CC BY
29
УДК 664:62-192
Сухенко Ю.Г., д.т.н., професор ([email protected]) Сухенко В.Ю., к.т.н., доцент Доценко В.В., студ. мапстратури © Нацюнальний утверситет бюресурав I природокористування Украши, Кигв
БЕЗПЕЧН1 ШГ1БГГОРИ КОРОЗП ДЛЯ ХОЛОДОНОСПВ ПЕРЕРОБНИХ I ХАРЧОВИХ ПЩПРИСМСТВ АПК
Розроблет та дослгджет ¡нг1бтори корозп для тепло- I холодоноспв, допомгжних I основних середовищ переробних I харчових тдприемств, ят здатш працювати в широкому ¡нтервал1 температур, не пог1ршують мщтстних характеристик сталей, мають добрг саттарно-еколог1чн1 властивост1.
Ключо^^ слова: обладнання, довговгчтсть, надттсть, корозгя, харчовг середовища, табтори.
Змiйовиковi та пластинчаст теплообмшники використовують на заводах первинного виноробства, тдприемствах бродильно!, м'ясомолочно! та хлiбопекарноl промисловостг Пiдведення холодоноспв до них здiйснюeться по трубах з вуглецевих сталей, якi кородують i зменшують теплопередачу в апаратах [1,2,3].
Пастиризацшно-охолоджувальш установки для вина ВПУ-5 забезпечують подачу вина по трубах з нержавшчо! сталi, а гарячо! i холодно! води - по трубах з вуглецевих сталей, яю кородують i зменшують ефектившсть теплообмiнних апаратiв. Аналогiчнi за конструкщею i пастеризатори Р-11-Е фiрми „Альфа-Лаваль", де за холодоноси править холодна вода або ропа.
Охолоджуючi ропш системи в харчовiй i переробнш промисловостi застосовуються там, де безпосередне охолодження за допомогою холодильного агента не бажане. Найбшьш вживаними холодоноаями в цих випадках е розчини хлористого натрш (№С1), хлористого кальцш (СаС1), хлористого магнiю (MgQ2), яю забезпечують отримання низьких температур (до - 50 °С). Для досягнення бшьш низьких температур за промiжний холодоносiй можна взяти етиленглiколь, фреон, етиловий спирт, толуол, iзопропiлбензол та iншi речовини [6]. З випарника амiачноl чи фреоново! машини ропа насосом подаеться в охолоджувальш батаре!, отримуе тепло з навколишнього середовища i повертаеться назад.
Ропнi системи знайшли широке використання на промислових i торгових пiдприемствах, на фабриках з виробництва морозива, в бродильнш i молочнiй, м'яснiй, виннiй та шших галузях промисловостi, а також у вагонах-льодниках [1-7]. Для виготовлення трубопроводiв амiачних та фреонових холодильних машин велико! i середньо! продуктивности водяних i ропних трубопроводiв
© Сухенко Ю.Г., Сухенко В.Ю., Доценко В.В., 2009
312
застосовують безшовш труби iз сталей марок В Ст.3 сп 1, ВМ Ст.3 сп 1, Ст.3 та 20 [8,9].
Термш служби обладнання до появи нас^зних руйнувань пiд дieю холодильно! ропи коливаеться в межах 0,5-3 роки. Характерна нерiвномiрна корозiя насоав, апаратури i трубопроводiв, виготовлених з чавуну та вуглецево! сталi Ст.3, Ст.4, а також сталей 10 i 20, хоча цi метали е основними конструкцшними матерiалами для виготовлення згаданих виробiв i випарниюв i батарей ропних систем [6]. Застосування ж нержавшчих сталей типу 12Х18Н9Т не дае бажаних результаив, тому що вони пiддаються корозшному розтрiскуванню (рис. 1).
Рис. 1 Фрагменти вражених корозiею пластин П-2 iз сталi 12Х18Н9Т пастеризащйно-охолоджувально! установки ОПУ-15 (2000 год. експлуатаци на мюькому молочному заводi №2 у м. Киев^ пiд дiею ропи: а- загальний вигляд; б- фрагмент поверхш бiля гумового ущiльнення; в,г- втомне мiжкристалiтне руйнування та фретинг-корозiя.
Сталi ж марок Х17Н13М3Т i Х17Н13М2Т хоча i е бшьш стiйкими у ропах, але вони дороп i дефiцитнi [9].
Зменшити агресивнiсть ропи можна за рахунок домiшування до не! хромату натрш (Na2CrO4) з !дким натром (ШОН) до рН 8,5. Але хромат натрш
313
негативно дiе на шюру обслуговуючого персоналу [9]. 1нпбують ропш середовища також за допомогою фосфатiв i полiфосфатiв, карбонату i нiтриту натрiю, оксиду кадьцiю [10,11]. Найбшьш ефективними iнгiбiторами для ропних середовищ е все ж хромати, як ще з 40-х роюв минулого столiття застосовували для захисту ропних систем м'ясопереробних пiдприемств [11], але вони токсичнi та еколопчно небезпечнi. Крiм того недостатня кшьюсть iнгiбiтора, збiльшення кислотностi або температури середовища може призвести до штенсифжацп корозiйного руйнування металiв. Фосфати ж менш ефективнi [6,10,11,14].
Основним методом для виявлення захисно! ди iнгiбiторiв i корозшно1 активностi середовищ у лабораторних умовах е гравiметричний. Випробовували зразки, механiчно очищенi вiд окалини та iржi, знежиренi, маркованi i висушенi на повiтрi протягом 30 хв. Зразки з вуглецевих сталей мали розмiри 30х10х0,8 мм, а !х кiлькiсть для одше1 серп випробувань складала п = 5 шт. У зразках сверлили отвори дiаметром 2 мм для пiдвiшування на скляних гачках випробувального стенду [14].
Мштюсть для випробувань мала центральш пропелернi змiшувачi. Температуру середовищ в дослщах пiдтримувалися на рiвнi Т = 293 ± 0,5 К. На 1 см2 поверхш готували щонайменше 8-10 см3 середовища.
Ступшь захисту iнгiбiторiв обчислювали за формулою:
V - V
I = -°-^ • 100%, (1)
V ' 0
де V0, Vi„г - вiдповiдно, швидкост корози зразкiв у середовищi без шпб^ора та з iнгiбiтором.
Швидюсть корозп розраховували за формулами:
Ада0 Ат .
Vo = —та V», =, (2)
Л•т Л •т
де Ат0, Аmi„г - вщповщно, втрата маси зразка в середовищi без iнгiбiтора та з шпб^ором, г; S - площа поверхш зразка, м; т - час випробувань, дiб.
Було дослщжено вплив гiдрооксиду натрiю i двохромовокислого натрш на зниження корозшно1 активностi 15%-вих розчинiв хлоридiв кальцiю i натрш у жорсткiй водi (дистильована вода + 30 мг/л хлориду натрш + 70 мк/л сульфату натрш [13]) - компонент холодоносив для ропних систем.
Бшьш ефективним у дослщжених ропах виявився гiдрооксид натрш. В 15%-вому розчинi СаС12 при додаванш до нього 0,2-0,5 г/л №ОН на сталi Ст.3 утворюеться важкорозчинна плiвка, яка захищае метал вщ корозп. В 15%-вому розчиш №С1 така плiвка утворюеться при введенш 2,5-3,0% iнiгiбiтора NaOH. В обох випадках ступiнь захисту металу вiд корози, оцiнений з використанням формул (1,2), наближався до 100%
Вивчено захисну дiю цукрату кальцш при корози сталi Ст3 у 10-30%-вих розчинах холодоносив з хлористим кальцiем. При введеннi 1% шпб^ору в 30%-вий розчин СаС12 швидюсть корози деталей промислово1 установки зменшуеться в « 5 разiв [11].
314
Бшьшють холодильних машин середньо! продуктивност i Bci велию охолоджуються водою з артезiанських свердловин, рiчок, ставюв, озер та мюько! водопровщно! мережi. Для вiдведення 1 кВт енерги холодильного агента потрiбно близько 0,1 м3/год води. Таким чином, витрати води для великих холодильниюв досягають десяткiв кубометрiв за годину [9]. А тому доцшьно застосовувати системи зворотного водопостачання, яю для охолодження води включають форсунковi басейни, бризкальнi, плiвковi, крапельнi та вентиляторш градирнi, деталi яких потребують захисту вiд корозп за допомогою iнгiбiторiв.
Iнгiбiтори корози iстотно впливають на окремi види корозiйного i корозiйно-механiчного зношування трубопроводiв насосiв i компресорiв. Загальний знос систем водопостачання i металоконструкцiй е результатом впливу тертя, вiбрацil, хiмiчноl i електрохiмiчноl корозп, втоми тощо. Iнгiбiтори впливають на вс складовi процесу.
1нпб^орна композицiя на молiбденовiй основi Perfor Мах 401 фiрми Drew Ameroid U.K., Ltd ефективно запобiгае корози та утворенню вiдкладень у вщкритих рециркуляцiйних водоохолоджувальних системах. Вона не мштить фосфатiв, хроматiв i цинку, що робить ll екологiчно прийнятною. Наявний у композици ароматичний азол забезпечуе протикорозiйний захист сталi i мiдних сплавiв, а розпушуючi реагенти виключають утворення шламiв i накопичення солей жорсткост [11,12].
Проведенi нами дослщження показали, що за шпб^ори корози можна з успiхом використати нетоксичш речовини харчових i переробних виробництв АПК - декстрин, желатин, вщходи пивоварного виробництва (бiлковий вщстш, пивну шротину, пивнi дрiжджi). Особливо вони ефективш у поеднанi з деякими неоргашчними речовинами (гiдрооксидом натрш або кальцiю).
Дослiджений iнгiбуючий вплив цих нетоксичних речовин на корозш вуглецево! сталi у водi при температурi 293 К (табл. 1).
Таблиця 1
Вплив концентрат!" шг1бггор1в корозп на CTyniHb захисту сталi Ст3 у
питнш вод1
1нпбггор Z, % при введенш шпбгтор1в наступних концентрацш (С, % по мас1)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Ылковий вщстш 71 76 68 61 60
Пивна шротина 71 57 63 35 30
Декстрин 45 83 72 86 65
Пдроксид натрiю 86 100 100 98 100
На основi вивчення взаемного впливу легкодоступних для використання компонентiв нетоксичних iнгiбiторiв корозп при рiзних температурах корозшних середовищ оптимiзованi рецептури синтезованих нами захисних складiв 1ГК-1 (0,2% бшкового вiдстою + 0,2% гiдрооксиду натрш), 1ГК-2 (0,1% пивно! шротини + 0,2% гщрооксиду натрiю) та чистого гщрооксиду натрiю (табл. 2).
315
Таблиця 2
Вплив концентрацп шНб1тор1в корозн та ïx сум1шей на CTyniHb захисту
сталi Ст3
Концентрация по маа С, % Стутнь захисту Z, %
Пдроксид натрш Бшковий ввдстш 1ГК-1 Пивна шротина 1ГК-2
1 2 3 4 5 6
0,1 86 71 70 71 91
0,2 100 76 94 57 100
0,3 100 68 91 63 91
1 2 3 4 5 6
0,4 98 61 80 35 87
Дослiдженi комбшоваш iнгiбiтори корозп за своею ефективнiстю перевищують дш компоненив, що входять до ïx складу. Змшана ефективна взаемодiя оргашчних i неорганiчниx iнгiбованиx систем обумовлена тим, що вони, адсорбуючись на поверхш металу, утворюють захисну плiвку, яка iзолюе кородуючу поверхню вщ агресивноï дiï середовища та зменшуе або повнiстю виключае проходження анодних чи катодних реакцш [14].
Таким чином, запропоноваш iнгiбiтори корозiï е дешевшими, екологiчно безпечними i можуть бути синтезованi з доступноï сировини - вiдxодiв харчових i переробних виробництв АПК.
Лiтература
1. Николаев Л.К., Листовский Р.Р. Теплообменные аппараты бродильной промышленности: Монография. - М.: Пищевая промышленность, 1973. - 160 с.
2. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности /В.Н. Стабников. - М.: Пищев. Пром-ть, 1983. - 239 с.
3. Чупахин Н.М. Монтаж, эксплуатация и ремонт холодильных установок. М.: Пищевая промышленность, 1988. - 150 с.
4. Сурков В.Д., Липатов Н.Н., Барановский Н.Н. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1970. - 552 с.
5. Константинова Е.В., Семенова Л.С. Сборник научных трудов УкрНИИСоль 7(15), 121, 1994. - С.15-18.
6. Еркин А.П., Корнеев А.М., Харитонов В.П. Устройство и эксплуатация холодильных установок. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 312 с.
7. Best G.E., McGrew J.W. Corrosion, 12, № 6, 42 (1956).
8. Антипов Н.А. Мясная индустрия, № 3, 1938. - С. 9-10.
9. Тищенко Г.П., Зинченко М.В. Защитные покрытия в пивоварении. - М.: Пищевая промышленность, 1990. - 128 с.
10. Сухотин А.М., Борщевский А.М., Корж Е.Н. Ингибирование стали в растворах хлористого кальция // Защита металлов. -1982.-Т.18, № 2.-С. 268-270.
11. Anti-Corros. Meth. Mater. -1988. -V.35, № 6. -P.21.
12. Molybdate corrosion inhibitor // Anti - Corros.Meth.and.1988, 35,№ 6.-21.
13. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии: Монография.- М.: Химия, 1977.-352 с.
316
14. Интенсификация процессов и защита оборудования пищевых производств/Г.П. Тищенко, В.Ю. Сухенко, Ю.Г. Сухенко.-К.:<^я»,2006.-224 с.
Summary
The corrosion inhibitors for hot- and a cold fluids, auxiliary and basic media of the processing and food enterprises were developed and studied, which are capable of perform in a wide range of temperatures, do not worsen durability performance of still, have good sanitary-ecological properties.
Keywords: the equipment, durability, reliability, corrosion, food environments, inhibitor.
Стаття надшшла до редакцИ 24.09.2009
317
