JPH0675714B2 - スケ−ルの堆積を抑制するための組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水系システムでのスケール（scale）および
スラッジ（sIudge）の堆積を抑制するための、改善され
た組成物に関する。更に特定的には、ナトリウムカルボ
キシメチルセルロース（“CMC"）およびグルコン酸もし
くはグルコヘプトン酸の何れかもしくは両者、またはこ
れらのものの水溶性の塩からなる少量の組成物を、水蒸
気発生系に加え、その中にスケールおよびスラッジ堆積
物の生成するのを防止する。

加熱表面上のスケールおよびスラッジ堆積物の生成は、
ボイラー操作で遭遇する最も重大な問題であり、これ
は、カルシウムおよびマグネシウム塩、および鉄の如
き、介在するスケール生成性の不純物の結果である。ボ
イラー供給水の外部での軟化は、これらの物質を一部除
去するが、工業用ボイラーおよび他の水系システムにお
いては、スケール生成を妨げる目的で、内部的な化学処
理が典型的に応用される。ボイラー用水の化学処理に
は、一般に、ボイラースラッジを流体の形に維持するた
めに、沈殿剤とスラッジコンディショナーの組み合せ使
用が含まれる。カルシウム塩の沈殿に最も普通に使用さ
れる化成品は、ソーダ灰およびリン酸ナトリウム類、例
えばリン酸二ナトリウム、リン酸三ナトリウムおよびメ
タリン酸ナトリウムである。マグネシウム塩は、ボイラ
ー用水のアルカリ性によって水酸化マグネシウムとして
沈殿される。

沈殿もしくはスラッジは、スラッジコンディショナーの
添加によって非粘着性で容易に取り扱い可能とされ、こ
のものはブローダウン（blowdown）を通して周期的にボ
イラーから除去される。ポリアクリレート類、ポリメタ
クリレート類およびカルボキシメチルセルロースの如き
化合物が、植物加工プラントおよび米国農務省（United
States Department of Agriculture）（USDA）検査の
肉および家禽のプラントの如き、或る種の装置におい
て、スラッジコンディショナーとして使用されてきた。
しかし、多くの食物加工プラントにおいては、食物医薬
機構（Food and Drug Administration）（“FDA"）によ
って安全が一般的に認められている（“GRAS"）ような
ボイラー用水添加剤のみを使用することが要求される。
例えば、ボイラー中で生成された水蒸気または水蒸気発
生システムが、加工されつつある食物と接触する所で
は、GRAS物質が好ましいことがしばしばある。ポリアク
リレート類およびポリメタクリレート類はGRAS物質では
ない。

ナトリウム−CMCはGRAS物質であり、以前は、スラッジ
コンディショニング用に、単独もしくは他の物質との組
み合せの何れかで、使用されてきた。例えば、米国特許
第3,188,289号（カーラー（Kahler）ら）には、CMCのナ
トリウム塩を供給水の中へ導入することによって、水蒸
気発生システム中の堆積物を低減させ、或いは抑制する
ことが開示されている。米国特許第3,483,033号（カセ
イ（Casey）には、生さとうきび（raw cane）およびビ
ート糖ジュースの蒸発の間のスケール堆積物の生成を、
加水分解されたポリアクリルアミド、アルギン酸ナトリ
ウムもしくはCMCの如き保護コロイドおよび好ましくは
次のもの:EDTA、例えばナトリウムグルコネートもしく
はナトリウムグルコヘプトネートの如きグルコネート、
およびポリホスフェート類から選ばれた、１種もしくは
それ以上のその他の成分からなる組成物、を加えること
によって、最小とすることが開示されている。米国特許
第4,085,060号（ワシレフ（Vassileff））には、金属イ
オンを封鎖することのできる組成物にして、その一方を
600乃至60,000の間の分子量のCMCとすることのできる、
少なくとも２種の異なる親水性ポリマーからなる、混合
物であることからなる組成物が開示されている。

グルコン酸および／またはグルコヘプトン酸は、金属イ
オン封鎖剤もしくはキレート剤として使用されてきた。
米国特許第3,308,062号（ガンサー（Gunther））には、
水蒸気ボイラー、エバポレーター、蒸留釜等の中で、グ
ルコン酸をスケールの生成を防止する量だけ使用するこ
とが開示されている。米国特許第3,328,304号（グロー
バス（Globus））には、酪農、ビール醸造および製薬工
業において有用な金属イオン封鎖剤および／またはキレ
ート剤にして、クエン酸（無水）、Ｄ−グルコン酸（主
にラクトンとして）、炭酸水素マグネシウム、マグネシ
ウムアシッドシトレート、および水を、組み合された状
態および遊離の状態の両方で、混和させることによって
製造されるものが開示されている。

ナトリウム−CMC単独では、ボイラーのスケールの生成
を防止するのに完全には有効でないことが、経験で示さ
れている。実際、上で考察した組成物は、CMCおよび１
種もしくはそれ以上の他の化合物の両者からなるが、こ
こでその化合物の全てのものがGRAS物質となっているわ
けではない。本発明記載の組成物は、改善されたスラッ
ジコンディショナーであり、CMC単独のスラッジコンデ
ィショニング能力が、グルコン酸もしくはグルコヘプト
ン酸またはこれらのものの水溶性の塩を含めることによ
って改善された、組成物である。

本発明の改善されたスラッジコンディショニング組成物
は、カルボキシメチルセルロースと、グルコン酸もしく
はグルコヘプトン酸の何れかもしくは両方、またはこれ
らのものの水溶性の塩からなる。この組成物は、少量だ
け使用された時でさえも、水蒸気発生システムの如き水
系のシステムにおいて、スケールの堆積を防止し制御す
ることができる。コンディショニング組成物の各々の成
分はGRAS物質であり、食物加工操作において食物と接触
させるために発生される、水蒸気の製造において使用し
得る。

水系システム、最も特定的には水蒸気発生ボイラーにお
いて、スケールおよびスラッジの堆積物の生成および堆
積を、効率良く効果的に防止する組成物を提供すること
が、本発明の主たる目的である。

GRAS物質からなり、発生された水蒸気が食物もしくは食
物成分と接触する、食物加工操作において使用するのに
好適な、これらの特性をもつ組成物を提供することが、
もう一つ他の目的である。

他の目的は、少量使用された時でさえもスケールの堆積
を防止するだけの、十分に増進された効率を有する組成
物を提供することである。

本発明開示および記載のスケール抑制組成物は、スケー
ルの堆積が問題になる水系システムにおいて使用するた
めの目的である。この組成物は、加熱表面の上にスケー
ルが生成し堆積するのを抑制する目的で、水蒸気発生シ
ステム中、殊に水蒸気が食物調製において使用すべきも
のである場合に使用することに、理想的に適している。
この組成物はCMCおよびグルコン酸もしくはグルコヘプ
トン酸の何れかもしくは両者、またはこれらのものの水
溶性塩からなる。この組成物はボイラーの供給水への添
加物として使用することもでき、或いはボイラーそのも
のへ直接に加えることもできる。

CMCは、本発明の組成物の成分のうちの１つであるが、
水溶性のポリマーである。このポリマーは、カルボン酸
の水溶性の塩、好ましくはナトリウム塩として使用され
る。使用されるCMCは、最終生成物の目的とされる用途
に対して十分な純度のものでなければならない。即ち、
もし目的とされる用途が、食物加工のための水蒸気発生
システムにおけるものである場合には、U.S.P.（米国薬
局方）級のCMCもしくは食品級のCMCを使用しなければな
らない、等々である。約90,000乃至約500,000の分子量
を有するCMCが、本発明の組成物に対して選ばれなけれ
ばならない。分子量は約200,000乃至約300,000の範囲内
にあることが好ましい。

二番目の成分は、グルコン酸もしくはグルコヘプトン酸
の何れか、またはグルコン酸とグルコヘプトン酸との組
み合せである。これらの酸の水溶性の塩も、もしそれが
目的とされる最終用途と両立するものであれば、如何な
るものでも使用し得るが、ナトリウム塩が好ましい。CM
C成分に関すると同じく、グルコン酸および／またはグ
ルコヘプトン酸成分の要求される純度は、この組成物が
使用される背景に依存する。

ほとんど等しい分率のこれら２種の成分、即ち約50％の
CMCおよび約50％のグルコン酸および／またはグルコヘ
プトン酸成分を使用するのが好ましい。しかし、コスト
もしくは入手し易さの考察に基づいて、望ましいか或い
は必要であれば、グルコン酸および／またはグルコヘプ
トン酸成分約10乃至１部に対して、約１乃至10部のCMC
を使用することができる。

これらの成分は、供給水もしくはボイラー水へ、予め混
合された組成物として加えることができる。予め混合さ
れた組成物は極めて粘稠性であり、好ましくは、水の中
で混合されて、自由流動性の水溶液を達成するものとす
る。もし望ましければ、この２成分スケール抑制組成物
は、リン酸塩、亜硫酸塩および苛性ソーダの如き、他の
ボイラー用水処理化成品と、例えば、混合することがで
きる。或いは、２つの成分を別々に水系システムに加え
て、インシチュー（in situ）でスケール抑制組成物を
生成させることもできる。

上記の組成物は、水蒸気発生装置におけるボイラー用水
の如き、水系のシステム中の添加剤として使用して、ス
ケールおよびスラッジ堆積物の生成を抑制および防止す
る目的である。これらの堆積物は、加熱表面の上および
その近傍で最も問題となるので、本発明のスケール抑制
組成物は、水が加熱表面と接触する時点もしくはその前
にボイラー用水中に存在せねばならない。組成物はボイ
ラーの供給水に加えることもでき、或いは、便宜的にボ
イラーに直接加えることもできる。スケール抑制組成物
は、スケールおよびスラッジの有効な制御のためには、
少なくとも約0.1ppm、好ましくは約5.0乃至約50.0ppmの
濃度でボイラー用水中に存在せねばならない。

このスケール抑制組成物をこの方法で使用することによ
り、ボイラー用水沈殿が有効にコンディショニングさ
れ、スケールおよびスラッジ堆積物の生成を抑制し防止
する。沈殿もしくはスラッジは、非粘着性とされ、水系
システム中に存在する表面に接着する傾向を失う。むし
ろ、コンディショニングされたスラッジは、容易に取り
扱うことができ、必要および便宜に応じてシステムから
周期的に除去することができる。

以下の実施例は例示の目的で示すものであり、ここに記
載の発明を限定する意味ではない。以下の略号が本発明
を記述する全般に亘って使用された。

CMC−カルボキシメチルセルロース FDA−食物医薬機構（Food and Drug Administration） ft²−平方フィート gm−グラム GRAS−安全であることが一般的に認識 hr−時間 ％−パーセント ppm−百万分率 psig−ゲージ圧ポンド毎平方センチ USDA−米国農務省 USP−米国薬局方 実施例 本実験は、本発明の組成物のボイラー用水スケール抑制
特性を、ナトリウム−CMC単独、グルコン酸ナトリウム
単独、グルコヘプトン酸ナトリウム単独、および全く添
加物の無いものと比較した。ボイラー供給水は、レーク
チューリッヒ(Lake Zurich)、イリノイ（Illinois）市
水を、蒸留水で、炭酸カルシウムとして40.0ppmの全硬
度まで希釈し、続いて塩化カルシウムを使用して6:1の
元素状カルシウム対マグネシウム比に調整することによ
って、調製した。化学処理溶液１容量に対して３容量の
供給水を各試験に対してボイラーに供給したが、炭酸カ
ルシウムとして30.0ppmの全硬度を供給水に与えるもの
とした。化学処理溶液の組成は、供給水に加えるのに先
立って調整し、第Ｉ表に示される如き濃度をボイラー用
水に与えた。ボイラーのブローダウンはボイラー供給水
の10％に調整し、供給水濃度と比較してボイラー用水塩
類の約10倍の濃度を与えた。ボイラー用水は、また、第
II表列記のスラッジコンディショニング添加剤のうちの
１つを30.0ppm含有するものとした。

第Ｉ表 （ボイラー用水組成） 成分 量＊ 水酸化ナトリウム（NaOHとして） 258ppm 炭酸ナトリウム（Na₂CO₃として） 120ppm 塩化ナトリウム（NaClとして） 681ppm 亜硫酸ナトリウム（Na₂SO₃として） 50ppm 硫酸ナトリウム（Na₂SO₄として） 819ppm シリカ（SiO₂として） ＜1ppm 鉄（Feとして） 100ppm リン酸塩（PO₄として） 10−20ppm ＊ボイラー用水中の百万分率として測定（10倍濃度後） 全てのスケール化試験は、次の方法で行なわれた：試験
は３本の除去可能な電気加熱管を有する小型の実験室用
ボイラーの中で行なわせた。使用するボイラーの種類
は、西部ペンシルバニアのエンジニア学会（Engineers
Society of Western Pennsylvania）の第15回の水年会
（the Fifteenth Annual Water Conference）のプロシ
ーディングのpp・87〜107（1954年）に既に記載された
ものである。各々の試験は、ボイラー圧力400.0psigで4
7時間操作させた。各試験の完了時、加熱管を個々にボ
イラーから取りはずした。各管の中央の長さの６インチ
の上に存在するスケールもしくは堆積物を、かき取りに
よって除き、風袋の計られたガラスびん中に捕集し、秤
量した。第II表に示される結果は、本発明の被検組成
物、即ちナトリウム−CMCおよびグルコン酸ナトリウム
もしくはグルコヘプトン酸ナトリウムの何れかのものか
らなる組成物が、個々の成分およびスラッジコンディシ
ョナーを何も含まないボイラー用水よりも、スケール堆
積物を低減させることに関して遥かに優れていることを
示している。250,000MWナトリウム−CMCを含有する組成
物は、より低い分子量のCMCを含有する組成物より顕著
に優れた性能を示した。

本発明の原理、好ましい具体例および操作の様態を上記
明細書において記載した。ここで保護されるべきである
と考えられる発明は、しかしながら、これらのものが制
約というよりはむしろ例示と見なされるべきものである
ため、開示された特定の形に限定されるものとは見なさ
れるべきものではない。変形および変更も、本発明の精
神から離れることなく、本分野に熟達した人によっては
なされ得るものである。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−76598（ＪＰ，Ａ) 米国特許3308062（ＵＳ，Ａ) 米国特許4279768（ＵＳ，Ａ) 米国特許3188289（ＵＳ，Ａ) 英国特許1190657（ＧＢ，Ａ)

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水系システム中のスケールの堆積を抑制す
   るための組成物にして、約90,000乃至約500,000の分子
   量を有するカルボキシメチルセルロースからなる第一の
   成分、およびグルコン酸もしくはグルコヘプトン酸また
   はその両方、または一方もしくは両方の成分の水溶性の
   塩からなる第二の成分を含有する組成物。
2. 【請求項２】水をも含有する特許請求の範囲第１項記載
   の組成物。
3. 【請求項３】自由流動性の水溶液である特許請求の範囲
   第２項記載の組成物。
4. 【請求項４】該カルボキシメチルセルロースが約200,00
   0乃至約300,000の分子量を有する特許請求の範囲第１項
   記載の組成物。
5. 【請求項５】該水溶性塩がナトリウム塩である特許請求
   の範囲第１項記載の組成物。
6. 【請求項６】該成分が組成物中に約1:10乃至約10:1の比
   率で存在する特許請求の範囲第１項記載の組成物。
7. 【請求項７】該比率が約1:1である特許請求の範囲第６
   項記載の組成物。
8. 【請求項８】水系システム中にスケールが堆積するのを
   抑制する方法にして、約90,000乃至500,000の分子量を
   有するカルボキシメチルセルロースおよびグルコン酸も
   しくはグルコヘプトン酸の何れかのものもしくは両方、
   またはこれらのものの水溶性の塩を含有するスケール抑
   制組成物を、該水系システム中に、スケールを抑制する
   濃度だけ加え、或いは存在せしめる方法。
9. 【請求項９】該水溶性塩がナトリウム塩である特許請求
   の範囲第８項記載の方法。
10. 【請求項１０】該組成物の成分を該水系システムに別々
    に加えて、インシチューで該組成物を生成させる特許請
    求の範囲第８項記載の方法。
11. 【請求項１１】該組成物を、該水系システム中に、少な
    くとも約0.1百万分率の濃度で存在せしめる特許請求の
    範囲第８項記載の方法。
12. 【請求項１２】該組成物を、約5.0乃至約50.0百万分率
    の濃度で存在せしめる特許請求の範囲第11項記載の方
    法。
13. 【請求項１３】該カルボキシメチルセルロースの分子量
    が約200,000乃至約300,000である特許請求の範囲第８項
    記載の方法。
14. 【請求項１４】該組成物の列記された成分が約1:10乃至
    約10:1の比率で存在する特許請求の範囲第８項記載の方
    法。
15. 【請求項１５】該比率が約1:1である特許請求の範囲第1
    4項記載の方法。
16. 【請求項１６】該水系システムが水蒸気発生システムで
    ある特許請求の範囲第８項記載の方法。
17. 【請求項１７】該組成物を、該水蒸気発生システムのボ
    イラー用水中に、少なくとも約0.1百万分率の濃度で存
    在せしめる特許請求の範囲第16項記載の方法。
18. 【請求項１８】該組成物を、約5.0乃至約50.0百万分率
    の濃度で存在せしめる特許請求の範囲第17項記載の方
    法。
19. 【請求項１９】発生された水蒸気が、食物もしくは食物
    添加物の加工用に使用される特許請求の範囲第16項記載
    の方法