Jazyk
Takzvaná mezní uhličitanová tvrdost (Hj) označuje kritickou hodnotu, při které se CaCO₃ nesráží za specifických podmínek kvality vody a teplot, kde volný CO₂ buď chybí, nebo je minimální. Typicky se v systémech chladicí vody tato hodnota pohybuje od 2 do 4,5 mg ekvivalentu/l. Přidáním inhibitorů kyseliny a vodního kamene však může systém chladicí vody udržet vyšší úrovně tvrdosti uhličitanu. Tento článek vysvětluje vztah mezi inhibitory vodního kamene pro chladicí vodu a limitní uhličitanovou tvrdostí a poskytuje užitečné informace pro odborníky na úpravu vody.
1. Přídavek kyseliny a mezní tvrdost uhličitanu
Přidáním kyseliny do makeupové vody se uhličitanová tvrdost přemění na nekarbonátovou tvrdost s vyšší rozpustností (jako je CaSO₄ a CaCl₂), což snižuje uhličitanovou tvrdost cirkulující vody na úroveň pod limitní uhličitanovou tvrdostí, čímž se zabrání tvorbě vodního kamene. Chemické reakce jsou následující:
Pokračujte ve sdílení metody pro výpočet množství kyseliny, které má být přidáno, na základě uhličitanové tvrdosti a mezní uhličitanové tvrdosti (Hj), jak je uvedeno v následujícím vzorci.
Ve vzorci:
G je množství přidané kyseliny, kg/h;
E je molární hmotnost kyseliny pro kyselinu sírovou E = 49 a pro kyselinu chlorovodíkovou E = 36,5;
Qm je doplňkový objem vody cirkulující chladicí vody, m³/h;
a je koncentrace kyseliny;
HB je uhličitanová tvrdost doplňkové vody, mmol/l;
H′B je uhličitanová tvrdost doplňkové vody po úpravě kyselinou, mmol/l.
H′B lze vypočítat následovně.
Ve vzorci: N je koncentrační násobek; Hj je limitující uhličitanová tvrdost cirkulujícího systému chladicí vody v mmol/l.
Mezní uhličitanovou tvrdost cirkulující vody po přidání kyseliny, bez inhibitoru vodního kamene, lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
Ve vzorci [O] představuje spotřebu kyslíku v mg/l; t představuje teplotu cirkulující vody v ℃.
Hf′ je nekarbonátová tvrdost po ošetření kyselinou přidanou do doplňkové vody v mmol/l a lze ji vypočítat pomocí následujícího vzorce:
2. Použití inhibitorů vodního kamene s úpravou kyselinou pro omezení tvrdosti uhličitanu
Při použití ošetření kyselinou pro omezení uhličitanové tvrdosti ve spojení s inhibitory vodního kamene by měl typ použitého inhibitoru vodního kamene určit vhodnou hodnotu Hj. Mezi běžné inhibitory vodního kamene patří polyfosfáty, organické fosfonáty (soli) a polyakrylové kyseliny.
Inhibitory polyfosfátové stupnice
Polyfosfáty primárně označují polyfosfát sodný, běžně používané formy jsou hexametafosfát sodný (také známý jako polymetafosfát sodný) a tripolyfosfát sodný. Tyto inhibitory dispergují a stabilizují koloidní částice a mají silné chelatační schopnosti pro ionty vápníku a hořčíku. Polyfosforečnan sodný funguje nejen jako inhibitor vodního kamene, ale má také inhibiční vlastnosti proti korozi. Specifické vlastnosti se liší v závislosti na molekulární struktuře [NaPO₃] n , kde hodnota n určuje charakteristiky. Hexametafosforečnan sodný má chemický vzorec [NaPO₃]₆ONa₂ a je polymerem metafosforečnanu sodného (NaPO₃). Při použití jako inhibitor vodního kamene lze mezní uhličitanovou tvrdost Hj cirkulující vody odhadnout podle následujícího vzorce. Typické dávkování hexametafosforečnanu sodného se pohybuje od 1 do 5 mg/l, přičemž horní hranice se používá pro vodu s vysokou uhličitanovou tvrdostí. Tripolyfosfát sodný (Na₅P₃O₁₀) má silnou schopnost chelatovat ionty vápníku s typickým dávkováním 2 až 5 mg/l a Hj = 5 mmol/l.
Nevýhodou polyfosfátů je jejich tendence k rozkladu na ortofosfáty ve vodě, což je proces známý jako hydrolýza polyfosfátů. Stupeň hydrolýzy je ovlivněn faktory, jako je pH, teplota, čas a mikrobiální aktivita. Hydrolýza pozitivně koreluje s teplotou vody a dobou kontaktu, i když k ní dochází relativně pomalou rychlostí, s typickými rychlostmi hydrolýzy mezi 11% a 35%.
Organické fosfonáty a jejich soli
Tyto inhibitory vodního kamene jsou účinné a také poskytují inhibici koroze, což z nich činí dvouúčelové inhibitory. Mnohé z jejich vlastností jsou podobné polyfosfátům, ale jsou stabilnější a méně náchylné k hydrolýze, a to i při vyšších teplotách. Organické fosfonáty však mohou být korozivní pro měď, takže nejsou vhodné pro použití v měděných systémech výměníků tepla. Mezi běžné organické fosfonáty a jejich soli používané v tuzemsku patří kyselina hydroxyethylidendifosfonová (HEDP), kyselina aminotrimethylenfosfonová (ATMP) a ethylendiamintetra (kyselina methylenfosfonová) (EDTMP). Při použití společně s polyfosfáty mohou mít tyto inhibitory synergický účinek, zlepšují omezující uhličitanovou tvrdost cirkulující vody a snižují dávkování každého činidla. Typická limitující uhličitanová tvrdost pro tyto inhibitory je následující:
HEDP: Hj = 8 mmol/l
ATMP: Hj = 9 mmol/l
EDTMP: Hj = 8 mmol/l
Polykarboxylátové polymery
Polykarboxylátové polymery jsou polymery obsahující karboxylové funkční skupiny (karboxylové skupiny) nebo deriváty karboxylových kyselin. Karboxylátový anion (COO⁻) určuje vlastnosti těchto polymerů, kde M představuje jednovazný kationt, vodík nebo aminovou skupinu. Po zavedení do vody se karboxylátová skupina disociuje na COO⁻ a M⁺, přičemž COO⁻ je zodpovědný za inhibici vodního kamene. Mezi běžné polykarboxylátové inhibitory vodního kamene používané v tuzemsku patří kyselina polyakrylová, polyakrylát sodný, polymethylmethakrylát, kopolymery kyseliny akrylové a hydroxypropylakrylátu, kopolymery kyseliny akrylové a akrylátů a hydrolyzovaná kyselina poly(maleinová) (anhydrid). Typické dávky a odpovídající mezní hodnoty uhličitanové tvrdosti jsou následující:
Kyselina polyakrylová: 1– 9 mg/l, Hj = 5,5– 10 mmol/l
Polyakrylát sodný: 1–8 mg/l, Hj = 5,8–9 mmol/l
Poly(kyselina maleinová): 1–5 mg/l, Hj = 5–8,5 mmol/l
Shrnutí
Řízením omezující uhličitanové tvrdosti v systémech cirkulující chladicí vody lze zabránit tvorbě vodního kamene. Použití výše uvedených metod k výpočtu vhodného dávkování kyselin a inhibitorů vodního kamene spolu s přípustnou omezující tvrdostí uhličitanu v systému za specifických provozních podmínek pomáhá předcházet problémům s usazováním vodního kamene a zároveň snižuje chemické náklady.
