Eliminarea chimică a oxigenului din apă. Eliminarea oxigenului. Desalinizarea chimică a apei

Oxigenul este îndepărtat din apă nu numai prin desorbție (fizică), ci și prin metode chimice. Legarea chimică a oxigenului în substanțe corozive-inerte se realizează în mai multe moduri, fiecare având la bază procese redox. Deoarece aceste procese sunt, de asemenea, caracteristice unui număr de metode tipice de tratare a apei, de exemplu, pentru purificarea de contaminanți biologici și sunt importante în evaluarea coroziunii materialelor structurale ale echipamentelor principale și auxiliare, vom analiza principalele prevederi ale acestora.

Reacțiile redox constau în procesele de oxidare (donarea de electroni substanțelor) și reducere (castigarea de electroni la substanțe). O substanță care își donează electronii în timpul unei reacții se numește agent reducător, iar o substanță care acceptă electroni este un agent oxidant. Unele substanțe pot exista sub forme oxidante și reducătoare și sunt capabile să se schimbe de la o formă la alta prin câștigarea sau pierderea de electroni. Cu excepția oxigenului și a hidrogenului, care sunt agenți oxidanți, respectiv reducători, substanțele rămase, în funcție de condiții, pot fi fie agenți oxidanți, fie agenți reducători, care se caracterizează prin potențialul redox al sistemului de reacție sau potențialul redox. Potențialul redox depinde de activitatea formei redox în conformitate cu ecuația Nornst:

unde n este numărul de electroni care participă la reacția redox; k – parametru în funcție de temperatură; E 0 este potenţialul standard care determină egalitatea activităţilor formelor oxidantă şi reducătoare.

Potențialul redox servește ca măsură a abilităților de oxidare și reducere ale unui sistem. Cei mai puternici agenți oxidanți sunt ionii și, utilizați pentru a determina oxidarea permanganatului sau dicromat, precum și fluor, ozon și clor.

Metodele chimice pentru îndepărtarea gazelor dizolvate din apă implică legarea lor în noi compuși chimici. Reglarea strictă a conținutului de oxigen la utilizarea regimurilor reducătoare de apă în circuitele centralelor termice cu cazane cu tambur și în rețelele de încălzire determină necesitatea folosirii nu numai a metodelor fizice de degazare, ci și a metodelor chimice de dezoxigenare suplimentară bazate pe reacții redox.

Agenții reducători utilizați includ reactivi precum sulfit de sodiu, hidrazină și grupări redox create pe polimeri insolubili în apă cu greutate moleculară mare.

Tratarea apei cu sulfit de sodiu se bazează pe reacția de oxidare a sulfitului cu oxigenul dizolvat în apă:

2Na2SO3 + O22Na2SO4.

Reacția se desfășoară destul de repede la o temperatură a apei de cel puțin 80 0 C și pH ≤ 8. Această metodă de deoxigenare este utilizată numai pentru cazanele de presiune medie (3 - 6 MPa) și pentru apa de reintegrare a rețelei de încălzire, deoarece la temperaturi peste 275 0 C și presiune mai mare de 6 MPa sulfitul suferă hidroliză și procesul de autooxidare - autovindecare:

Na2S03 + H2O2NaOH + S02; 4Na2SO3Na2S + 3Na2SO4.

Pentru cazanele cu flux direct și cazanele cu tambur cu parametri înalți și ultra-înalți, apa este dezoxigenată cu hidrazină sub formă de hidrat de hidrazină (N 2 H 4 ∙ H 2 O), care nu crește conținutul de sare al apei.

N2H4∙ H2OO23H2O + N2.

Principalii factori care determină viteza acestei reacții sunt temperatura, pH-ul, excesul de hidrazină și prezența catalizatorilor. Astfel, la o temperatură de 105 0 C, pH = 9 ÷ 9,5 și un exces de hidrazină de 0,02 mg/kg, timpul pentru legarea completă a oxigenului este de 2 – 3 secunde. La pH< 7 гидразин практически не связывает кислород. При рН = 9 ÷ 11 достигается максимум скорости реакции. Органические катализаторы интенсифицируют реакцию, повышая скорость взаимодействия в 25 – 100 раз. Каталитически влияют на скорость реакции также соединения меди и некоторых других металлов.

În apa cazanului și supraîncălzitoare, excesul de hidrazină se descompune pentru a forma amoniac:

3N2H44NH3 + N2.

În prezența oxizilor metalici, este posibilă și descompunerea hidrazinei cu eliberarea de H2:

3N2H42NH3 + 3H2 + 2N2.

Reacțiile redox pot fi efectuate prin filtrarea apei prin substanțe cu moleculare înaltă insolubile în apă care conțin grupări redox capabile de oxidare și reducere reversibilă. Un exemplu de astfel de substanțe sunt schimbătoarele electrice de ioni (EI), utilizate în schemele de deoxigenare a apei suplimentare în rețelele de încălzire care a trecut printr-o etapă preliminară de dezaerare termică. EI se obține prin introducerea lui în structura unui schimbător de ioni în timpul sintezei materialului. Pe astfel de rășini, este posibilă apariția simultană și independentă a proceselor de schimb ionic și redox. EI poate fi obținut pe bază de cupru și bismut.

Factorul determinant la alegerea tipului de schimbător de ioni pentru ambalarea substanțelor redox pe acesta este capacitatea matricei de a ține ferm compușii depuși. Această capacitate depinde de semnul sarcinii de suprafață a schimbătorului de ioni.

Prelegerea nr. 10

Organizarea dezoxigenării chimice.

O soluție de sulfit de sodiu pentru tratarea apei de alimentare a cazanelor de medie presiune se prepară într-un rezervor protejat de contactul cu atmosfera. O soluție cu o concentrație de 3 - 6% este introdusă în conducta de alimentare din fața pompelor folosind dozatoare de spălătorie și piston. Doza de sulfit de sodiu pentru tratarea a 1 m3 de apă de alimentare după dezaerare termică se calculează folosind formula:

unde g este consumul de sulfit tehnic, g/m3;

Concentraţia oxigenului în apa tratată, g/m3;

k – exces de reactiv (2 – 3 g/m3);

La organizarea tratamentului cu hidrazină, este necesar să se țină cont de proprietățile hidratului de hidrazină. Hidrazină hidrat N 2 H 4 · H 2 O este un lichid incolor care absoarbe cu ușurință oxigenul, dioxidul de carbon și vaporii de apă din aer și este foarte solubil în apă. Hidrazina este toxică la concentrații mai mari de 40%, inflamabilă și este furnizată și depozitată ca o soluție de 64% într-un recipient sigilat din oțel inoxidabil. Vaporii de hidrazină provoacă iritații ale tractului respirator și ale organelor vizuale; soluțiile de hidrazină acționează asupra pielii, prin urmare, atunci când se manipulează hidrazina, trebuie respectate cu strictețe normele de siguranță relevante.

Doza calculată de hidrazină ar trebui să ia în considerare nu numai consumul său pentru legarea oxigenului, ci și pentru interacțiunea cu oxizii metalici. Doza sa este calculată folosind formula:

g g = 3C 1 + 0,3 C 2 – 0,15 C 3,

unde g g este doza calculată de hidrat de hidrazină, mg/kg;

C 1 – C 3 – concentrația în apa de alimentare, respectiv, a compușilor de oxigen, fier și cupru, mg/kg.

Hidrazina este dozată în unul din două puncte: la aspirarea pompelor de alimentare sau în condensul turbinei din fața încălzitorului de joasă presiune (LPH). Cantitatea estimată de 100% hidrazină φ, mg/kg, necesară pentru încărcarea în rezervorul de prediluare se determină din raportul:

unde D este consumul de apă de alimentare, m 3 / h;

τ – timpul dintre reîncărcările rezervorului, ore.

O capacitate a rezervorului de 10 m 3 pentru hidrazină cu o concentrație de 20% asigură aproximativ două luni de alimentare cu reactiv pentru o centrală hidroelectrică (GRES) cu o capacitate de 3600 MW.

La un debit dat de apă de alimentare, debitul orar de reactiv d, kg/h, este calculat utilizând formula:

De obicei, concentrația în exces de hidrazină în apa de alimentare în timpul funcționării normale este de 0,03 – 0,06 mg/kg.

Să luăm în considerare tehnologia utilizării dezoxigenării chimice folosind exemplul utilizării unui schimbător de electroni cu oxid de fier (EI). EI de acest tip este capabil de deoxigenare și, în același timp, de dedurizare a apei în circuite cu dezaerare preliminară în vid. Dezaerarea prealabilă a apei asigură încălzirea acesteia la 60 - 80 0 C și îndepărtarea parțială a oxigenului dizolvat, ceea ce are un efect pozitiv asupra eficienței metodei luate în considerare. În condițiile de temperatură menționate, procesul se poate baza pe modele standard ale filtrelor schimbătoare de ioni. Când conținutul inițial de oxigen al apei tratate este de până la 1 mg/kg, schimbătorul de ioni electric asigură o reducere a conținutului de oxigen la 5 – 20 μg/kg.

Prezența hidroxidului de fier pe suprafața schimbătorului de electroion favorizează, de asemenea, îndepărtarea fierului.

Caracteristicile tehnologice date asigură o eficiență ridicată a utilizării acestui material pentru dezoxigenarea apei de completare într-o rețea de încălzire de tip închis.

Purificarea apei prin metode de distilare.

Metoda de distilare.

Purificarea (desalinizarea) apelor cu conținut ridicat de salinitate, inclusiv a apei de mare, precum și prelucrarea soluțiilor de deșeuri foarte mineralizate în scopul protejării mediului este cea mai importantă sarcină științifică și tehnică.

Tratarea apelor și soluțiilor foarte mineralizate poate fi efectuată, în primul rând, prin îndepărtarea impurităților dizolvate din apă, care se realizează, de regulă, fără tranziții de fază ale solventului (apa) în stare de vapori sau solidă; în al doilea rând, prin metoda extragerii moleculelor de hidrogen dintr-o soluție, bazată pe modificarea stării lor de agregare (metoda distilare).

Prima modalitate de extragere a sărurilor din soluție pare teoretic mai convenabilă, deoarece fracția molară a impurităților dizolvate, chiar și foarte mineralizate, este de aproximativ 100 de ori sau de mai multe ori mai mică decât numărul de molecule de apă în sine. Cu toate acestea, dificultățile tehnice în implementarea acestei metode nu permit ca acest avantaj să fie realizat economic în toate cazurile.

Când soluțiile apoase sunt încălzite, moleculele de apă dobândesc energie care depășește forțele de atracție moleculară și sunt transportate în spațiul de vapori. Când presiunea vaporilor saturați din apă devine egală cu presiunea exterioară, apa începe să fiarbă. Ionii și moleculele de substanțe dizolvate conținute în apă și în stare hidratată nu au o asemenea rezervă de energie și se transformă în vapori la presiuni scăzute în cantități foarte mici. Astfel, prin organizarea procesului de fierbere a soluțiilor apoase, este posibilă separarea solventului (apa) și a impurităților conținute în acesta. Distilarea (desalinizarea termică) se realizează în unități de evaporare (Figura 1), în care apa, prin primirea căldurii de la aburul primar furnizat sistemului de încălzire, este transformată în abur secundar, care este apoi condensat.

Figura 1 – Schema instalației de evaporare:

1 – linie primară de alimentare cu abur; 2 – sectia de incalzire; 3 – corp evaporator; 4 – conducta de refulare a aburului (secundar) generat; 5 – condensator; 6 – conducta primară de evacuare a condensului de abur; 7 – conductă de alimentare cu apă de alimentare; 8 – linie de purjare; 9 – linie de golire; 10 – linia de extragere a distilatului.

Aburul primar este de obicei preluat dintr-o turbină cu abur. Substanțele care poluează apa rămân în volumul de apă evaporată și sunt îndepărtate din vaporizator odată cu apa de evacuare (de purjare). Distilatul - condensat de abur secundar - conține doar o cantitate mică de impurități nevolatile care intră în el datorită antrenării prin picurare a apei evaporate (concentrat).

Presupunând, ca primă aproximare, că trecerea impurităților la abur secundar este nulă, vom estima, pe baza bilanțului de materiale din evaporator, concentrația de impurități în apa din evaporator C v. și în funcție de concentrația de impurități în apa de alimentare C p. v și debitul de purjare R pr. Ecuația bilanțului material are forma:

R p.v · S p.v = R p · S p + R pr · S v.i,

unde R p.w – consumul de apă de alimentare (P p.w = P p + P pr);

R p – producerea de abur.

Considerând că C p = 0, (P p + P pr)C p.v = P pr C v.i, de unde .

Cu cât purjarea este mai mare, cu atât concentrația de impurități din apa din evaporator este mai mică (în purjare). Coeficientul de temperatură negativ de solubilitate al sărurilor de duritate în timpul evaporării apei, concentrația ionilor de Ca 2+, Mg 2+, , OH - până la limite depășind produsul solubilității CaCO 3, CaSO 4 și Mg(OH) 2 , este cauza formării calcarului pe suprafețele de transfer de căldură din evaporatoare . Formarea calcarului reduce performanța evaporatoarelor și înrăutățește performanțele lor tehnice și economice.

Instalațiile de evaporare pot fi cu o singură etapă sau cu mai multe etape. Dacă aburul secundar este condensat direct în condensatorul evaporatorului, atunci o astfel de instalație de evaporator este într-o singură etapă. În instalațiile cu mai multe etape (Figura 2), aburul secundar al fiecărei etape, cu excepția ultimei, este utilizat ca abur de încălzire pentru etapa următoare și se condensează acolo.

Figura 2 – Diagrama unei instalații de evaporare în mai multe etape:

1 – linie de alimentare cu abur de încălzire; 2 – 4 – evaporator, respectiv 1 – 3 trepte; 5 – linie secundară de evacuare a aburului; 6 – condensator; 7 – conducta de evacuare a condensului; 8 – conductă de alimentare cu apă de alimentare; 9 – boiler de alimentare cu apă; 10 – linie de purjare.

Pe măsură ce numărul de etape crește, crește și cantitatea de condensat (distilat) obținută în instalația de evaporare dintr-o tonă de abur primar. Totuși, odată cu creșterea numărului de trepte, diferența de temperatură dintre încălzirea și aburul secundar scade, ceea ce necesită o creștere a suprafețelor specifice de schimb de căldură, ceea ce duce în final la o creștere a dimensiunilor totale, a costurilor specifice metalului și a costurilor de instalare mai mari. .

O instalație în mai multe etape poate fi alimentată într-un circuit paralel, cu energie furnizată fiecărui evaporator de la un colector comun, dar mai des - într-un circuit în serie, așa cum se arată în Figura 2. În acest caz, toată apa de alimentare este furnizată către prima etapă a instalației, iar apoi, după evaporarea parțială a acesteia, apa curge în etapa următoare, iar din aceasta din urmă este evacuată în canalizare. Instalațiile de evaporare în mai multe etape sunt utilizate în centralele de căldură și electrice combinate cu pierderi totale și externe mari de abur și condens. Unitatile de evaporare cu o singura treapta sunt folosite la centralele electrice in condensare (CPP) cu pierderi mici (1 - 3%) si sunt incluse in schemele de tratare a apelor uzate de la statiile de tratare a apei atunci cand deversarile sunt interzise.

În prezent, distilatul este produs în principal din apă care a fost înmuiată anterior cu ajutorul filtrelor schimbătoare de ioni, dar în unele cazuri se folosește apă care a suferit o prelucrare simplificată. Aburul furnizat vaporizatorului se numește primar, iar aburul generat din apa care intră în evaporator se numește secundar.

În evaporatoarele flash, aburul se formează nu prin fierbere, ci prin fierbere a apei, preîncălzită la o temperatură cu câteva grade mai mare decât temperatura de saturație a apei, în camera în care are loc formarea aburului. Nu necesită apă de alimentare de înaltă calitate, deoarece procesul de evaporare a apei în timpul fierberii are loc fără transfer de căldură prin suprafață. Cazanele flash sunt numite și unități adiabatice sau flash. Deoarece temperatura de saturație depinde de presiunea de saturație, atunci când fierberea se efectuează la o presiune sub atmosferică, este posibil să se organizeze funcționarea evaporatoarelor de tipul în cauză la temperaturi sub 100 0 C, ceea ce reduce probabilitatea formării calcarului.

Un evaporator flash cu o singură treaptă cu circulație forțată funcționează după cum urmează (Figura 3).

Figura 3 – Evaporator flash cu o singură treaptă cu circulație forțată.

Sursa de apă intră în condensatorul 1, după care o parte din aceasta este trimisă în camera de evaporare 3. Pompa de circulație 5 preia apa din camera de evaporare și o pompează prin încălzitorul 6, returnând apa prin duza 2 în carcasa vaporizatorului. . Când gazele necondensabile sunt aspirate de ejectorul de abur 8, presiunea din cameră scade sub presiunea de saturație a aburului, rezultând evaporarea de pe suprafața picăturilor și a oglinzii. Separarea picăturilor de umiditate se realizează în dispozitivul 7. Distilatul este pompat din evaporator cu pompa 4, cantitatea sa în instalații cu o singură treaptă este aproximativ egală cu cantitatea de abur de condensare.

Evaporatoarele flash pot fi construite folosind un design în mai multe etape, care asigură un consum specific de căldură mai mic. În instalațiile de desalinizare a apei de mare, numărul de trepte poate ajunge până la 30 - 40. Când o astfel de instalație este inclusă în schema de încălzire regenerativă a apei de alimentare a cazanului, se realizează în funcție de condițiile unui echilibru termic cu o singură etapă sau are trei sau patru etape.

Prevenirea formării calcarului în unitățile de evaporare.

Experiența în exploatarea evaporatoarelor alimentate cu apă sărată indică dificultăți grave care decurg din formarea rapidă a depunerilor pe suprafețele de transfer de căldură, o scădere a coeficientului de transfer de căldură α și o scădere a eficienței evaporatoarelor.

Creșterea unui strat dens de depozite cristaline are loc dintr-o soluție suprasaturată ca urmare a creșterii cristalelor existente la suprafață (formarea de calcar primar), precum și datorită aderenței și adsorbției particulelor fine deja formate în apa evaporată. (formarea la scară secundară).

De regulă, formarea de scară a ambelor tipuri are loc simultan. Formarea scării la suprafață poate fi reprezentată astfel: formarea de cristale nucleate în adânciturile microrugozităților metalice; apariția unor formațiuni precum tufe de corali; umplerea spațiilor dintre ramurile „tufișului” cu particule mici din faza solidă formate în soluție și transportate la suprafața de transfer de căldură.

Nu au fost încă elaborate metode de efectuare a calculelor legate de evaluarea intensității formării scalei, deoarece toți factorii care influențează acest proces sunt departe de a fi studiați; în special, este necesar să se cunoască valorile exacte ale coeficientului de activitate al ioni care formează calcar pentru parametrii reali de funcționare ai evaporatorului.

Metodele de combatere a formării calcarului în evaporatoare pot fi împărțite în fizice, chimice și fizico-chimice; În plus, este posibil să se utilizeze modele și materiale speciale pentru evaporatoare pentru a reduce formarea de calcar.

Metode fără reactivi.

Metoda de stabilizare a contactului a fost propusă de Langelier și a fost numită astfel datorită absenței separării fazelor solide pe suprafața de transfer de căldură atunci când este utilizată. Se bazează pe faptul că energia de formare a cristalelor pe particulele de impurități nedizolvate este mai mică decât energia de formare spontană a centrilor de cristalizare. Cristalizarea substanței stabilizatoare are loc la o suprasaturare mai mică a soluției. Datorită numeroaselor centre de cristalizare, are loc precipitarea unei cantități în exces de formatori de calcar peste solubilitatea. Ca stabilizator se folosesc materiale sfărâmate: calcar, marmură, nisip, prin stratul filtrant al căruia circulă apa evaporată.

Înălțimea filtrului trebuie să fie de 1,8 - 2 metri. Viteza de creștere a saramurii pentru a evita transportul materialului de stabilizare nu trebuie să fie mai mare de 35 m/h. Utilizarea stabilizării contactului face posibilă reducerea cantității de calcar din evaporator cu 80-90%, dar este complexă din punct de vedere structural.

Tratarea magnetică a apei presupune pomparea acesteia printr-un dispozitiv în care se creează un câmp magnetic. Se știe că instalațiile echipate cu dispozitive magnetice funcționează eficient atunci când apa nu este stabilă, adică suprasaturată cu CaCO 3 . Teoria procesării magnetice nu a fost încă formată, dar cercetările au stabilit următoarele. Conținute în apa transportată prin țevi de oțel, în câmpul magnetic creat de aparatul magnetic se acumulează produse de coroziune feromagnetice și particule coloidale cu sarcină electrică și moment magnetic. O creștere a concentrației microfazei solide în golul aparatului magnetic favorizează cristalizarea carbonatului de calciu din apă instabilă în volumul său, ca urmare a căreia rata de formare a calcarului scade, dar concentrația de nămol crește odată cu încălzirea ulterioară. și evaporarea apei supusă tratamentului magnetic. Deoarece compoziția chimică și dispersată a impurităților din apa naturală variază în funcție de sezon și regiune, iar gradul de suprasaturare a apei cu CaCO 3 depinde și de temperatură, eficiența tratamentului magnetic poate varia într-o gamă largă, până la valori zero.

Tratamentul cu ultrasunete în timpul evaporării apei poate crea, datorită vibrațiilor mecanice elastice ale mediului de energie semnificativă, condiții care conduc la perturbarea cineticii de cristalizare în stratul de perete. Acțiunea undelor ultrasonice pe suprafața de încălzire poate excita forțe de încovoiere alternante la interfața legăturilor cristaline cu suprafața, provocând în cele din urmă exfolierea depunerilor. Mecanismul efectului ultrasunetelor asupra formării scării nu a fost studiat pe deplin.

E.F. Tebenikhin, Metode fără reactiv de tratare a apei în centralele electrice. M.: Energoatomizdat, 1985.

Prelegerea nr. 11

Prevenirea formării calcarului în sistemele de evaporare

instalații folosind metode chimice și alte metode.

Metode chimice. Stabilizarea prin acidificare este utilizată pentru a preveni formarea de carbonat de calciu și hidroxid de magneziu pe suprafețele de transfer de căldură.

Apa naturală care conține Ca 2+ , , , CO 2 , în funcție de starea de echilibru a dioxidului de carbon a sistemului, poate fi agresivă, stabilă sau instabilă. Principalul criteriu de stabilitate a unui astfel de sistem, utilizat în practică, este „indicele de stabilitate” propus de Langelier.

Pentru apele naturale se indeplinesc urmatoarele relatii: pH = ≥ pH fapt. Diferența dintre valorile actuale și cele de echilibru este notată cu Y și se numește indice de stabilitate sau indice Langelier:

Fapt pH – pH egal = Y.

La Y = 0 apa este stabilă, la Y< 0 она агрессивна, при Y >0 apa este instabilă și capabilă să formeze sedimente. La tratarea apei stabilizate prin acidificare, indicele de stabilitate este asigurat a fi aproape de zero. Cunoscând natura modificării pH-ului fapt = f 1 (Sh) și pH egal = f 2 (Sh) cu scăderea alcalinității apei ca urmare a acidificării, putem rezolva aceste ecuații în raport cu ΔSh (reducerea alcalinității la o stare stabilă).

Doza necesară, mg/kg, de acid sulfuric sau clorhidric tehnic poate fi determinată prin formula:

unde e este masa echivalentă a acidului, mEq/kg;

Doza de acid depinde de alcalinitatea apei de alimentare, de temperatura procesului de distilare și de frecvența evaporării și este de obicei de 70-90% din alcalinitatea apei de alimentare. O supradoză de acid poate provoca coroziunea materialelor structurale ale instalației de evaporare și, prin urmare, este necesară o monitorizare atentă a procesului de dozare. Utilizarea bisulfatului de sodiu este similară cu acidificarea, deoarece ionii de hidrogen se formează ca urmare a disocierii NaHSO 4.

Clorura ferică poate fi utilizată pentru acidificare; în acest caz, împreună cu ionul de hidrogen, în timpul hidrolizei se formează o suspensie de hidroxid de fier, ale cărei particule servesc drept centre pentru cristalizarea formatorilor de calcar.

Metode fizico-chimice. Acestea se bazează pe utilizarea de reactivi chimici, aditivi și agenți tensioactivi introduși în apa evaporată în cantități atât de mici (1–20 mg/kg), încât reacția lor cu impuritățile apei nu joacă un rol semnificativ. Eficacitatea unor astfel de aditivi se datorează faptului că, datorită activității lor mari de suprafață, cristalizarea formatorilor de calcar pe suprafața de încălzire este brusc redusă. Agenții tensioactivi sunt adsorbiți sub formă de peliculă monomoleculară pe suprafața cristalelor de semințe sau împiedică aderența acestora la suprafață.

Unele substanțe anticalcar, prezente de obicei în apă sub formă de micele și micromolecule, se caracterizează prin proprietăți puternice de stabilizare-peptizare care pot împiedica coagularea particulelor într-o gamă largă de conținuturi în fază solidă.

În plus față de reactivii enumerați, sunt utilizați și unii agenți de complexare, de exemplu, hexametafosfat de sodiu Na(NaPO3)6 și alți polifosfați.

La temperaturi ridicate (până la 120 0 C) și duritate mare a apei, s-a obținut un efect bun prin utilizarea de reactivi anticalcar care conțin acid poliacrilic, săruri EDTA (Trilon B), sulfonol și altele.

În plus față de cele de mai sus, calcarul este îndepărtat (curățat) de pe suprafețele dispozitivelor folosind o metodă chimică folosind reactivi - acid sulfuric, acid clorhidric, lămâie, oțet și altele.

Metode tehnologice de limitare a formării de scară. Ele sunt utilizate în principal în instalațiile de evaporare cu secțiuni de încălzire cu tuburi verticale. Exemple de metode tehnologice pentru limitarea formării calcarului pot fi utilizarea eliminării organizate a gazelor (suflare de gaz) a evaporatoarelor pentru a satura apa de alimentare cu dioxid de carbon. În timpul descompunerii termice a bicarbonaților, dioxidul de carbon este eliberat în faza gazoasă. Amestecând-o cu apă într-o cantitate care depășește valoarea de echilibru, apei i se conferă proprietăți agresive față de carbonatul de calciu, care împiedică eliberarea acestuia în încălzitoarele de apă de alimentare. Trebuie avut în vedere că atunci când există un conținut în exces de dioxid de carbon în apă, care reduce pH-ul, procesele de coroziune ale materialelor structurale se intensifică.

Metode de obţinere a aburului pur în instalaţiile de evaporare.

Contaminarea aburului saturat cu compuși anorganici este asociată, în primul rând, cu antrenarea umidității (antrenare mecanică) și, în al doilea rând, cu solubilitatea anumitor substanțe în vapori de apă. Principala contribuție la poluarea cu abur o are antrenarea mecanică (picurare). De obicei, apa evaporată se realizează sub formă de picături cu dimensiuni cuprinse între 0,5 și 3 microni, formate prin distrugerea bulelor de abur care se extind dincolo de volumul de apă.

Îndepărtarea sărurilor cu abur se intensifică atunci când apa din evaporator face spumă, iar structura spumei depinde de sarcina și presiunea din evaporator. Trebuie subliniat faptul că modelele de antrenare a picăturilor de umiditate de către abur funcționează în același mod atât pentru instalațiile de evaporare, cât și pentru alte unități producătoare de abur. Pentru a asigura o puritate ridicată a aburului în evaporatoare se utilizează: separarea volumetrică în spațiul de abur, pentru care înălțimea spațiului de abur se alege să fie de cel puțin 1,5 metri, iar pentru soluții cu spumă puternică - 2,5 - 3 metri; foi perforate în fața țevilor de primire a aburului pentru a egaliza vitezele aburului în această zonă; separatoare cu jaluzele pentru a capta picăturile de umezeală.

Un mijloc eficient de a asigura puritatea aburului este spălarea aburului cu apă de alimentare. Spălarea se realizează de obicei prin barbotarea unor bule mici de abur printr-un strat de apă de spălare, al cărui conținut de sare este semnificativ mai mic decât conținutul de sare al apei evaporate, ceea ce asigură o eficiență de spălare de cel puțin 90%. Dacă există cerințe ridicate pentru calitatea distilatului, spălarea cu abur se efectuează cu condensat extern sau intern; în unele cazuri, se organizează spălarea cu abur în două etape. Măsurile avute în vedere fac posibilă obținerea unui distilat prin alimentarea evaporatoarelor cu apă dedurizată care îndeplinește cerințele PTE ale centralelor și rețelelor electrice, utilizat pentru alimentarea fără epurare suplimentară ca apă (alimentare) suplimentară a cazanelor cu tambur. La unitățile de alimentare cu cazane cu trecere o dată, este necesară purificarea suplimentară a distilatului la BOU.

Institutul de Cercetare de Fizică Nucleară poartă numele. D.V. Universitatea de Stat Skobeltsyn din Moscova. M.V. Lomonosov (SINP MSU) propune o nouă metodă de îndepărtare a oxigenului bazată pe inițierea reacțiilor radicale oxidative în lanț în apă. La SINP MSU au fost dezvoltate generatoare de amestec ozon-hidroxil, care fac posibilă inițierea reacțiilor radicale în lanț de oxidare a impurităților din apă. Procesul de oxidare în lanț a unei soluții de fenol și apă uzată fenolică* a fost observat experimental. Se propune utilizarea a două procese care conduc la dezoxigenarea apei: purjarea apei cu un gaz care nu conține oxigen; reacții radicale în lanț. Schema de instalare este prezentată în Fig. 1.

Instalația constă dintr-un generator de radicali, o pompă ejector (E), un rezervor tampon și conducte. Să considerăm că debitul de apă tratată este de 50 m3/h. 10% apă, adică 5 m3/h, alimentat la ejector, care aspiră amestecul de gaz din generator. O descărcare electrică flash corona arde în generatorul de radicali, curentul de descărcare este de 15 mA, consumul de energie este de 150 W. Toate cavitățile de gaz ale instalației sunt purjate cu gaz natural înainte de a porni descărcarea. Gazul este amestecat cu lichid în ejector. Debitul amestecului gaz-apă de la ejector intră în rezervorul tampon, unde este amestecat cu fluxul principal de apă și ulei. Se adaugă ulei ca substanță principală care va interacționa cu oxigenul.

Consumul de ulei, ținând cont de solubilitatea acestuia (50 mg/l, sau 50 g/m3) cu un debit de apă de 50 m3/h, va fi de 2,5 l/h. Gazul natural circulă în interiorul instalației: este aspirat din generatorul de radicali de un ejector, amestecat cu apă în ejector, separat de apă într-un rezervor tampon și returnat la generatorul de radicali printr-o conductă de retur. Oxigenul, separat de apă și transportat de gazul din rezervorul tampon, arde o parte din gazul natural la electrozii generatorului de radicali. Viteza de circulație a gazului este egală cu viteza de circulație a apei prin ejector (5 m3/h), în timp ce gazul este consumat puțin și aproape tot vine din rezervorul tampon înapoi la generator. Consumul de gaz este compensat prin completarea cu gaze naturale.

Pentru a face acest lucru, puteți organiza purjarea cu gaz prin sistemul cu aprinderea unei torțe în fluxul de ieșire după purjare. Volumul rezervorului tampon trebuie să fie astfel încât timpul de retenție a apei să fie mai mare decât timpul de eliminare a oxigenului. Acest timp poate fi de până la 15 minute (ținând cont de inexactitățile în estimările numerice), adică. volumul containerului - 10-15 m3. Caracteristicile aproximative ale instalatiei propuse pentru eliminarea oxigenului din apa sunt urmatoarele: debit apa - 50 mc/h; puterea consumată de generatorul de radicali este de 150 W; consum ulei - 2,5 l/h; consum de gaz (pentru oxidare si drenaj) - 500-1000 l/h; volum rezervor tampon - 10-15 m3. Specificațiile exacte de instalare depind de nevoile clientului.

Constantele necesare calculului instalatiilor trebuie obtinute in urma unor activitati de cercetare si dezvoltare. SINP MSU produce generatoare de radicali cu o putere de 50 până la 150 W, destinate oxidării impurităților din apă. Ele pot fi modificate pentru a genera radicali organici. Pompele de evacuare sunt, de asemenea, proiectate și fabricate la SINP.

* Trebuie remarcat faptul că cea mai simplă și ieftină modalitate de a obține apă fără oxigen este utilizarea apei din surse subterane unde nu există oxigen. Metodele tradiționale de îndepărtare a oxigenului din apă, precum și procesul de oxidare în lanț a soluției de fenol și a apei reziduale fenolice, sunt discutate în articolul „Eliminarea oxigenului din apă” de pe site-ul http://depni.sinp.msu.ru/~ piskarev/ în secțiunea „Proiecte care necesită investiții”.

V.V. Volkov, I.V.Petrova, A.B.Yaroslavtsev, G.F.Tereshchenko

În ciuda faptului că conținutul de oxigen dizolvat în apă este relativ scăzut (în condiții normale, aproximativ 8 mg/l), în microelectronică, energie și industria alimentară, sunt stabilite cerințe destul de stricte pentru a reduce concentrația acestuia în apele de proces la un nivel de câteva μg/l. De exemplu, în industria alimentară, oxigenul conținut în apă deteriorează calitatea unui număr de produse, în special, determină o scădere a rezistenței la îmbătrânire a berii. În sectorul energetic, pentru a reduce coroziunea și depunerile de calcar pentru a crește durata de viață a rețelelor și echipamentelor de încălzire cu 10 ani sau mai mult, conținutul de oxigen din apă ar trebui să fie la nivelul de 5 μg/l.

Cele mai stricte cerințe pentru calitatea apei ultrapure sunt propuse de industria semiconductoarelor - în unele cazuri nivelul necesar nu trebuie să depășească 1 µg/l. Toate întreprinderile din industria microelectronică astăzi consumă deja cantități uriașe de apă ultrapură. Apa ultrapură nu este pe piață ca produs comercial. În industria microelectronică, este produs direct la întreprinderi și furnizat prin conducte către atelierele unde este utilizat. În prezent, apa ultrapură este adesea folosită pentru spălarea substraturilor de siliciu în fabricarea circuitelor integrate. Prezența oxigenului dizolvat determină formarea unui strat de oxid pe suprafața substratului, a cărui viteză de creștere depinde de timpul de interacțiune a apei cu suprafața și de concentrația de oxigen dizolvat. Formarea stratului de oxid are loc chiar și atunci când se utilizează apă ultrapură cu niveluri scăzute de oxigen dizolvat de 40-600 μg/L.

Eliminarea oxigenului dizolvat din apă poate fi realizată atât prin metode fizice, cât și prin metode chimice. Metodele chimice permit purificarea profundă cu reactiv a apei din oxigenul dizolvat. Cu toate acestea, metodele chimice tradiționale (reducerea cu hidrat de hidrazină sau sulfit de sodiu la temperaturi ridicate) au un dezavantaj semnificativ - introducerea de impurități (reactivi) în apă în timpul procesului de purificare.

Metodele fizice tradiționale, cum ar fi degazarea termică, degazarea în vid sau dezaerarea cu bule de azot sunt costisitoare, necesită dimensiuni mari ale instalațiilor și au o suprafață activă mică pe unitate de volum. În plus, este destul de dificil să se reducă concentrațiile de oxigen dizolvat de la câteva părți per milion la câteva părți pe miliard folosind aceste abordări.

Utilizarea contactoarelor cu membrană face posibilă obținerea unor grade mai profunde de purificare și are o serie de avantaje: o creștere semnificativă a suprafeței gaz-lichid pe unitatea de volum, viteze mari de transfer de masă, lipsa dispersiei între faze și posibilitatea de detartrare. (designe modulare). Aceste avantaje fac din metodele cu membrană o alegere atractivă printre alte metode fizice disponibile pentru îndepărtarea oxigenului. De exemplu, la centralele nucleare din Coreea de Sud (Kori și Wolsung) au fost instalate recent sisteme noi de tratare a apei constând din două module de contactoare cu membrană compactă cu o suprafață totală de 260 m 2. Această tehnologie face posibilă reducerea conținutului de oxigen dizolvat în apele de proces ale centralelor nucleare la 0,39 și, respectiv, 0,18 mg/l, prin suflare fizică cu un gaz purtător și evacuare la 50 o C.

Cu toate acestea, astfel de metode au o serie de dezavantaje, de exemplu, evaporarea parțială a apei în timpul procesului, consumul ridicat de gaz inert (de exemplu, azot) sau abur și utilizarea de echipamente suplimentare pentru a crea și menține vidul tehnic. În plus, pentru a obține grade ridicate de purificare a apei din oxigenul dizolvat (mai puțin de 1 µg/l), este necesară utilizarea sistemelor în două etape: o etapă preliminară - reducerea la 100 µg/l și purificarea finală la un nivel de 1 µg/l și mai jos.

O metodă chimică promițătoare pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat este procesul de reducere catalitică a oxigenului cu hidrogen pe un catalizator de paladiu pentru a forma apă. Un dezavantaj semnificativ al acestor metode este necesitatea presaturarii apei cu hidrogen. Această problemă este parțial rezolvată astăzi în industrie prin utilizarea duzelor speciale sau contactoarelor cu membrană. Astfel, metodele existente de îndepărtare catalitică necesită un proces în două etape: dizolvarea preliminară a hidrogenului în apă și reducerea ulterioară a oxigenului dizolvat în apă cu hidrogen pe un catalizator de paladiu.

Recent, Institutul de Sinteză Petrochimică A.V. Topchiev RAS (INHS RAS), împreună cu Organizația Olandeză pentru Cercetare Științifică Aplicată (TNO), au dezvoltat și brevetat o metodă de aplicare a paladiului metalic pe suprafața exterioară a membranelor polimerice hidrofobe. Tehnologia dezvoltată de aplicare a unui catalizator de paladiu pe suprafața exterioară a membranelor poroase sub formă de particule nanometrice a făcut posibilă combinarea într-un singur modul a avantajelor contactoarelor gaz-lichid extrem de eficiente cu o adâncime mare de purificare a apei caracteristică chimică. reactoare (Fig. 1). Un avantaj important al acestei abordări combinate este implementarea unui proces într-o singură etapă pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat din apă la temperatura camerei fără stadiul de barbotare a hidrogenului în apă.

Principiul de funcționare este că apa care conține oxigen dizolvat spăla membrana din exterior, iar hidrogenul, folosit ca agent reducător, este furnizat în interiorul membranei poroase de fibre goale și difuzează prin porii membranei către suprafața exterioară paladizată, unde reacția de reducere a oxigenului cu hidrogen are loc formarea moleculelor de apă.

Fig.1. Principiul eliminării într-o singură etapă a oxigenului dizolvat din apă într-un contactor/reactor cu membrană.

Metoda dezvoltată de aplicare a paladiului pe suprafața exterioară a membranelor polimerice face posibilă obținerea de membrane catalitice cu o cantitate de paladiu mai mică de 5% în greutate. Conform datelor microscopiei electronice cu scanare, este clar că paladiul este situat pe partea exterioară a membranei (Fig. 2), în timp ce difracția cu raze X, metodele EDA și EXAFS au demonstrat că paladiul de pe suprafața fibrelor goale este doar în formă metalică cu o dimensiune a particulei de ordinul 10-40 nm.

Fig.2. Suprafata exterioara Membrane poroase din fibre goale din polipropilenă care conțin Pd: a – microscopie optică (mărire de 70 ori), b – microscopie electronică cu scanare (mărire de 8500 ori).

Metoda de aplicare dezvoltată a fost adaptată cu succes la un contactor comercial cu membrană neseparabil Liqui-Cel Extra Flow (1,4 m2; SUA). Pentru a studia procesul de îndepărtare a oxigenului dizolvat din apă, a fost utilizat un mod de gaz, în care suflarea fizică a fost complet eliminată și îndepărtarea a fost posibilă numai printr-o reacție de reducere catalitică. Când se furnizează hidrogen, se observă o scădere bruscă a concentrației de oxigen în apă la temperatura camerei numai datorită reacției catalitice.

Fig.3. Dependența concentrației de oxigen dizolvat în apă de timpul experimentului în regim de curgere: 1 – heliu (debit de apă 25 l/h); 2 – hidrogen (consum de apă 25 l/h); 3 – hidrogen (debit de apă 10 l/h).

În timpul testelor pilot ale unui contactor/reactor cu membrană catalitică în modul de recirculare a apei în sistem (temperatura 20 o C), concentrația de oxigen dizolvat în apă a fost redusă cu mai mult de 4 ordine de mărime la un nivel de 1 μg/l și mai mic. numai datorită reacţiei catalitice. Această implementare elimină inevitabilul consum mare de gaz sau abur în comparație cu procesul tradițional de suflare fizică. Rezultatele obținute îndeplinesc cele mai stricte cerințe ale industriei pentru apa ultrapură în prezent.

Testele pe termen lung (6 luni) au arătat o stabilitate ridicată a activității catalitice a contactoarelor cu membrană. S-a constatat că chiar și în cazul otrăvirii sau dezactivării catalizatorului, este posibilă re-depunerea paladiului pe suprafața membranelor unui contactor/reactor cu membrană în funcțiune.

În urma cercetărilor efectuate de Institutul de Chimie și Chimie al Academiei Ruse de Științe, împreună cu TNO, a fost dezvoltat un contactor/reactor cu membrană catalitică, care conține un catalizator de paladiu depus în mod special pe suprafața exterioară a poroaselor. membrane din fibre goale din polipropilenă. Mai mult, tehnica este adaptată în așa fel încât procesul de aplicare să fie realizat fără a demonta contactoarele industriale cu membrană, asigurând simplitatea și scalarea producției acestora la nivelul necesar. Costul procesului de depunere de paladiu poate fi estimat la 5-7 euro pe 1 m 2 de membrană.

Metoda dezvoltată într-o singură etapă pentru îndepărtarea oxigenului dizolvat este complet gata pentru comercializare și face posibilă obținerea de apă de proces ultrapură pentru diverse domenii ale microelectronică, energie și industria alimentară.

G. Ovchinnikov

Oxigenul și dioxidul de carbon dizolvat în apă cresc viteza de coroziune a oțelului, în special la temperaturi ridicate. Prin urmare, acestea trebuie îndepărtate cât mai mult posibil din apa cazanului și apa din sistemul de încălzire. Această publicație oferă o privire de ansamblu asupra metodelor moderne de tratare a apei care vizează acest lucru.

Sistemele de cazane, în funcție de scopul lor, sunt de obicei împărțite în apă caldă și abur, astfel încât fiecare tip are propriul set de cerințe pentru apa purificată, care depind și de condițiile de putere și temperatură.

Elaborarea cerințelor oficiale este efectuată de autoritățile de supraveghere, dar acestea sunt întotdeauna mai blânde decât recomandările producătorului stabilite pe baza obligațiilor de garanție. În plus, în Uniunea Europeană, aceste documente sunt supuse unei examinări cuprinzătoare de către organismele de standardizare și organizațiile specializate în ceea ce privește eficiența și funcționarea pe termen lung a cazanului. Prin urmare, este recomandabil să vă concentrați în mod special pe recomandările producătorului.

Orez. Instalație cu redoxit granular pentru îndepărtarea oxigenului din apa de alimentare a cazanelor pe peleți a Grădinii Botanice Naționale care poartă numele. N.N. Grişko

Întreaga varietate de regimuri chimice ale apei este reglementată de Regulile Tehnice de Funcționare, precum și de diverse documente de îndrumare referitoare la anumite regimuri enumerate. Doar respectarea regimurilor corecte de apă și chimie va asigura funcționarea fiabilă, fără probleme și durabilă a echipamentului cazanului, împreună cu sistemele de alimentare cu căldură.

Daune cauzate de gazele dizolvate în apa cazanului

De asemenea, este necesar să se neutralizeze CO 2 liber în condensurile circulante ale sistemelor de încălzire.

Ambele metode fizice și chimice pot fi utilizate pentru a elimina oxigenul din apa de alimentare a cazanului. De obicei sunt combinate, mai întâi metode fizice, apoi chimice.

Metode fizice

Metodele fizice includ utilizarea dezaeratoarelor, care pot fi termice sau în vid. Metode electromagnetice, de înaltă frecvență și ultrasonice, precum și azotul cu bule, au fost, de asemenea, dezvoltate pentru dezaerarea apei.

Metoda termică este cea mai răspândită în cazanele cu abur și apă caldă. Se bazează pe procesele descrise în Legea lui Henry. Potrivit acestuia, solubilitatea gazelor ideale în apă la temperatură constantă și presiune scăzută este direct proporțională cu presiunea parțială a acestor gaze deasupra apei. Creșterea temperaturii până la nivelul de saturație la o anumită presiune reduce presiunile parțiale ale gazelor deasupra apei la zero și, prin urmare, solubilitatea gazelor în apă scade la zero. Din cauza unui dezechilibru în sistem, gazele sunt eliberate din apă (desorbție fizică).

Prin selectarea rapoartelor de temperatură și presiune la care gazele devin practic insolubile, este posibil să le îndepărtați aproape complet din apă.

În ultimii ani, design-urile aparatelor de îndepărtare a gazelor au fost îmbunătățite semnificativ. Acum există mai multe tipuri de dezaeratoare de succes disponibile, fiecare adaptat pentru un scop special. Exista instalatii de dezaerare a apei reci fara incalzire, producand 15.000 m3 pe zi si reducand continutul de oxigen la 0,22 ml/dm3. Într-un astfel de dispozitiv, apa este pulverizată în tăvi speciale într-o cameră sub presiune scăzută. Gazele pot fi îndepărtate prin ejectoarele de abur cu frigidere sau pompe de vid.

În cazanele cu abur, se folosesc în principal desorbitoare de amestec atmosferic cu exces de presiune scăzută. Într-un astfel de aparat, fluxurile de apă se deplasează în jos spre aburul care vine din camera de distribuție a aburului și, în contact cu acesta, se încălzesc până la punctul de fierbere, în urma căruia aerul dizolvat în acesta este eliberat din apă.

Aparatul menține o presiune de 0,12 MPa, iar apa este încălzită la 104°C, adică. până la punctul de fierbere la această presiune. Apa evaporată și aerul sunt trimise prin fiting către schimbătorul de căldură pentru a încălzi apa care intră în dispozitiv. Capacitatea nominală a unor astfel de dezaeratoare este de 25-300 t/h.

În încăperile cazanelor cu cazane de apă caldă, unde nu există abur, se folosesc dezaeratoare cu vid, care mențin o presiune de aproximativ 0,03 MPa la un punct de fierbere de aproximativ 69°C. Acest vid este creat folosind un ejector cu jet de apă.

Condiția principală pentru îndepărtarea gazelor din apa fierbinte este menținerea acesteia într-o stare fin atomizată (pentru un timp suficient) la un punct de fierbere corespunzător presiunii la care gazele dizolvate sunt libere eliberate în faza gazoasă. Cu un tip simplu de încălzitor deschis pentru apă de alimentare, dezaeratorul, atunci când este încălzit la 88-93°C și evacuează liber gazele în atmosferă, reduce concentrația de oxigen la aproximativ 0,3 ml/dm3.

Dispozitivele de îndepărtare a oxigenului pentru sistemele de apă caldă pentru clădiri mari și complexe de clădiri sunt proiectate diferit. Apa este încălzită sub vid, astfel încât punctul ei de fierbere să nu depășească 60-80°C folosind șiruri de serpentine cu abur de încălzire. Apa este apoi stropită pe farfurii. Temperatura aburului care intră în serpentinele inferioare este mai mare decât temperatura apei, care în consecință se evaporă; aburul antrenează gazele degajate printr-o supapă răcită de apa rece care intră. Condensul de la supapă curge înapoi în camera tăvii, în timp ce gazele sunt evacuate de o pompă de vid sau un ejector de abur.

dacă dispozitivul este amplasat la subsolul unei clădiri, atunci este necesară o pompă de circulație pentru apă caldă; uneori este instalată în etajele tehnice de la mansardă ale clădirii astfel încât alimentarea cu apă să fie realizată prin circulație naturală. În astfel de condiţii se realizează o concentraţie de oxigen de 0,04 ml/dm 3 care protejează sistemul de coroziune la temperaturi sub 70°C.

În dezaeratoarele de apă de alimentare a cazanelor, apa intră în contact direct cu aburul. Cel mai adesea se folosesc dispozitive de tip placă care funcționează sub presiune sau vid. Stripperul de atomizare, care funcționează la presiune scăzută, este utilizat pe scară largă în instalațiile de cazane. Într-un dezaerator de tip tavă, apa rece de alimentare trece printr-un frigider, apoi intră într-o cameră încălzită cu abur, unde este pulverizată pe tăvi metalice. Apa curge apoi într-un rezervor de stocare. Aburul umple întregul spațiu, iar direcția de mișcare a acestuia este astfel încât încălzește apa și elimină gazele eliberate. Astfel, este posibil să se realizeze o absență aproape completă a oxigenului în apă.

Într-un model mai modern al dezaeratorului, apa este pulverizată într-o atmosferă de abur la o presiune de aproximativ 0,1 kg/cm2. Acest tip de stripper este conceput pentru cazane marine. Aparatul constă dintr-un frigider, o secțiune încălzită cu abur, o secțiune de dezaerare care înconjoară admisia de abur și o secțiune de stocare a apei dezaerate situată în partea de jos a aparatului. Apa rece de alimentare trece prin frigider, apoi prin duzele de pulverizare, intră în camera încălzită cu abur și din nou prin duze în camera de dezaerare și apoi în colectorul de apă. Aburul intră în camera de dezaerare sub o presiune de 0,7 kg/cm2 și se ridică în frigider, unde gazele care sunt îndepărtate sunt eliberate, iar căldura aburului este transferată în apa care intră în aparat. Majoritatea oxigenului dizolvat este îndepărtat din apă atunci când este inițial încălzită; ultimele 5% din oxigen sunt mult mai greu de eliminat. În acest scop, se folosește o cameră de dezaerare, care asigură îndepărtarea aproape completă a oxigenului din apă.

Cele mai puternice dezaeratoare elimină, de asemenea, tot dioxidul de carbon liber și dioxidul de carbon parțial semilegat și alte gaze. În același timp, din cauza absenței dioxidului de carbon, pH-ul apei crește.

Există o tehnologie fără reactiv pentru îndepărtarea în profunzime a oxigenului pentru sistemele de încălzire cu abur și apă, folosind membrane hidrofobe în contactoare, care permite realizarea unui grad profund de purificare a apei - până la 1 μg/dm 3.

Utilizarea metodelor de desorbție face posibilă eliminarea gazului până la o anumită limită, care este insuficientă în unele cazuri din cauza condițiilor de utilizare a apei. În plus, nu este întotdeauna posibil și necesar să se includă în circuite dispozitive complexe pentru eliminarea gazelor. Prin urmare, în multe centrale termice, metode chimice de legare a O 2 și CO 2 în substanțe care sunt sigure din punct de vedere al coroziunii sunt utilizate pentru tratarea apei de alimentare și de completare.

Metode chimice

Metodele chimice de îndepărtare a gazelor dizolvate din apă se bazează pe legarea lor chimică, realizată prin introducerea de reactivi sau filtrarea prin medii speciale.

Pentru a extrage oxigenul din apă, acesta este filtrat prin substanțe ușor oxidabile, de exemplu, pilitură de oțel și alte încărcături regenerate.

Gradul de îndepărtare a oxigenului liber pentru prevenirea coroziunii cazanelor și rețelelor depinde de temperatura lichidului de răcire și de volumul apei.

De obicei, la 70°, așa cum este cazul în multe sisteme de apă caldă menajeră, nu este necesară reducerea conținutului de oxigen sub 0,07 ml/dm 3 . Pentru cazanele cu abur care funcționează la presiuni sub 17,5 kg/cm 2 (fără economizoare), limita dorită nu trebuie să depășească aproximativ 0,02 ml/dm 3 . Pentru cazanele de înaltă presiune (sau când se utilizează economizoare), este necesară o absență aproape completă a oxigenului, adică sub 0,0035 ml/dm 3.

Există mulți reactivi și compozițiile lor sub diferite denumiri comerciale care pot fi utilizați pentru a neutraliza oxigenul. Fiecare reactiv are propriile sale proprietăți și calități pozitive și negative. Ele vor fi discutate mai jos.

Cel mai comun reactiv pentru îndepărtarea chimică a oxigenului din apă este sulfitul de sodiu Na 2 SO 3 sub diferite nume de marcă. Atât sub formă pură, cât și sub formă de formă activă catalitic. Cantități foarte mici de cupru sau cobalt sunt folosite ca catalizatori.

Concentrațiile recomandate de sulfit de sodiu variază semnificativ între diferiți autori. Pentru a elimina 1 kg de oxigen, sunt necesare aproximativ 8 kg de sulfit de sodiu, cu toate acestea, există multe recomandări pentru dozarea unei cantități în exces din acest catalizator - de la 2 la 40 mg/dm 3 pentru cazane și moduri de funcționare specifice.

Tratarea apei cu Na 2 SO 3 se bazează pe reacția de oxidare a sulfitului cu oxigenul dizolvat în apă:

2Na 2 SO 3 + O 2 = 2Na 2 SO 4.

În această reacție, sulful tetravalent S 4+ acționează ca agent reducător, care donează electroni oxigenului, oxidându-se la S 6+.

Un indicator important al procesului de legare a oxigenului este viteza de reacție dintre sulfitul de sodiu și oxigen. Depinde de temperatura apei care este tratată și, în conformitate cu legea de acțiune a masei, de cantitatea de reactiv introdus.

Astfel, la o temperatură a apei de 40°C și o dozare a unei cantități stoechiometrice de sulfit de sodiu, procesul se finalizează în 6-7 minute; la o temperatură de 80°C, timpul de reacție este puțin mai mare de 1 minut. Cu un exces de 70% din reactiv, în conformitate cu legea acțiunii masei, reacția se finalizează în 2 minute la orice temperatură.

La temperaturi peste 275°C (presiune de saturație 6 MPa), sulfitul de sodiu se poate descompune pentru a forma SO 2 sau H 2 S, ceea ce crește semnificativ viteza de coroziune a echipamentelor de cale aburului-condens.

Prin urmare, acest reactiv poate fi utilizat numai pentru dezoxigenarea apei din cazane de medie presiune (3-6 MPa), vaporizatoare și pentru apa de reintegrare în rețelele de încălzire.

O soluție de sulfit de sodiu cu o concentrație de 3-6% se prepară într-un rezervor ferit de contactul cu atmosfera, iar apoi, cu ajutorul unui dozator, se introduce în apa care se tratează cu oarecare exces față de cantitatea stoechiometrică.

Cu toate acestea, o supradozare a reactivului crește foarte mult conductivitatea electrică a apei din cazan (conținutul de sare), precum și formarea de nămol; problemele sunt posibile din cauza formării de spumă în apa cazanului.

Sulfitarea este ușor de realizat și nu necesită echipamente voluminoase și costisitoare. Dezavantajul acestei metode este că mărește reziduul uscat în cantitate de 10-12 mg/dm 3 la 1 mg/dm 3 de oxigen dizolvat.

O tehnologie originală eficientă pentru îndepărtarea O 2 din apă a fost dezvoltată și este utilizată folosind material filtrant granular realizat pe baza unor schimbătoare de ioni sintetice cu o structură macroporoasă, în care sunt încorporate centrii activi ai metalelor, în special fierul divalent.

În timpul procesului de filtrare a apei printr-un strat de material de alimentare, oxidarea cu oxigen dizolvat transformă formele feroase de fier (FeO) în oxid dublu de fier (FeO.Fe 2 O 3 nH 2 O) sau sesquioxid (Fe 2 O 3 .nH 2 ). O).

Esența procesului tehnologic este utilizarea unui sorbent care are o capacitate de absorbție a oxigenului suficient de mare (adică este redoxit într-o formă redusă). Un complex schimbător de ioni cu un metal de tranziție introdus în faza schimbătorului de ioni a fost utilizat ca astfel de sorbant.

În acest caz, procesul de absorbție chimică a oxigenului poate fi reprezentat sub forma următoarei ecuații:

4RMe(OH) n + O2 + 2H2O → 4RMe(OH) (n+1),

Pe măsură ce apa se filtrează prin stratul de redoxit, din ce în ce mai mult se va transforma într-o formă oxidată și, în cele din urmă, capacitatea de a absorbi în continuare oxigenul va fi complet epuizată. După ce ciclul de lucru al filtrului Redox a expirat, sorbentul epuizat este supus regenerării.

Regenerarea este procesul de restabilire a capacității de absorbție a redoxitului prin trecerea printr-un strat, de exemplu, tiosulfat de sodiu:

RMe(OH) n + 2H2O → 4RMe(OH) (n-1),

unde R este un radical complex insolubil în apă al schimbătorului de ioni; Me este un metal de tranziție.

Înainte de a trece soluția de regenerare, redoxitul trebuie slăbit cu un flux invers de apă. Ulterior este spălat de excesul de reactiv și de produse de regenerare.

Pentru cazanele cu tambur la presiuni mari și ultra-înalte, hidrazina este utilizată sub formă de hidrat de hidrazină sau sulfat de hidrazină, care interacționează viguros cu oxigenul, oxidându-se în cele din urmă la apă și azot, adică. fără creșterea conținutului de salinitate al apei:

N2H4 · H2O + O2 = 3H2O + N2.

Hidrazină hidrat poate fi utilizat cu succes pentru tratarea apei de alimentare atât a cazanelor cu tambur, cât și a cazanelor cu trecere o dată (nu crește reziduul uscat al apei), în timp ce sulfatul de hidrazină poate fi utilizat doar pentru tratarea apei de alimentare a cazanelor cu tambur (crește ușor reziduul uscat) .

Viteza de reacție depinde de temperatură, pH-ul mediului, excesul de hidrazină, în conformitate cu legea acțiunii masei și prezența catalizatorilor. La temperaturi sub 30°C, hidrazina practic nu interacționează cu O 2, dar la 105°C, pH = 9-9,5 și un exces de hidrazină de aproximativ 0,02 mg/dm 3, timpul pentru legarea aproape completă a oxigenului este de mai multe. secunde.

Hidrazina este introdusă în apă sub formă de soluție de 0,1-0,5% peste cantitatea stoechiometrică, ținând cont de faptul că o parte din aceasta este cheltuită pentru reducerea oxizilor superiori de fier și cupru din depozitele de pe țevi.

Sulfatul de hidrazină poate fi folosit la orice presiune, totuși, cel mai indicat este să-l folosești doar la o presiune de 70 kgf/cm 2 și peste, iar la presiune scăzută este mai bine să folosești sulfit de sodiu datorită costului său mai mic.

Se recomandă calcularea dozei de hidrazină g (µg/kg) în termeni de NH4 folosind formula:

g=С 1 +0,35С 2 +0,15С 3 +0,25С 4 +40,

unde C 1 este concentrația de oxigen din apa de alimentare înainte de adăugarea de hidrazină, μg/kg; C 2 este concentrația de nitriți din apa de alimentare înainte de adăugarea de hidrazină, μg/kg; C 3 este concentrația de fier în apa de alimentare, μg/kg; C 4 este concentrația de cupru în apa de alimentare, kg/kg.

Concentrația de hidrazină în soluția de lucru C (mg/kg) se calculează prin formula:

unde D este consumul de apă de alimentare, t/h; DN este debitul mediu (interval reglabil) al pompei de dozare, l/h.

Când se prepară o soluție de lucru de sulfat de hidrazină, aceasta din urmă trebuie neutralizată cu hidroxid de sodiu. cantitatea sa necesară pentru neutralizare, y (kg) se calculează prin formula:

y=0,62y 1 +0,04ShV b,

unde y 1 este cantitatea de sulfat de hidrazină încărcat, kg; A este alcalinitatea fenolftaleinei a apei utilizate pentru prepararea soluției de lucru, mEq/kg; V b este volumul rezervorului, m 3 .

În apa cazanului și supraîncălzitoare, excesul de hidrazină se descompune pentru a forma amoniac:

3N2H4 = 4NH3 + N2.

Atunci când se organizează tratarea apei cu hidrazină, trebuie avut în vedere faptul că hidrazina este o substanță foarte toxică și cancerigenă; la concentrații de peste 40% este inflamabilă, prin urmare trebuie luate măsuri speciale de siguranță stricte.

Alți compuși organici și anorganici pot fi utilizați pentru a lega oxigenul din apa cazanului. De exemplu, hidrochinonă (paradioxibenzen), pirogalol (non-s-trihidroxibenzen), acid izoascorbic, carbohidrazină, N,N-dietilhidroxilamină (DEHA). Utilizarea lor este reglementată de recomandările producătorului de echipamente specifice.

Toți compușii chimici de mai sus pot fi incluși în formularea multor compoziții complexe de marcă pentru tratarea apei cazanului și a suprafețelor interne ale cazanului.

Dioxidul de carbon care intră în ciclul abur-apă prin diverse scurgeri de aer din echipament, precum și din cauza descompunerii carbonaților de sare (în apă suplimentară), duce la scăderea pH-ului apei. Aceasta, la rândul său, îmbunătățește procesele de coroziune datorită interacțiunii ionilor de hidrogen cu metalul, precum și prin reducerea proprietăților protectoare ale peliculei de oxid de pe suprafața metalului. Ca rezultat, dioxidul de carbon este întotdeauna un factor de creștere a coroziunii.

Pentru a preveni coroziunea cu dioxid de carbon a echipamentului tractului de alimentare condens al centralelor termice cu cazane cu tambur, se utilizează o metodă de legare a dioxidului de carbon liber prin introducerea unui reactiv alcalin - o soluție apoasă de amoniac - în condensatul turbinei sau în apa de alimentare. . Obiectivul principal al acestui tratament este creșterea pH-ului apei și condensului în zonele căii abur-apă, care protejează în mod fiabil echipamentul împotriva coroziunii cu depolarizarea hidrogenului.

Doza de amoniac este determinată de cantitatea necesară pentru a lega dioxidul de carbon în bicarbonat de amoniu. Un mic exces de NH3 peste această cantitate formează deja carbonat de amoniu și crește pH-ul apei la valori de peste 8,5:

NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3,
NH4HCO3 + NH3 = (NH4)2CO3.

Din ecuațiile de mai sus rezultă că pentru a lega 1 mg/dm 3 CO 2 0,26 mg/dm 3 amoniac este suficient.

Amoniacul este introdus de obicei în apa tratată sub formă de soluție 1-5% NH4OH folosind pompe dozatoare care sunt automatizate pe baza debitului de apă. Când concentrația de dioxid de carbon liber în apă sau abur depășește 8 mg/dm 3, utilizarea amoniacului este de obicei inacceptabilă, deoarece poate apărea coroziunea aliajelor de cupru (alama) utilizate pentru fabricarea echipamentelor de alimentare cu condens.

A fost dezvoltat și utilizat un regim combinat hidrazină-amoniac, care se caracterizează prin introducerea de amoniac în lichidul de răcire (în principal în apa de alimentare) pentru a crește pH-ul apei și a neutraliza efectele dioxidului de carbon, precum și precum introducerea de hidrazină pentru a reduce conținutul de oxigen rezidual după dezaeratoarele de apă de alimentare. Datorită efectului valorilor ridicate ale pH-ului, procesele de coroziune ale oțelului și aliajelor de cupru sunt încetinite. Totuși, amoniacul, pe lângă capacitatea de a crește pH-ul apei care este aminată, are și capacitatea de a avea un efect corosiv specific asupra aliajelor de cupru. Prin urmare, doza de amoniac la introducerea regimului hidrazin-amoniac se limitează la menținerea conținutului de amoniac în apa de alimentare la un nivel care să nu depășească 1 mg/dm3.

Citiți articole și știri pe canalul Telegram AW-Therm. Aboneaza-te la Canalul canalului YouTube.

§ 132. Îndepărtarea gazelor dizolvate din apă

Cel mai adesea, procesul de tratare a apei necesită îndepărtarea dioxidului de carbon, oxigenului și hidrogenului sulfurat. Toate cele trei gaze sunt gaze corozive care provoacă sau îmbunătățesc procesele de coroziune a metalelor. Dioxidul de carbon este, de asemenea, agresiv față de beton. Capacitatea acestor gaze de a provoca și intensifica procese corozive, precum și mirosul neplăcut pe care hidrogenul sulfurat îl conferă apei, necesită în multe cazuri o îndepărtare cât mai completă a acestora din apă.

Un set de măsuri legate de îndepărtarea din apă a gazelor dizolvate în acesta se numește degazare a apei.

Se folosesc metode chimice și fizice de degazare a apei.

Esența primului este utilizarea anumitor reactivi care leagă gazele dizolvate în apă. De exemplu, dezoxigenarea apei poate fi realizată prin introducerea de sulfit de sodiu, dioxid de sulf sau hidrazină în ea. Sulfitul de sodiu, atunci când este introdus în apă, este oxidat de oxigenul dizolvat în apă la sulfat de sodiu:

2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4.

Când se utilizează dioxid de sulf, se formează acid sulfuros:

SO2 -f H2O -»- H2SO3,

care este oxidat de oxigenul dizolvat în apă la acid sulfuric:

2H2SO3-f O2-*-2H2SO4.

Un reactiv chimic care poate fi utilizat pentru a realiza

dezoxigenarea aproape completă a apei este hidrazina.

Când este introdus în apă, oxigenul se leagă și azotul inert este eliberat:

N2H4 + O2->-2H2O-f-N2.

Ultima metoda chimica de dezoxigenare a apei este cea mai avansata, dar in acelasi timp si cea mai scumpa datorita costului ridicat al hidrazinei. Prin urmare, această metodă de utilizare este în principal pentru îndepărtarea finală a oxigenului din apă după metode fizice de deoxigenare.

Un exemplu de metodă chimică pentru îndepărtarea hidrogenului sulfurat din apă este tratarea apei cu clor:

a) cu oxidare la sulf:

HJS + C12-»-S + 2HCI;

b) cu oxidare la sulfați:

H2S + 4С12 + 4Н2О -> H2SO4 + 8HC1

Aceste reacții (precum și reacțiile intermediare de formare a tiosulfaților și sulfiților) se desfășoară în paralel în anumite proporții, în funcție în primul rând de doza de clor și de pH-ul apei. Metodele chimice de îndepărtare a gazelor prezintă următoarele dezavantaje: a) necesitatea utilizării de reactivi care complică și măresc costul tratării apei; b) posibilitatea deteriorării calității apei în cazul în care se încalcă dozajul de reactivi. Ca urmare, metodele chimice de îndepărtare a gazelor sunt utilizate mult mai puțin frecvent decât cele fizice.

Metodele fizice de îndepărtare a gazelor dizolvate din apă pot fi efectuate în două moduri: 1) apa care conține gazul de îndepărtat este adusă în contact cu aerul dacă presiunea parțială a gazului de îndepărtat în aer este aproape de zero; 2) se creează condiții în care solubilitatea gazului în apă devine aproape de zero.

Folosind prima metodă, adică folosind aerarea apei, dioxidul de carbon liber și hidrogenul sulfurat sunt de obicei îndepărtate, deoarece presiunea parțială a acestor gaze în aerul atmosferic este aproape de zero.

A doua metodă, de obicei, trebuie să se recurgă la deoxigenarea apei, deoarece la o presiune parțială semnificativă a oxigenului în aerul atmosferic, oxigenul nu poate fi îndepărtat din acesta prin aerarea apei. Pentru a elimina oxigenul din apă, acesta este adus la fierbere, la care solubilitatea tuturor gazelor din apă scade la zero. Apa este adusă la fierbere fie prin încălzire (dezaeratoare termice), fie prin reducerea presiunii la o valoare la care apa fierbe la o anumită temperatură (degazare în vid).

Îndepărtarea gazelor dizolvate din apă în timpul tratării apei se realizează folosind degazoare de diferite tipuri, care, în funcție de proiectarea lor, de natura mișcării apei și a aerului și de mediul în care se desfășoară procesul de degazare, pot fi clasificate. după cum urmează:

1) degazoare de film, care sunt coloane, încărcă

căsătorit cu unul sau altul atașament (lemn, inele Raschig etc.),

prin care apa curge într-o peliculă subțire. Duza este folosită pentru a crea

suprafata dezvoltata de contact intre apa si aerul injectat

ventilator spre curgerea apei;

2) degazoare cu bule, în care mă mișc încet

Aerul comprimat este suflat prin apa care curge;

3) degazoare cu vid, unde se folosesc dispozitive speciale

(pompe de vid sau ejectoare cu jet de apă) creează o astfel de presiune

temperatura la care apa fierbe la o anumită temperatură.

În tehnologia de tratare a apei se folosesc în principal degazoarele cu peliculă, iar cele cu vid (sau termice) sunt folosite pentru dezoxigenarea apei. Degazarele cu barbotare sunt folosite ca o excepție din cauza costului de operare relativ ridicat (consum de energie electrică pentru compresia aerului).

La proiectarea degazoarelor, trebuie determinate următoarele cantități: aria secțiunii transversale a degazorului, debitul de aer necesar, suprafața duzei necesară pentru a obține un anumit efect de degazare.

Suprafața secțiunii transversale a degazoarelor trebuie determinată de densitatea de irigare admisă a duzei, adică de debitul de apă pe 1 m2 din suprafața secțiunii transversale a degazorului. La îndepărtarea în profunzime a dioxidului de carbon din apă (până la 2-3 mg/l) pe degazoarele încărcate cu inele Raschig (25X25X3 mm), densitatea de irigare admisă a duzei este de 60 m3/(m2"h), debitul specific de aer este de 15 m3/m3; la degazoarele încărcate cu ambalaj de lemn din scânduri, 40 m3/(m2“h) și respectiv 20 m3/m3; la dezoxigenarea apei cu ajutorul degazoarelor cu vid, densitatea de irigare admisă a duzei este de 5 m3/(m2“h).

Suprafața necesară a duzelor încărcate în degazor este determinată de formula dată la § 131. Metodele de determinare a cantităților rămase incluse în această formulă sunt, de asemenea, indicate acolo. Valorile K sunt găsite pentru fiecare tip de degazator folosind graficele corespunzătoare1.