаления отложений, содержащих вышеописанные аконитаты, не только потому что сам гель позволяет более продолжительное действие кислого активного вещества (гель на более долгое время "прилипает" к поверхностям по сравнению с водной композицией), но и потому, что он имеет лучшую чистящую способность по сравнению с другими гелевыми композициями.
Итак, согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к применению композиции в виде геля, содержащей:
- от 0,01 до 97 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 75 вес.%, в частности, от 0,5 до 70 вес.%, по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты, предпочтительно метансульфоновой кислоты;
- от 0,1 до 30 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 15 вес.%, в частности, от 1 до 10 вес.%, по меньшей мере одного гелеобразователя;
- от 0,1 до 30 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 15 вес.% по меньшей мере одной добавки, выбранной из указанных выше, и
- воду и/или органический растворитель как баланс до 100%,
для очистки от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты.
Гелеобразователи и ПАВы, подходящие для использования в композициях в форме геля, могут быть веществами любого типа. Специалист без особых трудностей сможет на основе нижеследующих примеров выбрать и адаптировать природу подходящих гелеобразователей и ПАВов.
Согласно другому аспекту, настоящее изобретение относится к применению композиции в виде вспенивающегося геля. Действительно, вспенивающиеся гели особенно выгодны тем, что они создают клейкую пену, другим словами, пену, прилипающую к загрязненным поверхностям, обычно требуя меньшего расхода чистящего активного кислого вещества, и предпочтительно позволяют очень эффективное смывание, то есть удаляются проще и более эффективно, при этом требуя меньшего количества воды.
Таким образом, настоящее изобретение относится также к применению композиции в виде вспенивающегося геля, содержащей:
- от 0,01 до 97 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 75 вес.% в частности, от 0,5 до 70 вес.%, по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты, предпочтительно метансульфоновой кислоты;
- от 0,1 до 30 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 15 вес.%, в частности, от 1 до 10 вес.%, по меньшей мере одного пенообразователя;
- от 0 до 30 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 15 вес.%, в частности, от 1 до 10 вес.%, по меньшей мере одного гелеобразователя,
- от 0 до 30 вес.%, предпочтительно от 0,5 до 15 вес.%, по меньшей мере одной добавки, выбранной из указанных выше, в том числе предпочтительно от 0 до 10 вес.%, предпочтительно от 0,1 до 5 вес.%, солюбилизатора или гидротропного агента, и от 0 до 20 вес.%, предпочтительно от 0,5% до 10 вес.%, по меньшей мере одного ПАВа; и
- воду и/или органический растворитель как баланс до 100%,
для очистки от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты.
В зависимости от области и способа применения, композиция может быть приготовлена в виде концентрата, а затем разбавлена перед применением до получения ожидаемой эффективности в отношении вязкости и вспенивающей способности.
В вышеописанной композиции в форме вспенивающегося геля пенообразователь может быть выбран из пенообразователей, обычно использующихся специалистами, предпочтительно из аминоксидов, как, например:
- оксиды диметилалкиламина, у которых алкильная цепь является "жирной" цепью, содержащей, например, от 10 до 30 атомов углерода, предпочтительно от 12 до 22 атомов углерода;
- оксиды этоксилированных аминов; и
- смеси двух или более из них.

Использование по меньшей мере одного оксида этоксилированного амина, как, например, но без ограничений, CecajelOX100 от компании CECA, или Aromox T12 от компании Akzo, одного или в сочетании с по меньшей мере одним оксидом диметилалкиламина, позволяет обеспечить стабильность вспенивающегося геля.
Пенообразователи, в частности, какие описаны выше, обычно образуют гели при смешении с водой, то есть они повышают вязкость композиции без необходимости добавления гелеобразователя. Однако добавление такого гелеобразователя в настоящем изобретении не исключается.
Из солюбилизаторов и гидротропных агентов, подходящих для применения в композициях по изобретению, можно назвать, в качестве неограничивающего примера, ксилол- или кумолсульфонаты натрия. Однако присутствие таких агентов в кислых композициях согласно изобретению не является строго обязательным.
Водная, органическая или водно-органическая композиция, в виде раствора, геля и вспенивающегося геля, особенно предпочтительно содержит от 0,01 до 95 вес.%, предпочтительно от 0,05 до 75 вес.%, более предпочтительно от 0,5 до 50 вес.% метансульфоновой кислоты.
Композиции, используемые согласно настоящему изобретению, будь они в форме жидкостей, гелей или вспенивающихся гелей, концентрированные или разбавленные, могут наноситься любым способом, известным специалисту в данной области, в частности, под давлением, или же с помощью пульверизатора.
Концентрация алкансульфоновой кислоты или кислот может варьироваться в очень широких пределах, в зависимости от природы и количества остатков, требующих удаления, а также в зависимости от природы подлежащих очистке поверхностей.
Изобретение относится также к способу очистки от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, причем указанные отложения аконитата могут встречаться в любых промышленных отраслях, где применяется по меньшей мере один этап испарения воды из смеси, содержащей по меньшей мере одну способную осаждаться соль аконитовой кислоты, в частности, в области производства сахара из натуральных растительных материалов, таких, например, как сахарный тростник или сахарная свекла.
Настоящее изобретение относится к способу очистки (т.е. растворения и/или удаления) по меньшей мере частичной, предпочтительно полной, от твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, независимо от того, находится ли она во влажной или сухой форме, например, затвердевшей, на любых типах поверхностей, в частности, твердых поверхностей, в частности, металлических (железо, алюминий, сталь и др.), деревянных, полимерных (пластмасса, краски, лаки, глазурь), стеклянных, каменных, керамических, фарфоровых, терракотовых и др.
Итак, настоящее изобретение относится к способу удаления отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты, какая определена выше, присутствующих, например, на любых типах поверхностей, какие указаны выше, загрязненных, замазанных, покрытых, полностью или частично, остатками, окалиной, отложениями, сухими или влажными, образованными в процессе получения продуктов из растений, в частности, из сахарного тростника или сахарной свеклы.
Более конкретно, способ по настоящему изобретению включает в себя по меньшей мере один этап контактирования эффективного количества по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты, какая определена выше, предпочтительно метансульфоновой кислоты, в форме водной, органической или водно-органической композиции, находящейся в виде раствора, геля или вспенивающегося геля, какие были описаны выше, с твердыми отложениями, содержащими по меньшей мере аконитовую кислоту, которые требуется удалить, путем контакта, погружения, опрыскивания, распыление, нанесения более или менее толстого слоя, при необходимости с помощью подходящих средств, известных специалисту (кисти, щетки, шпатели и др.), причем за указанным этапом контактирования при необходимости проводят один или несколько этапов промывки и/или сушки.
Температура, при которой осуществляют способ и, в частности, этап контактирования, может варьироваться в широких пределах и обычно составляет от -20°C до +150°C, предпочтительно от 0°C до 80°C, более предпочтительно от 10°C до 80°C. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, используется температура окружающей среды или же температура в интервале от температуры окружающей среды до примерно 80°C.
Так, можно предусмотреть нагревание до таких температур как алкансульфоновой кислоты, так и обрабатываемой поверхность, причем эти температуры могут быть одинаковыми или разными, или же нагревать либо алкансульфоновую кислоту, либо обрабатываемую поверхность.
Таким образом, можно обработать снаружи поверхности, загрязненные твердыми отложениями, при температуре окружающей среды (например, 10°C) с помощью композиции алкансульфоновой кислоты, нагретой до 70°C, или же обработать поверхности, загрязненные твердыми отложениями, находящиеся при более высокой температуре (например, около 100°C), с помощью композиции алкансульфоновой кислоты, имеющей температуру окружающей среды (например, 20°C). Можно также предусмотреть полное погружение обрабатываемых поверхностей в композицию алкансульфоновой кислоты, нагретой, например, до температуры примерно 60°C, чтобы, например, удалить твердые отложения, присутствующие на клапанах, трубах и др.
Следует понимать, что в способе по изобретению можно использовать по меньшей мере одну алкансульфоновую кислоту или любую композицию, содержащую по меньшей мере одну алкансульфоновую кислоту, какая описана выше.
Наконец, после этапа контактирования и возможной последующей промывки или промывок, при необходимости и при желании можно высушить очищенную поверхность любым способом, известным специалисту, например, на воздухе, в потоке более или менее нагретого воздуха, в сушильном шкафу, путем нагрева (электричеством, нагревательными лампами), вытирания (бумага или абсорбирующие ткани) и др.
Как указывалось выше, алкансульфоновая кислота предпочтительно применяется в виде композиции, например, водной, органической или водно-органической композиции, в форме жидкости, геля или вспенивающегося геля, какие определены выше.
В описанном способе согласно изобретению под эффективным количеством понимается количество, позволяющее удалить остатки, окалину и вообще твердые отложения, содержащие по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты.
Это количество может варьироваться в широких пределах, в зависимости от обрабатываемых поверхностей и количества твердых отложений, температуры и давления используемой композиции, от желательной продолжительности процесса очистки и др.
Таким образом, количество кислоты предпочтительно должно устанавливаться так, чтобы позволить полное или как можно более полное удаление твердых отложений аконитатов, используя при этом минимальное количество кислот, в основном из экономических соображений.
Операцию очистки от твердых отложений аконитатов можно произвести однократно или повторить несколько раз, в зависимости от количества и природы твердых отложений, а также от степени обрастания ими обрабатываемых поверхностей.
Продолжительность контактирование эффективного количества по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты соответствует времени реакции, необходимому для растворения твердых отложений, подлежащих удалению, причем это время реакции может варьироваться от нескольких секунд до нескольких часов и даже нескольких дней, в зависимости от температуры, при которой проводится очистка, давлении нанесения алкансульфоновой кислоты или кислот, типа композиции, содержащей указанную, по меньшей мере одну, алкансульфоновую кислоту, количества удаляемых отложений, степени обрастания, а также от природы обрабатываемой поверхности.
Обработка вышеописанной, по меньшей мере одной, алкансульфоновой кислотой может сопровождаться, и/или ей может предшествовать, и/или следовать за ней одна или несколько промывок, предпочтительно предшествовать одна или несколько предварительных промывок, при необходимости щелочной композицией, содержащей по меньшей мере одно органическое или неорганическое основание, предпочтительно неорганическое основание, например, гидроксид щелочного или щелочноземельного металла, например, гидроксид натрия, в любых концентрациях. Эти щелочные промывки очень предпочтительно проводить перед или после или же перед и после, но предпочтительно не одновременно с очисткой указанной, по меньшей мере одной, алкансульфоновой кислотой, чтобы избежать реакций нейтрализации кислоты основанием, что могло бы снизить качество искомой очистки.
При необходимости обработка по меньшей мере одной алкансульфоновой кислотой, какая была описана выше, может сопровождаться и/или дополняться одной или несколькими механическими операциями (перемешивание, скобление, чистка щеткой и др.), чтобы усилить действие химической кислоты.
Как указывалось выше, за указанной обработкой может следовать одна или несколько операций промывки, например, чистой водой, растворителями или смесью вода/растворители.
В описанном выше способе согласно изобретению под "эффективным количеством" понимается количество, позволяющее растворить и удалить все или часть загрязнений, остатков, окалины, сухих или нет, твердых отложений, содержащих по меньшей мере одну соль аконитовой кислоты.
Это количество может варьироваться в широких пределах, в зависимости от обрабатываемых поверхностей и количества твердых отложений, от температуры и давления используемой композиции, от типа используемой композиции, от желательной продолжительности процесса очистки и др.
Таким образом, количество кислоты предпочтительно должно устанавливаться так, чтобы позволить полное или по меньшей мере частичное, предпочтительно полное удаление остатка, налета, сухого или нет, твердых отложений аконитатов, используя при этом минимальное количество кислот, в основном из экономических соображений.
Алкансульфоновые кислоты, в частности, метансульфоновая кислота, показали себя эффективными для очистки от твердых отложений аконитатов, в частности, твердых отложений, встречающихся в сахарной промышленности, в частности, при производстве сахара из сахарного тростника или сахарной свеклы, без образования раздражающих и слезоточивых газов.
Кроме того, использование по меньшей мере одной алкансульфоновой кислоты согласно настоящему изобретению выгодно в частности, тем, что при очистке металлических поверхностей (широко использующихся, в частности, в сахарной промышленности), она вызывает слабую или вовсе не вызывает коррозии, которая часто наблюдается на указанных металлических поверхностях при использовании более или менее концентрированных растворов кислот.
Алкансульфоновые кислоты можно также использовать в повышенных концентрациях, чтобы повысить их эффективность, причем эти концентрации могут достигать 50, 70 и даже 100 вес.%, тогда как максимальная концентрация соляной кислоты не может быть выше 37% из-за химических свойств, присущих этой кислоте.
Кроме того, алкансульфоновые кислоты, использующиеся в настоящем изобретении, имеют по сравнению с арилсульфоновыми кислотами то преимущество, что они создают очень слабую химическую потребность в кислороде (COD) на станциях очистки сточных вод и, следовательно, позволяют более высокую концентрацию органических отходов на указанных станциях.
Композиции, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, могут содержать соединения фосфора, такие, например, как фосфаты, происходящие, например, из фосфорной кислоты, но в небольших количествах, например, менее 10 вес.%, предпочтительно менее 5 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%, от полного веса композиции, чтобы по возможности свести к минимуму количество экологически вредных выбросов.
Кроме того, композиции, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, могут содержать соединения серы, такие, например, как сульфаты, происходящие, например, из серной кислоты, но в небольших количествах, например, менее 10 вес.%, предпочтительно менее 5 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%, от полного веса композиции.
Композиции, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, могут содержать соединения хлора, такие, например, как хлориды, происходящие, например, из соляной кислоты, но в небольших количествах, например, менее 10 вес.%, предпочтительно менее 5 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%, от полного веса композиции.
Композиции, подходящие для применения в рамках настоящего изобретения, могут содержать соединения азота, такие, например, как нитраты, происходящие, например, из азотной кислоты, но в небольших количествах, например, менее 10 вес.%, предпочтительно менее 5 вес.%, более предпочтительно менее 1 вес.%, от полного веса композиции.
Как показано в описании выше, настоящее изобретение позволяет удалить твердые отложения аконитатов на любых типах поверхностей, таких, без ограничений, как металлические (железо, сталь, медь, сплавы и др.), бетонные, цементные, плиточные, фарфоровые, деревянные, бумажные, картонные, текстильные, полимерные (пластики, глазури, краски, лаки), стеклянные и др. поверхности.
Настоящее изобретение показывает также, что можно очистить указанные поверхности от нежелательных остатков, сухих или нет, а также удалить твердые отложения, которые могут затвердеть в различных контейнерах, испарителях, трубопроводах, клапанах и др., и которые обычно удаляют экологически вредными кислотами и/или кислотами, разъедающими обрабатываемые поверхности.
Таким образом, алкансульфоновые кислоты можно с успехом использовать взамен известных кислот, широко использующихся специалистами для удаления твердых отложений аконитатов во многих областях применения, из которых можно упомянуть, без ограничений, сахарную промышленность.
Следует понимать, что предлагаемое настоящим изобретением применение позволяет не только очистку от твердых отложений аконитатов, но одновременно также очистку от других типов загрязнений, какие могут присутствовать на обрабатываемых поверхностях, благодаря кислотному характеру используемых алкансульфоновых кислот.
Например, алкансульфоновые кислоты, использующиеся в рамках настоящего изобретения, могут быть эффективными для удаления любых типов загрязнений, таких как ржавчина, накипь, а также любых типов органических загрязнений, присущих производству сахара, в частности, из вышеуказанных растений.
Далее настоящее изобретение иллюстрируется на следующих примерах, не имеющих ограничительного характера, которые, таким образом, не должны восприниматься как ограничивающие заявленный объем изобретения.
Для оценки эффективности алкансульфоновых кислот в очистке от отложений, содержащих соли аконитовой кислоты, сначала получали кальциевую соль аконитовой кислоты, а затем осуществляли испытания на растворение.
Пример 1
Получение трикальцийаконитата тригидрата: Ca
(C
H
O
)
•3H
O
3
6
3
6
2
2
Это получение описано в диссертации Niconor Niconey Reece, Университет Луизианы, декабрь 2003, "Оптимизация удаления аконитата при осветлении".
В четырехгорлую колбу на 500 мл, снабженную магнитным стержнем, водяным холодильником, датчиком температуры и датчиком pH, вводят 8 г транс-аконитовой кислоты (0,0457 моль, молекулярный вес=174). Затем дополняют до 133 г ультрачистой водой. Затем раствор нейтрализуют гидроксидом натрия (NaOH) 0,2M до pH=11,3, затем устанавливают pH на значение 6 добавлением раствора 1н соляной кислоты (HCl).
Затем раствор нагревают до 85°C, после чего добавляют 228,5 мл раствора хлорида кальция 0,3M, pH которого был предварительно доведен до 6 с помощью HCl 1н.
Реакционную среду греют 3 часа при 85°C, и когда появляется осадок, среду фильтруют при высокой температуре. Собрано 10,6 г твердой субстанции, которую трижды промывают 30 мл горячей воды.
3
6
3
6
2
2
После вакуумной сушки в шкафу при 50 мбар в течение 48 часов при температуре окружающей среды получают 7,4 г твердой белой субстанции, которую исследуют на количественное содержание в ней углерода, водорода и кальция и которая отвечает формуле Ca(CHO)•3(HO).
Измерение растворимости трикальцийаконитата тригидрата
В трехгорлую колбу объемом 50 мл, снабженную магнитной мешалкой, холодильником и датчиком температуры, вводят 30 г водного раствора кислоты концентрацией 1М. Затем порциями примерно по 0,1 г добавляют соль, приготовленную как указано выше (трикальцийаконитат тригидрат), до появления не растворяющихся белых кристаллов (насыщение среды).
Процентную долю растворенной соли рассчитывают по следующей формуле:
%(растворенной соли)=m/(M+m)
где M означает массу раствора кислоты, а m означает массу введенной соли.
Ниже в таблице 1 приведены результаты по растворению трикальцийаконитата тригидрата при 20°C.
Таблица 1
Исследованная кислота
вес.% трикальцийаконитата тригидрата, растворенного при температуре окружающей среды (20°C)
метансульфоновая кислота
12,1%
соляная кислота
12,1%
сульфаминовая кислота
11,9%
серная кислота
<<2,2%
Серная кислота имеет очень низкую эффективность в отношении растворимости солей аконитовой кислоты. Удивительно, но метансульфоновая кислота имеет эффективность, сравнимую с эффективностью соляной кислоты, и чуть выше эффективности сульфаминовой кислоты. Однако метансульфоновая кислота намного менее едкая, чем соляная кислота, выделяющиеся пары которой являются раздражающими и токсичными для пользователя. Кроме того, метансульфоновая кислота является биоразлагаемой.
Наконец, сульфаминовую кислоту, отходы которой также считаются вредными для окружающей среды, в частности, для водных организмов, нельзя широко применять в промышленном масштабе.