Nghiên cứu pha chế dung dịch tẩy cặn hệ thống trao đổi nhiệt, điều hoà nhiệt độ, két nước ôtô, lò hơi, bằng chất tẩy sinh học không ăn mòn kim loại, thân thiện môi trường

Bộ CÔNG thơng
Trờng đại học công nghiệp hà nội
-----------------------------------------

Báo cáo kết quả nghiên cứu khoa
học và công nghệ
Đề tài:
Nghiên cứu Pha chế dung dịch chất tẩy cặn hệ
thống trao đổi nhiệt, điều hòa nhiệt độ, két nớc
ô tô, lò hơi, bằng chất tẩy sinh học không ăn mòn
kim loại, thân thiện môi trờng
Đề tài nghiên cứu KHCN cấp Bộ m số: 121.10.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản : Bộ Công Thơng
Cơ quan chủ trì

: Trờng Đại học Công nghiệp Hà Nội

Chủ nhiệm đề tài : ThS. Hoàng Thanh Đức

8872

Hà nội 12/2010


Bộ CÔNG thơng
Trờng đại học công nghiệp hà nội
**********

Những ngời tham gia thùc hiƯn:
ThS. Nguyễn Thế Hữu

ThS. Ngơ Văn Quang
TS. Phạm Duy Nam
KS. Nguyễn Minh Việt
KS. Nguyễn Hoàng Quân

Chủ nhiệm đề tài

ThS. Hoàng Thanh Đức


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 6
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẢY CẶN VÀ PHƯƠNG PHÁP TẨY CẶN 9
1.1 Sự hình thành cặn bên trong các thiết bị trao đổi nhiệt .............................. 9
1.2 Thành phần cấu tạo, tính chất của cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt...... 9
1.3 Sự ảnh hưởng của lớp cặn đến công suất của các thiết bị trao đổi nhiệt...11
1.4 Các phương pháp làm sạch lớp cặn của các thiết bị trao đổi nhiệt........... 14
1.5 Các loại chất tẩy rửa cáu cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt..................... 15
1.5.1 Chất tẩy cặn axit vô cơ ....................................................................... 15
1.5.2 Chất tẩy cặn kiềm ............................................................................... 17
1.5.3 Chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học............................................................. 17
1.6. Phương pháp đánh giá ăn mịn kim loại của mơi trường ăn mịn ............ 20
1.6.1 Đánh giá ăn mòn bằng xác định tốc độ ăn mòn theo phương pháp khối
lượng ............................................................................................................ 20
1.6.2 Đánh giá ăn mòn bằng cách xác định tốc độ ăn mòn theo phương pháp
điện hóa........................................................................................................ 21
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM............... 22
2.1 Nghiên cứu lựa chọn một số chất hữu cơ, sinh học để pha chế chất tẩy cặn
cho các thiết bị trao đổi nhiệt .......................................................................... 22

2.1.1 Tính chất và ứng dụng của axit Lactic ............................................... 23
2.1.2 Tính chất và ứng dụng của axit Sulfamic ........................................... 25
2.2 Nguyên liệu và Hóa chất sử dụng ............................................................. 26
2.3 Tính chất và đặc tính kỹ thuật của các hóa chất sử dụng để pha chế chất
tẩy cặn sinh học ............................................................................................... 27
2.4 Pha chế chất tẩy cặn .................................................................................. 29
2.4.1 Khảo sát, xác định nồng độ của dung dịch axit Lactic...................... 29
a. Pha chế các mẫu dung dịch axit nồng độ từ ....................................................29
b. Xác định nồng độ của axit Lactic khi hòa tan cặn ở nhiệt độ thường ...........29
c. Xác định nồng độ của axit Lactic khi hòa tan cặn ở nhiệt độ 70-80oC .........29
2.4.2 Khảo sát xác định nồng độ của dung dịch axit Sulfamic ................... 30
a. Xác định nồng độ của dung dịch axit sulfamic ở nhiệt độ phòng..................30
b. Xác định nồng độ của axit Sulfamic khi hòa tan cặn ở nhiệt độ 70-80oC ....30
1


c. Xác định khả năng hòa tan cặn của dung dịch axit Sulfamic khi pha chế thêm
chất ức chế ăn mòn kim loại..................................................................................30
2.4.3 Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại của dung dịch axit Sulfamic theo
phương pháp khối lượng.............................................................................. 31
a. Chuẩn bị dung dịch axit: ....................................................................................31
b. Chuẩn bị mẫu .....................................................................................................31
c. Tiến hành thí nghiệm..........................................................................................31
2.4.4 Pha chế dung dịch chất tẩy cặn........................................................... 32
2.4.5 Xác định khả năng hòa tan cặn của dung dịch chất tẩy đã pha chế ... 33
a. Xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy cặn ở nhiệt độ
phòng trong trường hợp khuấy dung dịch tẩy......................................................33
b. Xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy cặn trong trường
hợp ngâm tĩnh cặn ở nhiệt độ phòng ....................................................................33
c. Xác định khả năng hòa tan cặn của dung dịch chất tẩy cặn ở nhiệt độ

70-80oC ...................................................................................................................34
2.5 Kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn đã pha chế ... 34
2.5.1 Kiểm tra ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn ở nhiệt độ phòng... 34
2.5.2 Kiểm tra, đánh giá mức độ ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn ở
nhiệt độ 70-80oC .......................................................................................... 34
a. Chuẩn bị mẫu .....................................................................................................34
b. Tiến hành thí nghiệm .........................................................................................35
2.6 Thử nghiệm thực tế tẩy cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt ...................... 35
2.6.1 Tẩy cặn của két nước ô tô................................................................... 35
2.6.2 Tẩy cặn của lị hơi tại Trung tâm Hóa Thực Vật - Viện Hóa học Cơng
nghiệp Việt Nam.......................................................................................... 35
a. Tẩy cặn ở nhiệt độ thường .................................................................................36
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH QUY TRÌNH, CƠNG THỨC
PHA CHẾ CHẤT TẨY CẶN BẰNG AXIT LACTIC VÀ PHỤ GIA ............... 37
3.1 Kết quả nghiên cứu lựa chọn các chất để pha chế chất tẩy cặn ................ 37
3.2 Kết quả xác định công thức pha chế chất tẩy cặn ..................................... 39
3.2.1 Kết quả khảo sát, xác định nồng độ của dung dịch axit Lactic .......... 39
3.2.2 Kết quả khảo sát, xác định nồng độ của dung dịch axit Sulfamic...... 42
3.2.3 Xác định ăn mòn kim loại của dung dịch axit Sulfamic .................... 45
3.3 Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các công thức chất tẩy cặn... 52
2


a. Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy cặn ở
nhiệt độ phòng trong trường hợp ngâm tĩnh ........................................................52
b. Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy cặn trong
trường hợp ngâm kết hợp khuấy ở nhiệt độ phòng .............................................53
c. Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy cặn ở
nhiệt độ cao 70-80oC ..............................................................................................55
3.4 Kết quả kiểm tra, đánh giá ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn ......... 56

a. Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn ở nhiệt độ phòng 56
b. Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn ở nhiệt độ 80oC ..58
3.5 Kết quả thử nghiệm thực tế tẩy cặn của thiết bị lò hơi, kết nước ô tô ...... 59
3.5.1 Tẩy cặn của két nước ơ tơ................................................................... 60
3.5.2 Thử nghiệm tẩy cặn của lị hơi nước tại Trung tâm Hóa Thực Vật Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam......................................................... 60
a. Tẩy cặn ở nhiệt độ thường .................................................................................61
b. Tẩy cặn ở nhiệt độ cao .......................................................................................61
3.6 Tính tốn giá thành cho dung dịch chất tẩy cặn đã xác lập công thức ..... 61
KẾT LUẬN .................................................................................................... 63

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
- HĐBM: Chất hoạt động bề mặt
- LAS: Leanler ankylbenzen sunfonic
- DBNS: Natri Đibutyl Naphtalen Sulfonat
- EDTA: Etylen Diamin Tetra Axetic dạng muối dinatri
- ASTM: Tiêu chuẩn kiểm tra đánh giá chất lượng vật chất của Mỹ (American
Society for Testing and Materials)
- iăn mòn: Dòng ăn mòn
- Eăn mòn: Điện thế ăn mòn
- Rp : Điện trở phân cực
- Văn mòn: Tốc độ ăn mòn
- Păn mòn : Chiều sâu lớp ăn mòn
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1 Tổn hao năng lượng do cặn gây lên cho thiết bị

13

Bảng 2.1 Thành phần các chất trong một số mẫu cặn của lò hơi và két nước
làm mát của xe ô tô

26

Bảng 3.1 Kết quả xác định nồng độ của axit Lactic ở nhiệt độ phòng
o

39

Bảng 3.2 Kết quả xác định nồng độ của axit Lactic ở nhiệt độ 70-80 C

40

Bảng 3.3 Kết quả xác định nồng độ của axit Sulfamic ở nhiệt độ phòng

41

Bảng 3.4 Kết quả xác định nồng độ của axit Sulfamic ở nhiệt độ 70- 80oC 42
Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của chất ức chế ăn mòn đến khả năng
hòa tan cặn của axit Sulfamic

43

Bảng 3.6 Kết quả xác định tốc độ ăn mòn thép CT-3 của dung dịch axit
Sulfamic khi khơng có chất ức chế ăn mịn

45

Bảng 3.7 Kết quả xác định tốc độ ăn mòn đồng của dung dịch axit Sulfamic
khi khơng có chất ức chế ăn mòn

46

Bảng 3.8 Kết quả xác định tốc độ ăn mịn nhơm của dung dịch axit Sulfamic
khi khơng có chất ức chế ăn mòn kim loại

47

Bảng 3.9 Kết quả xác định tốc độ ăn mịn thép CT-3, đồng và nhơm của dung
dịch axit Sulfamic khi có chất ức chế ăn mòn

48
4


Bảng 3.10 Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy
trong trường hợp ngâm tĩnh ở nhiệt độ phòng

52

Bảng 3.11 Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy
ở nhiệt phòng trường hợp khuấy

53

Bảng 3.12 Kết quả xác định khả năng hòa tan cặn của các dung dịch chất tẩy
ở nhiệt 70-80oC

54

Bảng 3.13 Kết quả kiểm tra ăn mòn thép CT-3 của dung dịch chất tẩy

56

Bảng 3.14 Kết quả kiểm tra ăn mòn đồng của dung dịch chất tẩy

57

Bảng 3.15 Kết quả kiểm tra ăn mịn nhơm của dung dịch chất tẩy

57

Bảng 3.16 Kết quả kiểm tra ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy cặn

58

Bảng 3.17 Giá thành của dung dịch chất tẩy cặn

60

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 3.1 Đồ thị thể hiện khả năng hịa tan cặn của dung dịch axit Lactic theo
nồng độ ở nhiệt độ phịng
40
Hình 3.2 Đồ thị thể hiện khả năng hịa tan cặn của dung dịch axit Lactic theo
nồng độ ở nhiệt độ 70-80oC
41

Hình 3.3 Đồ thị thể hiện khả năng hòa tan cặn của axit Sulfamic theo nồng độ
nhiệt độ phịng
42
Hình 3.4 Đồ thị thể hiện khả năng hịa tan cặn của axit Sulfamic theo nồng độ
ở nhiệt độ 70-80oC
43
Hình 3.5 Đồ thị thể hiện khả năng hòa tan cặn của axit Sulfamic theo nồng độ
khi pha thêm chất ức chế ăn mịn và lắng cặn
44
Hình 3.6 Tốc độ ăn mịn thép CT-3 theo nồng độ axit Sulfamic
Hình 3.7 Tốc độ ăn mịn đồng theo nồng độ axit Sulfamic
Hình 3.8 Tốc độ ăn mịn nhơm theo nồng độ axit Sulfamic

45
46
47

Hình 3.9 Đồ thị thể hiện khả năng hòa tan cặn của các mẫu chất tẩy trong
trường hợp ngâm tĩnh ở nhiệt độ phịng
52
Hình 3.10 Đồ thị thể hiện khả năng hòa tan cặn của các mẫu chất tẩy trong
trường hợp khuấy dung dịch tẩy ở nhiệt độ phịng
53
Hình 3.11 Đồ thị thể hiện khả năng hòa tan cặn của các mẫu chất tẩy trong
điều kiện nhiệt độ 70-80oC

55
5

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đóng cặn là hiện tượng kết tủa muối, oxit của Canxi, Mage, Silic bám
trên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt như điều hòa nhiệt độ, dàn sinh hàn, bên
trong nồi hơi, lò hơi nước, thiết bị chưng cất nước. Hiện tượng đóng cặn xảy
ra thường xuyên khi các thiết bị này hoạt động, lớp cặn sẽ ngày càng dày lên
và bám chắc vào bề mặt của thiết bị. Lớp cặn này gây ảnh hưởng rất lớn đến
hiệu suất làm việc của thiết bị, làm giảm hiệu suất truyền dẫn nhiệt, làm tăng
sự tiêu hao nhiên liệu và năng lượng của thiết bị. Đồng thời, sự đóng cặn cịn
làm tăng khả năng ăn mòn kim loại và giảm tuổi thọ của thiết bị [ 1,2,3 ].
Để cho thiết bị làm việc có hiệu quả và an toàn, người ta phải thường
xuyên làm sạch lớp cặn tạo thành. Một trong những biện pháp thuận tiện và
hiệu quả để tẩy sạch lớp cặn là dùng chất tẩy cặn. Chất tẩy cặn cho các thiết bị
trao đổi nhiệt hiện nay thường được pha chế bằng axit vơ cơ, vì vậy thường
gây ăn mịn thiết bị, gây ô nhiễm môi trường và không sử dụng được cho các
thiết bị chế tạo bằng các kim loại đắt tiền như bạc, đồng, nhôm. Việc tẩy cặn
cho các thiết bị cao cấp như điều hòa nhiệt độ, két nước ôtô, thiết bị cất
nước... vẫn phải sử dụng chất tẩy cặn nhập khẩu, được pha chế bằng chất tẩy
là axit hữu cơ, sinh học. Những chất tẩy cặn nhập khẩu loại này có giá thành
cao và khơng chủ động được nguồn hàng.
Chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học có ưu điểm là dễ sử dụng, khả năng tẩy
sạch cao, không gây ăn mịn thiết bị và khơng gây ơ nhiễm mơi trường
[4,5,6]. Ở nước ta hiện nay vẫn chưa có một cơ sở nào pha chế, sản xuất được
chất tẩy cặn bằng các chất hữu cơ, sinh học. Nguồn cung sản phẩm tẩy cặn
loại này chủ yếu là nhập ngoại, với giá thành cao. Việc nghiên cứu pha chế
chất tẩy cặn bằng chất tẩy hữu cơ, sinh học không ăn mịn kim loại, khơng
gây ơ nhiễm mơi trường, có giá thành thấp trong tình hình hiện nay sẽ đáp
ứng nhu cầu sử dụng, tiết kiệm ngoại tệ và chủ động được nguồn hàng, là điều
rất cấp thiết.
6

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu xác lập quy trình cơng nghệ pha chế chất tẩy cặn bằng
axit sinh học, hữu cơ sẽ tạo ra được sản phẩm chất tẩy cặn mới, có các đặc
tính ưu việt hơn các chất tẩy cặn hiện đang sử dụng pha chế từ axit vô cơ. Đề
tài sẽ góp phần tạo ra quy trình cơng nghệ, quy trình sản xuất chất tẩy cặn
sinh học, khơng độc hại, dễ sử dụng, khơng ăn mịn kim loại và thân thiện với
mơi trường. Từ đó chủ động được việc sản xuất chất tẩy cặn bằng chất tẩy
sinh học phục vụ cho nhu cầu sử dụng.
Việc nghiên cứu pha chế được dung dịch chất tẩy cặn bằng chất tẩy
sinh học sẽ cho giá thành hạ, đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong tình hình
hiện nay, góp phần tiết kiệm được ngoại tệ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
3. Mục tiêu của đề tài
- Xác lập được quy trình, cơng thức pha chế dung dịch chất tẩy cặn bằng
chất tẩy là axit Lactic và các phụ gia, dùng cho các thiết bị trao đổi nhiệt như lị
hơi, két nước ơ tơ, cánh tản nhiệt của máy điều hòa nhiệt độ, với giá thành hạ,
khơng ăn mịn thiết bị
- Pha chế thử 20 lít dung dịch tẩy cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt như
điều hịa nhiệt độ, két nước ơtơ, lò hơi bằng axit Lactic, axit Sulfamic và phụ gia.
4. Nội dung nghiên cứu
- Xác lập quy trình cơng nghệ, công thức pha chế dung dịch chất tẩy
cặn bằng chất tẩy là axit sinh học, hữu cơ như axit Lactic, Sulfamic và các
phụ gia, sử dụng cho các thiết bị trao đổi nhiệt như điều hịa nhiệt độ, két
nước ơ tơ, lị hơi.
- Đánh giá khả năng tẩy sạch cặn canxi cacbonat, mage cacbonat của
dung dịch tẩy cặn pha chế được. Kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại của dung
dịch tẩy cặn pha chế được.
- Pha chế 20 lít dung dịch tẩy cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt như: Lị
hơi, điều hịa nhiệt độ, két nước ơtơ, bằng axit Lactic và các phụ gia.

7


5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tìm hiểu về các loại chất tẩy cặn và phương pháp tẩy cặn
canxi cacbonat, mage cacbonat cho các thiết bị trao đổi nhiệt bằng dung dịch
chất tẩy cặn.
- Nghiên cứu tính chất, tác dụng của axit Lactic và axit Sulfamic với
các chất trong thành phần của cặn để tìm ra chất hịa tan, tẩy sạch cặn trong
các thiết bị trao đổi nhiệt.
- Tiến hành thực nghiệm khảo sát, xác định công thức, quy trình pha
chế dung dịch tẩy cặn bằng axit sinh học Lactic kết hợp với axit hữu cơ
Sulfamic và phụ gia để thu được chất tẩy có khả năng tẩy cặn tốt nhất.
- Tiến hành các thí nghiệm lặp lại để xác định khả năng hòa tan, tẩy
sạch cặn và kiểm tra mức độ ăn mòn kim loại của dung dịch tẩy pha chế được.
6. Sản phẩm tạo ra của đề tài
Đề tài tạo ra quy trình cơng nghệ chế tạo chất tẩy cặn mới, cho các thiết
bị trao đổi nhiệt bằng các chất hữu cơ, sinh học. Sản phẩm chất tẩy cặn có các
đặc tính kỹ thuật ưu việt hơn những sản phẩm tẩy cặn hiện đang sử dụng, pha
chế từ axit vô cơ, từ kiềm.
Sản phẩm chất tẩy cặn được pha chế bằng axit Lactic, Sulfamic là
những axit sinh học và axit hữu cơ và được kết hợp với các phụ gia để tăng
cường khả năng hòa tan cặn và phịng chống ăn mịn kim loại. Do đó có tác
dụng tẩy sạch cặn cao, khơng độc hại, an tồn cho người khi sử dụng, khơng
ăn mịn thiết bị, có thể phân hủy sinh học khi thải ra môi trường, cho nên
khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Gía thành sản phẩm tẩy cặn của đề tài pha
chế được thấp hơn so với sản phẩm nhập ngoại.

8

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT TẨY CẶN, PHƯƠNG PHÁP TẨY CẶN
CHO CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
1.1 Sự hình thành cặn bên trong các thiết bị trao đổi nhiệt
Trong thực tế, nước sử dụng cho nồi hơi, két nước ô tô, máy cất nước,
nồi đun nước..., cho dù đã được xử lý khá tốt nhưng vẫn có một lượng nhỏ
các muối canxi, mage, silicat, oxit sắt hòa tan [1,2,8]. Trong quá trình làm
việc, do tác dụng của nhiệt, các chất này sẽ kết tủa và bám dính vào bề mặt
của thiết bị. Kết tủa sẽ ngày càng dày lên theo thời gian làm việc của thiết bị,
tạo thành lớp chất rắn bao phủ khắp bề mặt của thiết bị, kết tủa này thường
gọi là cặn. Lớp cặn có ảnh hưởng rất lớn đến sự trao đổi nhiệt của thiết bị,
làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt, gây ăn mòn kim loại và tiêu hao năng
lượng. Việc xử lý lớp cặn không kịp thời sẽ làm giảm rất lớn hiệu suất làm
việc của thiết bị và có thể dẫn đến nổ nồi hơi, đường ống [1,2,7,8]. Để giải
quyết vấn đề cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt người ta thường có một số
biện pháp sau:
+ Tẩy lớp cặn bằng các chất tẩy cặn hay bằng cơ học theo định kỳ sử
dụng, đây là điều kiện bắt buộc trong hồ sơ kiểm định đối với lị hơi nước, kết
nước ơ tơ và một số thiết bị trao đổi nhiệt bằng hơi nước khác.
+ Phòng chống sự tạo thành cặn bằng cách sử dụng chất chống lắng
cặn, sử dụng vật liệu chống bám cặn.
+ Phòng chống sự tạo thành cáu cặn bằng cách xử lý và nâng cao chất
lượng nước cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt. Trong thực tế để đạt được hiệu
quả cao nhất người ta phải kết hợp cả ba biện pháp này [9,10].
1.2 Thành phần cấu tạo và tính chất của lớp cặn trong các thiết bị trao
đổi nhiệt
Một số nghiên cứu [10] đã cho thấy, tùy theo chất lượng nguồn nước cấp
mà thành phần của cặn kết tủa trong các thiết bị trao đổi nhiệt, thường bao gồm:

Oxit silic (dạng SiO3-2): 11-19%
9


Oxit sắt Fe2O3 (có thể tồn tại ở dạng Fe(OH)3.nH2O): 12-42%
Oxit canxi: 17- 32%, oxit mage: 4-12%
Canxi cacbonat CaCO3: 41- 54%, mage cacbonat MgCO3: 21-47%
Muối sunphat tính theo SO4 và SO3: 3-26%
Và một số các chất kết tủa khác như Serpentin 3MgO.SiO2.H2O chiếm
khoảng 3-13%, Buruxit Mg(OH)2 khoảng 6-10%.
Nói chung cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt, lị hơi có thành phần
chủ yếu vẫn là các muối của Canxi, Mage do nước cứng gây nên, nước có độ
cứng càng cao thì sự tạo cặn càng nhiều.
Cặn tạo thành trong các thiết bị trao đổi nhiệt là chất rắn có màu xám
trắng hay màu vàng nâu, không tan trong nước và trong các dung môi hữu cơ:
etanol, axeton, benzen, ete. Một số dung dịch axit vô cơ như axit Clohidric
HCl, axit Flohidric HF và một số axit hữu cơ, sinh học như axit Sulfamic, axit
Lactic có thể phản ứng với các chất trong thành phần của cặn, tạo thành các
chất dễ tan trong nước, hòa tan và tẩy sạch lớp cặn bám trên thiết bị.
* Một số phản ứng của dung dịch axit với các thành phần của cặn:
1, Phản ứng của dung dịch axit HCl với các chất trong thành phần của
lớp cặn tạo thành các muối clorua tan trong nước
CaCO3 +
CaSO4

2HCl

+ 2HCl

CaCl2 + H2O + CO2

CaCl2 + H2SO4

MgCO3 + 2HCl

MgCl2 + H2O + CO2

MgSO4 + 2HCl

MgCl2 + H2SO4

Fe(OH)3 + 3HCl

FeCl3 + 3H2O

CaO

+ 2HCl

CaCl2 + H2O

MgO

+ 2HCl

MgCl2 + H2O

CaSO3

+ 2HCl

CaCl2 + H2SO3

Mg(OH)2 + 2HCl

MgCl2 + 2H2O

2, Phản ứng của dung dịch axit HF với thành phần oxit silic của cặn
SiO3-2 +

2HF

H2SiO3

+

F2
10


3, Phản ứng của dung dịch axit hữu cơ Sulfamic với các chất trong
thành phần của cặn tạo thành muối sulfamat canxi, mage tan trong nước:
CaCO3

+ 2NH2HSO3

Ca(NH2SO3)2 + H2O + CO2

MgCO3 + 2NH2HSO3

Mg(NH2SO3)2 + H2O + CO2

Fe(OH)3 + 3NH2HSO3

Fe(NH2SO3)3

+ 3H2O

CaO

+ 2NH2HSO3

Ca(NH2SO3)2 + H2O

MgO

+

2NH2HSO3

Mg(NH2SO3)2 + H2O

4, Phản ứng của dung dịch axit sinh học Lactic với các chất trong thành
phần của cặn tạo thành muối lactat canxi, lactat mage tan trong nước [15,16]:
CaCO3

+

2C3H6O3

Ca(C3H5O3)2 + H2O + CO2

MgCO3

+

2C3H6O3

Mg(C3H5O3)2 + H2O + CO2

Fe(OH)3 +

3C3H6O3

Fe(C3H5O3)3 + 3H2O

CaO

+

2C3H6O3

Ca(C3H5O3)2 + H2O

MgO

+

2C3H6O3

Mg(C3H5O3)2 + H2O

CaSO3

+

2C3H6O3

Ca(C3H5O3)2 + H2SO3

MgSO3

+

2C3H6O3

Ca(C3H5O3)2 + H2SO3

Mg(OH)2 +

2C3H6O3

Mg(C3H5O3)2 + 2H2O

Ca(OH)2 +

2C3H6O3

Ca(C3H5O3)2

+ 2H2O

Ngoài ra cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt cịn có thể bị phản ứng,
hòa tan bởi một số dung dịch axit và kiềm như: Axit HNO3, hỗn hợp dung
dịch kiềm (Na3PO4+NaOH) [1,8,11]
1.3 Sự ảnh hưởng của lớp cặn đến công suất của các thiết bị trao đổi
nhiệt [4]
Cáu cặn nước có ảnh hưởng rất lớn đến công suất và hiệu quả làm việc
của thiết bị. Cáu cặn làm tiêu hao nhiên liệu, năng lượng và làm giảm tuổi thọ
của thiết bị do bị ăn mòn bởi cáu cặn, do máy phải làm việc ở nhiệt độ, áp
suất và cường độ cao hơn [4].
* Đối với thiết bị ngưng, dàn ống sinh hàn: Khi có cáu cặn, thiết bị
sẽ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều
hướng không tốt như:
11


- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng.
- Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.
- Cơng nén tăng, mơ tơ có thể q tải.
- Độ an tồn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động
ngừng máy nén, van an tồn có thể hoạt động.
* Đối với thiết bị lạnh, hệ thống điều hòa nhiệt độ: Khi hệ thống giải
nhiệt bị bẩn, thường gây nên hiện tượng áp suất đẩy quá cao, sự truyền nhiệt
bị giảm đi, dẫn đến máy tiêu hao nhiều năng lượng và hiệu quả điều chỉnh
nhiệt độ khơng khí của máy khơng đạt. Máy phải làm việc nhiều, chất lỏng
làm mát và các chi tiết của máy sẽ ở trong điều kiện nhiệt độ cao hơn bình
thường, dẫn đến máy sẽ nhanh chóng bị hỏng.
* Khi lị hơi có cặn bám: Sẽ gây ra tiêu hao, tổn thất năng lượng và ăn
mòn các ống hơi, cản trở quá trình sinh hơi. Lớp cặn bám trở thành yếu tố
cách nhiệt, làm chậm quá trình truyền nhiệt, giảm đáng kể hiệu suất lò hơi.

Các loại cặn bám khác nhau sẽ gây ra các ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất
của lò hơi. Khả năng cách nhiệt của cặn bám làm tăng nhiệt độ của kim loại
chế tạo lò hơi và làm hỏng ống do quá nhiệt.
* Đối với thiết bị được gia nhiệt bằng hơi nước: Cặn làm kéo dài thời
gian gia nhiệt, làm tổn hao năng lượng, kéo dài chu trình máy và làm giảm
năng suất của máy.
* Đối với thiết bị được làm mát bằng nước: Cáu cặn sẽ làm cho máy
thường xuyên phải làm việc ở nhiệt độ cao hơn thiết kế, bơm làm mát phải
tăng lưu lượng, hiệu suất của thiết bị giảm.
Người ta đã tính được hệ số tổn hao năng lượng do cáu cặn gây ra như
sau: Khi cáu cặn bám dày 1mm thì hệ số truyền nhiệt giảm 10-15%, do vậy
mức năng lượng hao phí là 7,5% – 8 % cơng suất máy. Khi cáu cặn bám dày 3
mm thì hệ số truyền nhiệt giảm 50-60%, do vậy mức năng lượng hao phí có
thể đạt tới 35%-40% [4].
Giả sử với một thiết bị có cơng suất 100 Kw/h, thiết bị làm việc 20
giờ/ngày, một tháng thiết bị làm việc 26 ngày, nếu thiết bị được vận hành tốt,
12


sử dụng nước làm mát tốt, thì sau 12 tháng cáu cặn sẽ đóng dày 1 mm. Sau 12
tháng thiết bị làm vệ sinh tẩy cặn một lần. Người ta có thể xác định được mức
tổn hao năng lượng do cáu cặn gây nên như sau [4]:
Bảng 1.1 Tổn hao năng lượng do cặn gây lên cho thiết bị
Độ dày cáu Hệ số tiêu hao nhiên liệu Mức tổn
Mức tổn
Tháng cặn qua từng (%) theo độ dầy cáu cặn
hao mỗi
hao mỗi
tháng
qua từng tháng

giờ là (Kw) ngày (Kw)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

0.083333333
0.166666667
0.25
0.333333333
0.416666667
0.5
0.583333333
0.666666667
0.75
0.833333333
0.916666667
1

0.625
1.25

1.875
2.5
3.125
3.75
4.375
5
5.625
6.25
6.875
7.5

0.625
1.25
1.875
2.5
3.125
3.75
4.375
5
5.625
6.25
6.875
7.5

12.5
25
37.5
50
62.5
75

87.5
100
112.5
125
137.5
150

Cộng dồn 12 tháng :

Mức tổn
hao cả
tháng (Kw)

325
650
975
1300
1625
1950
2275
2600
2925
3250
3575
3900
25350 Kw

Như vậy một năm thiết bị sẽ tổn hao 25350 Kw do cáu cặn. Tính trung
bình theo năng lượng điện mỗi Kw là 1500đ/Kw, thì mỗi năm tổn thất kinh tế
do cặn gây nên sẽ là: 25350 Kw x 1.500đ/Kw = 38.025.000đồng. Để giảm

thiểu tổn hao năng lượng do cáu cặn gây nên, ta phải thường xuyên vệ sinh
làm sạch cáu cặn cho thiết bị. Giả sử sau 6 tháng ta tiến hành tẩy rửa cáu cặn
một lần thì mỗi năm với một thiết bị có cơng suất 100Kw/h ta có thể tiếp kiệm
được số tiền là:
38.025.000đ – (325+650+975)Kw x 1500đ = 35.100.000 đồng
Một số nghiên cứu mới đây [4,5] đã chỉ ra rằng: Khi két nước ơ tơ bị
bám cặn thì sức truyền nhiệt kém làm cho nhiệt độ của máy, bơm nước và các
thiết bị trong khoang máy đều tăng cao dẫn đến máy làm việc tổn hao năng
lượng. Khi lượng cáu cặn bám dày 1mm thì tổn hao năng lượng đối với ơ tô,
13


máy cơng trình và các động cơ đốt trong khác là: 7,5%-8%. Với cáu cặn bám
dầy 2 mm thì tổn hao là 20 – 25%.
Theo quy tắc Thumb [1] nếu lớp cặn bám dày 1mm ở trong thành nồi
hơi sẽ tăng tiêu thụ nhiên liệu lên 5 - 8 %.
1.4 Các phương pháp làm sạch lớp cặn của các thiết bị trao đổi nhiệt
Theo định kỳ làm việc, các thiết bị trao đổi nhiệt phải thường xuyên vệ
sinh làm sạch cặn và cáu bẩn. Có thể có một số phương pháp để làm sạch cáu
cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt:
1, Làm sạch bằng cơ học như: Cọ rửa, mài, cạo, đánh bóng…
2, Làm sạch bằng phương pháp hóa học như:
- Tẩy cặn bằng dung dịch kiềm: Ở phương pháp này người ta sử dụng
hỗn hợp dung dịch gồm NaOH 2-3% và Na3PO4 5% ngâm cáu cặn ở nhiệt độ
90-100oC, áp suất 1,3 at, trong thời gian 24-48 giờ để cho lớp cặn mền và
bong ra khỏi bề mặt nồi hơi hay đường ống [1,9].
- Tẩy cặn bằng dung dịch axit loãng: Với phương pháp này người ta sử
dụng chất tẩy được pha chế bằng dung dịch axit HCl 10-15% và các chất ức
chế ăn mịn, chất hoạt đơng bề mặt. Lớp cặn được ngâm trong chất tẩy ở nhiệt
độ thường hay nhiệt độ cao cho đến khi tan hết. Tẩy cặn bằng phương pháp

này tương đối đơn giản, thời gian ngắn, tuy nhiên có thể gây ăn mịn thiết bị.
- Tẩy cặn bằng chất hữu cơ, sinh học: Hiện nay, ở nước ta đã bắt đầu sử
dụng chất tẩy cáu cặn được pha chế bằng những axit hữu cơ, sinh học nhập
khẩu từ nước ngoài [4,5,6,7] cho nồi hơi và các thiết bị trao đổi nhiệt. Chất
tẩy cặn bằng axit hữu cơ, sinh học có nhiều ưu điểm hơn chất tẩy cặn bằng
dung dịch axit vô cơ và dung dịch kiềm, như khả năng tẩy sạch tốt, thời gian
tẩy cặn ngắn, khơng ăn mịn kim loại và khơng gây ô nhiễm môi trường. Khi
tẩy cặn bằng chất tẩy sinh học, người ta thường bơm tuần hoàn dung dịch chất
tẩy chảy qua bề mặt lớp cáu cặn, hoặc ngâm cáu cặn trong dung dịch chất tẩy
ở nhiệt độ thường hay ở nhiệt độ khoảng 70-80oC, trong thời gian khoảng 2432 giờ, tùy theo độ dày lớp cáu cặn.
14


3, Tẩy cặn bằng phương pháp sóng siêu âm: Ở phương pháp này người
ta phải sử dụng máy phát sóng siêu âm để bắn phá, làm bong lớp cáu cặn trên
bề mặt của thiết bị, sau đó dùng nước rửa sạch lớp cáu cặn đã bị bong ra.
Phương pháp tẩy cặn bằng sóng siêu âm là một phương pháp hiện đại, có hiệu
quả cao và có một số ưu điểm hơn các phương pháp tẩy cặn khác như: Thời
gian tẩy nhanh, thao tác đơn giản, mức độ tẩy sạch cao, có thể tẩy được lớp
cặn rất dày, khơng gây ăn mịn thiết bị, khơng ơ nhiễm mơi trường. Tuy nhiên
tẩy cặn bằng phương pháp sóng siêu âm có những nhược điểm [6]:
+ Khơng làm sạch được tồn bộ hệ thống mà chỉ những khu vực có lắp
đặt thiết bị siêu âm.
+ Việc phá vỡ cáu cặn xong lại gây tắc ở các bầu lọc.
+ Chi phí lắp đặt thiết bị nhiều tiền, tốn nhiều điện năng.
+ Không làm vỡ được những cáu cặn hữu cơ, rong rêu, vi sinh, gỉ sắt.
+ Có thể gây nguy hiểm cho người vận hành và người ở xung quanh.
+ Giá thành của thiết bị phát sóng rất cao, nhiều nơi chưa chế tạo được.
1.5 Các loại chất tẩy rửa cáu cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt
Hiện nay người ta thường sử dụng một số chất tẩy cặn cho các thiết bị

trao đổi nhiệt như lị hơi, máy cất nước, két nước ơ tơ, điều hịa nhiệt độ, thiết
bị ngưng, thiết bị sinh hàn:
1.5.1 Chất tẩy cặn axit vô cơ
Chất tẩy cặn axit vơ cơ có thành phần chất tẩy chính là dung dịch các
axit vô cơ và các phụ gia: Ức chế ăn mòn, ức chế lắng cặn, chất hoạt động bề
mặt, chất khử.
- Thành phần của chất tẩy cặn axit vô cơ thường là dung dịch axit HCl
hàm lượng 10-15% và axit HF hàm lượng 0,5-1,5%. Dung dịch axit HCl có
tác dụng hoà tan các muối CaCO3, CaSO4, MgCO3, MgSO4, Fe2O3 trong
thành phần của lớp cặn. Dung dịch axit HF hòa tan thành phần cặn oxit silic
SiO2.

15


- Phụ gia ức chế ăn mịn có tác dụng ngăn cản phản ứng ăn mòn của
các axit HCl, HF với kim loại chế tạo thiết bị. Các chất sử dụng làm phụ gia
ức chế ăn mòn kim loại trong chất tẩy cặn axit thường là: Urotropin, Thioure
và một số sản phẩm ngưng tụ giữa Benzylamin với Urotropin [10,11]. Hàm
lượng của chất phụ gia ức chế ăn mòn trong chất tẩy cặn axit chiếm khoảng 15% về khối lượng.
- Phụ gia ức chế lắng cặn có tác dụng liên kết hoặc tạo phức với các ion
Ca2+, Mg2+ tạo thành trong q trình hịa tan cặn. Các phức với ion Canxi và
Mage này sẽ không thể kết tủa bám trở lại trên bề mặt của thiết bị để tạo
thành lớp cặn mới. Chất ức chế lắng cặn được dùng trong dung dịch tẩy cặn
axit thường là: EDTA, axit Citric, axit Acrylic, polyacrylic hay polyacrylat
[14,17]. Chất ức chế lắng cặn chiếm tỷ lệ 0,1-0,5% khối lượng dung dịch chất
tẩy cặn.
- Chất hoạt động bề mặt là những chất thấm ướt và tẩy rửa, có tác dụng
làm cho dung dịch axit thấm sâu vào trong lớp cặn, tới bề mặt tiếp xúc giữa
lớp cặn với thiết bị, làm cho cặn nhanh chóng bị hịa tan. Chất hoạt động bề

mặt cịn có tác dụng tẩy rửa cáu bẩn, tạo nhũ tương, tạo bọt làm ngăn cản sự
đóng cặn trở lại trong q trình hịa tan cặn. Chất hoạt động bề mặt được sử
dụng trong chất tẩy cặn axit là: Leanler ankylbenzen sunfonic (LAS) hoặc
Natri đibutyl naphtalen sulfonat (DBNS), với tỷ lệ 0,5-1,5% khối lượng của
chất tẩy cặn.
Ngoài ra trong thành phần của chất tẩy cặn axit cịn có thể có chất khử
với tỷ lệ từ 0,5-1,5%. Chất khử có tác dụng chống đơng đặc và kết tủa cặn,
đồng thời còn làm giảm tốc độ ăn mòn kim loại do axit gây lên. Người ta
thường sử dụng các chất: Hidroxylamin sunfonat, Formandehit, Etylenglicol
để làm chất khử trong dung dịch tẩy cặn [12,13].
Hiện nay chất tẩy cặn axit vẫn được sử dụng khá phổ biến, để tẩy cáu
cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt như lò hơi, hệ thống giải nhiệt, đường ống
hơi nước…Tuy nhiên chất tẩy cặn axit vơ cơ thường gây ăn mịn kim loại khá
lớn, nhất là đối với những kim loại màu như đồng, nhơm, thiếc…Ngồi ra cịn
16


gây ô nhiễm môi trường. Dung dịch tẩy cặn axit vơ cơ có thể gây nguy hiểm
cho người trong khi thao tác.
1.5.2 Chất tẩy cặn kiềm
Chất tẩy cặn kiềm được pha chế bằng các chất kiềm, có thể được bổ
sung thêm chất tẩy rửa. Chất tẩy cặn kiềm có tính năng tẩy sạch kém, chủ yếu
dùng để vệ sinh các thiết bị có ít cáu cặn, lớp cặn mỏng. Qúa trình tẩy cặn
phải thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao mới cho hiệu quả tẩy sạch.
Chất tẩy cặn kiềm được pha chế bằng các chất kiềm NaOH hay KOH
và Natri phốt phát Na3PO4 hay Natri Tripoly phốt phát Na5P3O10 cùng với
chất hoạt động bề mặt. Các chất kiềm và muối phốt phát dưới tác dụng của
nhiệt độ sẽ tác dụng với các chất oxit, muối trong thành phần của cặn, làm tan
rữa kết cấu lớp cặn. Thành phần của chất tẩy cặn kiềm bao gồm: NaOH 2-3%,
Na3PO4 3-5% hoặc Na5P3O10 2-3% và 1% chất hoạt động bề mặt [2,9,13].

Chất hoạt động bề mặt thường được sử dụng là Leanler ankylbenzen sunfonic
(LAS) hoặc Natri đibutyl naphtalen sulfonat (DBNS).
Trong thực tế chất tẩy cặn kiềm ít được sử dụng hơn chất tẩy cặn axit vì
phải tiến hành ở nhiệt độ cao 90-100oC, khả năng tẩy sạch cặn kém và thời
gian tẩy cặn kéo dài hơn. Tuy nhiên chất tẩy cặn kiềm có ưu điểm là khơng
gây ăn mịn kim loại và có giá thành thấp.
1.5.3 Chất tẩy cặn hữu cơ, sinh học
Chất tẩy cặn pha chế bằng các axit sinh học, axit hữu cơ, thường gọi là
chất tẩy cặn sinh học. Loại chất tẩy cặn này đã được các nước như Mỹ,
Australia, Trung Quốc nghiên cứu chế tạo và sử dụng nhiều trong thực tế
những năm gần đây để thay thế chất tẩy cặn kiềm và axit vô cơ. Trên thị
trường hiện nay đang lưu hành chất tẩy cặn sinh học do Mỹ và Australia sản
xuất, có các tên thương mại là DYNAMIC DESCALER, RYDLYME, LibbSafe
7900. Chất tẩy cặn sinh học khơng ăn mịn kim loại chế tạo thiết bị, không
gây nguy hiểm cho người sử dụng, thân thiện với mơi trường. Mặt khác chất
tẩy cặn sinh học cịn có thể tái chế sau khi đã dùng tẩy cặn [5,6,12 ].
17


Chất tẩy cặn sinh học được pha chế bằng các axit sinh học, axit hữu cơ
như: Axit Lactic, axit Citric, Sulfamic và các chất phụ gia để tăng cường khả năng
hòa tan cáu cặn và chống ăn mòn kim loại.
Do có nhiều ưu điểm hơn chất tẩy cặn axit vơ cơ và kiềm, cho nên hiện
nay chất tẩy cặn sinh học đang được ưa chuộng để tẩy cặn cho tất cả những
thiết bị trao đổi nhiệt, nhất là các thiết bị trao đổi nhiệt cao cấp, được chế tạo
bằng các kim loại đắt tiền như đồng, nhơm, kẽm...
Tính chất, thành phần của một số chế phẩm chất tẩy cặn sinh học
do Mỹ sản xuất:
* Chất tẩy cặn Rydlyme [5,6]:
Chất tẩy cặn Rydlyme là một chế phẩm tẩy cáu cặn bằng axit hữu cơ,

sinh học do tập đoàn Apex Engineering Products Corporation của Mỹ sản
xuất. Rydlyme có thể tẩy sạch những cáu cặn nước như: Cặn bám, bùn và gỉ
sắt trong các thiết bị: Làm lạnh, bộ trao đổi nhiệt, sinh hàn, bình ngưng, máy
chưng cất nước, lị hơi, máy điều hịa nhiệt độ…
Chất tẩy cặn Rydlyme an tồn, khơng độc hại, không gây nguy hại cho
người khi tiếp xúc, không cháy, khơng giải phóng khí độc, khơng ăn mịn kim
loại và tự phân huỷ khi thải ra mơi trường.
Rydlyme có các tính năng thấm ướt, xâm nhập mạnh để hịa tan cáu cặn
trong thời gian ngắn. Rydlyme có thể sử dụng được trong ngành thực phẩm,
dược phẩm [ 5,6 ].
Thành phần, tính chất của chất tẩy cặn Rydlyme khi ở dạng đậm đặc:
- Dạng chất : Chất lỏng mầu vàng nâu nhạt
- Tỷ trọng: 1,045
- Độ pH : Nhỏ hơn 3
- Nhiệt độ sôi : 101oC /213F
- Nhiệt độ đông đặc: -18oC
- Tan tốt trong nước, trong ancol, aceton
- Thành phần axit hữu cơ, sinh học (ở dạng đặc: 80 - 90%)
- Có mùi: Chua nhẹ
18


- Khơng bắt lửa, khơng kích thích da, mắt, khơng ăn mịn kim loại, cao
su, nhựa, kính, phân hủy sinh học khi thải ra môi trường.
- Khi sử dụng pha trong nước đạt nồng độ là 30-40%
- Hòa tan tối đa 540g CaCO3/1 lit 90%, hay 180g CaCO3/1 lit dd 30%
* Chất tẩy cặn Dynamic Descaler
Dynamic Descaler là tên thương mại của chế phẩm tẩy cặn sinh học do
hãng Precision Dynamics Inc, Texas, Hoa Kỳ sản xuất. Dynamic Descaler có
khả năng tẩy sạch gỉ, cặn vôi, bùn, cặn Canxi cacbonat, Mage cacbonat cặn

oxit silic và các chất hữu cơ bám trong nồi hơi, thiết bị trao đổi nhiệt, bộ tản
nhiệt điều hòa nhiệt độ, thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước… [13].
Chất tẩy cặn Dynamic Descaler có thành phần và tính chất giống với
chất tẩy cặn Rydlyme, khi ở dạng dung dịch đậm đặc có các tính chất:
- Dạng chất: Chất lỏng màu vàng nâu nhạt
- Tỷ trọng: 1,045
- Độ pH: Nhỏ hơn 3
- Nhiệt độ sôi: 101oC
- Tỷ lệ thành phần axit hữu cơ, sinh học: 80 - 90% (khi ở dạng đặc)
- Tan tốt trong nước, trong ancol, aceton
- Có mùi : Chua nhẹ
- Khơng bắt lửa, khơng kích thích da, mắt, khơng ăn mịn kim loại, cao
su, nhựa, kính, phân hủy sinh học
- Khi sử dụng: Pha với nước đạt nồng độ từ 25%-40%
- Hòa tan (tối đa 540g CaCO3/1lit nồng độ 90%, tương đương với 180g
CaCO3/1 lit dung dịch tẩy 30% khi sử dụng)
* Chất tẩy cặn Libb Safe 7900 [14]
Chất tẩy cặn Libb Safe 7900 là chế phẩm tẩy rửa cáu cặn nước, dạng
bột do công ty LIBB sản xuất theo công nghệ của Australia. Libb Safe 7900
có tác dụng tẩy sạch các cáu cặn muối cứng, gỉ sét và protein đóng kết trong
các đường ống tháp giải nhiệt, hệ thống trao đổi nhiệt, nồi hơi nước, lị hơi.
Libb Safe 7900 có thành phần chính là axit Sulfamic. Khơng ăn mịn kim loại,
19


khơng kích thích da khi tiếp xúc khơ, khơng có mùi khó chịu. Khi sử dụng
chất tẩy cặn được hịa tan trong nước tạo thành dung dịch có nồng độ chất tẩy
là 10 - 20%.
Thành phần, tính chất:
- Dạng bề ngoài : Bột màu trắng

- Tỷ trọng: 2,1
- pH (dung dịch 1%, 25oC): 1,18
- Acid rắn : > 90%
- Phụ gia cho đủ 100%
1.6. Phương pháp đánh giá ăn mòn kim loại của mơi trường ăn mịn
Để đánh giá mức độ ăn mòn kim loại hay đánh giá ảnh hưởng của mơi
trường ăn mịn đến độ bền chống ăn mịn của kim loại, người ta thường đánh
giá thông qua giá trị tốc độ ăn mịn kim loại của mơi trường ăn mịn. Tốc độ
ăn mịn càng lớn thì mức độ ăn mịn của mơi trường ăn mịn càng lớn. Có
nhiều cách để xác định tốc độ ăn mòn [23]:
- Phương pháp khối lượng.
- Phương pháp phân tích nồng độ kim loại bị hồ tan vào mơi trường ăn
mịn và suy ra tốc độ ăn mòn kim loại.
- Phương pháp điện hố.
1.6.1 Đánh giá ăn mịn bằng cách xác định tốc độ ăn mòn theo phương
pháp khối lượng
Tốc độ ăn mòn kim loại do mơi trường ăn mịn gây ra được tính theo
lượng kim loại bị mất đi, ứng với một đơn vị thời gian và đơn vị diện tích
mẫu. Tốc độ ăn mịn được xác định theo cơng thức sau:
ρ=

Trong đó:

mo − m ∆m
(g/m2.h)
=
S ×t
S ×t

ρ - là tốc độ ăn mòn;

∆m - độ giảm khối lượng mẫu sau thời gian ngâm (gam);
S - diện tích bề mặt mẫu (m2 hay mm2);
t - thời gian ngâm mẫu hay thời gian ăn mòn (giờ);
20


m0 - là khối lượng mẫu kim loại trước thí nghiệm (gam);
m - là khối lượng (gam) mẫu kim loại sau thời gian thí nghiệm t giờ
Gía trị tốc độ ăn mịn càng lớn thì tính ăn mịn của mơi trường càng cao.
Từ giá trị tốc độ ăn mòn kim loại xác định được qua thực nghiệm, người ta có
thể đánh giá được mơi trường ăn mịn đó là: Ăn mòn rất chậm, ăn mòn chậm,
ăn mòn, ăn mòn nhanh, ăn mòn rất nhanh.
Tốc độ ăn mòn còn được đánh giá qua chiều sâu lớp kim loại bị ăn mòn
(chiều dày lớp kim loại bị mất đi tính trung bình trong một năm) P(mm/năm).
P = 8,76.

ρ
d

(mm/năm)

Từ giá trị của P, thơng qua thang phân loại độ bền chống ăn mịn của
kim loại, người ta có thể đánh giá được mức độ ăn mịn kim loại của mơi
trường ăn mịn [23].
1.6.2 Đánh giá ăn mòn bằng cách xác định tốc độ ăn mịn theo phương
pháp điện hóa
Để xác định tốc độ ăn mòn người ta thường sử dụng phép đo đường
cong phân cực theo phương pháp dòng tĩnh hoặc thế tĩnh. Từ phép đo đường
cong phân cực có thể xác định được các giá trị thế ăn mòn Eăn mòn, dòng ăn
mòn iăn mòn và điện trở phân cực Rp, từ đó ta có thể xác định được tốc độ ăn

mịn Văn mòn.
Tốc độ ăn mòn được xác định từ thế, dòng ăn mòn và điện trở phân cực
bằng phương pháp ngoại suy đường cong Tafel hoặc phần mềm FRA “Fit and
Simulation” xử lý số liệu trên phổ tổng trở điện hóa đo được.
Từ giá trị tốc độ ăn mịn xác định được, sẽ đánh giá được mức độ ăn
mòn kim loại của mơi trường ăn mịn là: ăn mịn rất chậm, ăn mòn chậm,
ăn mòn, ăn mòn nhanh hay ăn mòn rất nhanh.

21


Chương 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
2.1 Nghiên cứu lựa chọn một số chất hữu cơ, sinh học để pha chế chất tẩy
cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt
Nói chung thành phần của tất cả các loại cặn nước hình thành trong các
thiết bị trao đổi nhiệt như lị hơi, đường ống hơi nước, két nước ơ tơ… đều
bao gồm các chất: Canxi cacbonat, Mage cacbonat, Canxi sulfat, Mage sulfat,
oxit sắt Fe(OH)3.H2O, oxit silic SiO2 (mục 1.2). Dưới tác dụng của nhiệt, các
chất này tích tụ và kết tủa, bám chặt vào bề mặt của thiết bị tạo thành lớp rắn
chắc. Trong thực tế, để hòa tan nhanh chóng lớp cặn này, người ta thường sử
dụng chất tẩy cặn axit vơ cơ có thành phần chính là dung dịch axit HCl nồng
độ 10-15%. Tuy nhiên dung dịch axit HCl ở nồng độ 10-15% lại gây ăn mòn
các kim loại sắt, đồng, nhơm, kẽm rất lớn và có thể còn gây tác động xấu đến
các vật liệu khác như nhựa, cao su…
Nếu sử dụng chất tẩy là dung dịch kiềm gồm NaOH và Na3PO4 thì tác
dụng hịa tan lớp cặn không cao, thường phải tiến hành ở điều kiện nhiệt độ,
áp xuất cao, thời gian tẩy sạch cặn rất lâu [1]. Do vậy chất tẩy cặn kiềm rất ít
được sử dụng để tẩy cặn cho các thiết bị trao đổi nhiệt.
Chất tẩy cặn bằng dung dịch axit hữu cơ, axit sinh học có nhiều ưu

điểm hơn chất tẩy cặn bằng axit vơ cơ và kiềm như: Khơng ăn mịn kim loại
và các vật liệu chế tạo thiết bị, không độc hại và khơng gây ơ nhiễm mơi
trường do có thể phân hủy sinh học khi thải ra môi trường. Thời gian hòa tan,
tẩy rửa cáu cặn khá nhanh, dễ thao tác sử dụng. Tuy nhiên để có thể hịa tan,
tẩy sạch được hết cáu cặn một cách hiệu quả, người ta phải lựa chọn và pha
chế kết hợp các axit hữu cơ, axit sinh học với nhau và với các chất phụ gia
một cách thích hợp.
Từ việc nghiên cứu tính chất, tác dụng của các axit sinh học và axit hữu
cơ, chúng tôi đã nhận thấy, trong số các axit sinh học và axit hữu cơ có axit
Lactic và Sulfamic là những axit có thể phản ứng, tác dụng mạnh với các
22


muối cacbonat, sunfat của canxi, mage và oxit sắt. Các chất này là thành phần
chính của lớp cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt. Axit Lactic là một axit sinh
học, không độc hại đối với sức khỏe con người và vật ni, có thể phân hủy
sinh học khi thải ra mơi trường, vì vậy khơng gây độc hại và ô nhiễm môi
trường [15,16,17]. Axit Lactic không ăn mòn các kim loại sắt, đồng, nhôm,
kẽm, [15,16,17]. Axit Sulfamic là một axit hữu cơ (amin axit) ít độc hại,
được sử dụng nhiều trong hố dược, ít ăn mịn kim loại, có thể phân hủy sinh
học ở nồng độ lỗng vì vậy cũng không gây ô nhiễm môi trường [17,21].
Chúng tôi đã lựa chọn axit Lactic kết hợp axit Sulfamic, làm thành
phần chất tẩy để hòa tan, tẩy sạch cáu cặn. Lựa chọn EDTA, Urotropin làm
phụ gia chống lắng cặn và bảo vệ ăn mịn kim loại. EDTA là một polyamino
axit khơng độc hại, được sử dụng trong dược phẩm và thực phẩm. Urotropin
là một amin hữu cơ ít độc hại, được sử dụng làm thuốc trị bệnh đường ruột
cho vật nuôi [17,18]. Sử dụng chất hoạt động bề mặt Leanler ankylbenzen
sunfonic (LAS) làm phụ gia thấm ướt để rút ngắn thời gian và tăng cường khả
năng hòa tan cặn. Sử dụng Etylenglycol làm chất khử để chống kết tinh, đông
đặc và kết tủa dung dịch tẩy cặn. LAS và Etylenglycol đều là những chất

không độc hại và dễ phân hủy sinh học khi thải ra môi trường, được sử dụng
trong mỹ phẩm, làm chất giặt rửa trong sinh hoạt.
2.1.1 Tính chất và ứng dụng của axit Lactic [15,16,17]
Axit Lactic có cơng thức cấu tạo là:

Hay CH3-CH(OH)-COOH (axit 2 - hiđroxipropionic). Công thức phân
tử: C3H6O3, khối lượng phân tử M = 90,08.
Là một axit yếu, hằng số axit Ka = 10-3,86, là chất lỏng sánh, không màu
hoặc màu vàng nhạt, ở dạng tinh khiết khơng có mùi, khối lượng riêng d = 1,24
g/cm3, nhiệt độ nóng chảy tnc = 18oC, nhiệt độ sôi ts = 122oC/12 mmHg. Tan tốt
trong nước, etanol, ete.
23