Den såkalte grensekarbonathardheten (Hj) refererer til den kritiske verdien som CaCO₃ ikke utfelles ved under spesifikke vannkvalitetsforhold og temperaturer, der fri CO₂ enten er fraværende eller minimal. Vanligvis, i kjølevannssystemer, varierer denne verdien fra 2 til 4,5 mg ekvivalent/L. Ved å tilsette syre- og avleiringshemmere kan imidlertid et kjølevannssystem opprettholde høyere karbonathardhetsnivåer. Denne artikkelen forklarer forholdet mellom avleiringshemmere for kjølevann og grensekarbonathardheten, og gir nyttig informasjon for fagfolk innen vannbehandling.
1. Syretilsetning og grensekarbonathardhet
Ved å tilsette syre til sminkevannet, omdannes karbonathardheten til ikke-karbonathardhet med høyere løselighet (som CaSO₄ og CaCl₂), noe som reduserer karbonathardheten til det sirkulerende vannet til et nivå under grensen for karbonathardhet, og forhindrer derved avleiring. De kjemiske reaksjonene er som følger:
Fortsett å dele en fremgangsmåte for beregning av mengden syre som skal tilsettes basert på karbonathardhet og grensekarbonathardheten (Hj), som vist i følgende formel.
I formelen:
G er mengden tilsatt syre, kg/t;
E er den molare massen til syren, for svovelsyre, E = 49, og for saltsyre, E = 36,5;
Qm er det supplerende vannvolumet til det sirkulerende kjølevannet, m³/h;
a er konsentrasjonen av syren;
HB er karbonathardheten til tilleggsvannet, mmol/L;
H′B er karbonathardheten til tilleggsvannet etter syrebehandling, mmol/L.
H′B kan beregnes som følger.
I formelen: N er konsentrasjonsmultippelen; Hj er den begrensende karbonathardheten til det sirkulerende kjølevannssystemet, i mmol/L.
Grensen karbonathardhet av det sirkulerende vann etter tilsetning av syre, uten avleiringsinhibitoren, kan beregnes ved hjelp av følgende formel:
I formelen representerer [O] oksygenforbruket, i mg/L; t representerer temperaturen til det sirkulerende vannet, i ℃.
Hf′ er ikke-karbonathardheten etter behandling med syre tilsatt til tilleggsvannet, i mmol/L, og kan beregnes ved å bruke følgende formel:
2. Bruk av avleiringshemmere med syrebehandling for å begrense karbonathardhet
Ved anvendelse av syrebehandling for begrensning av karbonathardhet i forbindelse med avleiringsinhibitorer, bør typen avleiringsinhibitor som anvendes bestemme den passende Hj-verdi. Vanlige avleiringshemmere inkluderer polyfosfater, organiske fosfonater (salter) og polyakrylsyrer.
Polyfosfatskalahemmere
Polyfosfater refererer først og fremst til natriumpolyfosfat, ofte brukte former er natriumheksametafosfat (også kjent som natriumpolymetafosfat) og natriumtripolyfosfat. Disse inhibitorene dispergerer og stabiliserer kolloidale partikler og har sterke chelateringsevner for kalsium- og magnesiumioner. Natriumpolyfosfat fungerer ikke bare som avleiringshemmer, men har også korrosjonshemmende egenskaper. De spesifikke egenskapene varierer avhengig av molekylstrukturen til [NaPO₃] n , hvor verdien av n bestemmer karakteristikkene. Natriumheksametafosfat har den kjemiske formelen [NaPO₃]₆ONa₂ og er en polymer av natriummetafosfat (NaPO₃). Når den anvendes som avleiringsinhibitor, kan den begrensende karbonathardhet Hj for det sirkulerende vann estimeres ved følgende formel. Den typiske dosen av natriumheksametafosfat varierer fra 1 til 5 mg/L, med den øvre grensen brukt for vann med høy karbonathardhet. Natriumtripolyfosfat (Na₅P₃O₁₀) har en sterk evne til å chelatere kalsiumioner, med en typisk dose på 2 til 5 mg/L, og Hj = 5 mmol/L.
Ulempen med polyfosfater er deres tendens til å dekomponere til ortofosfater i vann, en prosess kjent som polyfosfathydrolyse. Graden av hydrolyse påvirkes av faktorer som pH, temperatur, tid og mikrobiell aktivitet. Hydrolyse er positivt korrelert med vanntemperatur og kontakttid, selv om den skjer med en relativt langsom hastighet, med typiske hydrolysehastigheter mellom 11% og 35%.
Organiske fosfonater og deres salter
Disse avleiringshemmere er effektive og gir også korrosjonshemming, noe som gjør dem til dobbeltbrukshemmere. Mange av deres egenskaper ligner polyfosfater, men de er mer stabile og mindre utsatt for hydrolyse, selv ved høyere temperaturer. Organiske fosfonater kan imidlertid være korroderende for kobber, så de er ikke egnet for bruk i kobbervarmevekslersystemer. Vanlige organiske fosfonater og deres salter som brukes innenlands inkluderer hydroksyetylidendifosfonsyre (HEDP), aminotrimetylenfosfonsyre (ATMP) og etylendiamintetra (metylenfosfonsyre) (EDTMP). Når de brukes sammen med polyfosfater, kan disse inhibitorene ha en synergistisk effekt, forbedre den begrensende karbonathardheten til sirkulerende vann og redusere dosen av hvert middel. Den typiske begrensende karbonathardhet for disse inhibitorer er som følger:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polykarboksylatpolymerer
Polykarboksylatpolymerer er polymerer som inneholder karboksylfunksjonelle grupper (karboksylgrupper) eller derivater av karboksylsyrer. Karboksylatanionet (COO⁻) bestemmer egenskapene til disse polymerene, hvor M representerer et monovalent kation, hydrogen eller en amingruppe. Etter å ha blitt introdusert i vann, dissosieres karboksylatgruppen til COO⁻ og M⁺, med COO⁻ som er ansvarlig for avleiringshemming. Vanlige polykarboksylatavleiringsinhibitorer som anvendes innenlands, innbefatter polyakrylsyre, natriumpolyakrylat, polymetylmetakrylat, kopolymerer av akrylsyre og hydroksypropylakrylat, kopolymerer av akrylsyre og akrylater, og hydrolysert poly (maleinsyre) (anhydrid). De typiske doseringer og tilsvarende begrensende karbonathardhetsverdier er som følger:
Polyakrylsyre: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natriumpolyakrylat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poly(maleinsyre): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Sammendrag
Ved å kontrollere den begrensende karbonathardheten i sirkulerende kjølevannssystemer, kan avleiringsdannelse forhindres. Bruk av metodene ovenfor for å beregne passende dosering av syrer og avleiringshemmere, sammen med systemets tillatte begrensende karbonathardhet under spesifikke driftsforhold, bidrar til å forhindre avleiringsproblemer samtidig som de reduserer kjemiske kostnader.
