Instytut Fizyki Jądrowej. D.V. Skobeltsyn Moskiewski Uniwersytet Państwowy Śr. Instytut Fizyki Jądrowej Uniwersytetu im. Łomonosowa w Moskwie proponuje nową metodę usuwania tlenu, opartą na inicjacji oksydacyjnych rodnikowych reakcji łańcuchowych w wodzie. W Instytucie Fizyki Jądrowej Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego opracowano generatory mieszaniny ozonowo-hydroksylowej, które umożliwiają inicjowanie rodnikowych reakcji łańcuchowych utleniania zanieczyszczeń w wodzie. Zaobserwowano doświadczalnie proces utleniania łańcuchowego roztworu fenolu i związków fenolowych. Ścieki*. Proponuje się zastosowanie dwóch procesów prowadzących do odtlenienia wody: przedmuchiwanie wodą gazem niezawierającym tlenu; rodnikowe reakcje łańcuchowe. Schemat instalacji pokazano na ryc. jeden.

Instalacja składa się z generatora rodników, pompy eżektorowej (E), zbiornika buforowego i rurociągów. Przepływ uzdatnionej wody wyniesie 50 m3/h. 10% wody, tj. 5 m3/h podawany jest do eżektora, który wysysa mieszankę gazową z generatora. W generatorze rodnikowym następuje wyładowanie elektryczne wyładowania koronowego, prąd wyładowania wynosi 15 mA, a pobór mocy wynosi 150 W. Wszystkie wnęki gazowe obiektu są przepłukiwane gazem ziemnym przed włączeniem zrzutu. Gaz miesza się z cieczą w eżektorze. Przepływ mieszaniny gazowo-wodnej z eżektora wpływa do zbiornika buforowego, gdzie miesza się z głównym strumieniem wody i oleju. Olej jest dodawany jako główna substancja, która będzie oddziaływać z tlenem.

Zużycie oleju, biorąc pod uwagę jego rozpuszczalność (50 mg/l lub 50 g/m3), przy przepływie wody 50 m3/h wyniesie 2,5 l/h. Gaz ziemny krąży wewnątrz jednostki: jest odsysany z generatora rodników przez eżektor, mieszany z wodą w eżektorze, oddzielany od wody w zbiorniku buforowym i zawracany do generatora rodników przez rurę powrotną. Tlen oddzielony od wody i odprowadzony przez gaz ze zbiornika buforowego spala część gazu ziemnego na elektrodach generatora rodników. Szybkość cyrkulacji gazu jest równa szybkości cyrkulacji wody przez eżektor (5 m3/h), przy czym gaz jest zużywany w niewielkim stopniu i prawie cały przepływa ze zbiornika buforowego z powrotem do generatora. Zużycie gazu jest kompensowane zasilaniem gazem ziemnym.

W tym celu można zorganizować przedmuch gazu przez układ z zapłonem płomienia w strumieniu wylotowym po przedmuchu. Objętość zbiornika buforowego powinna być taka, aby czas retencji wody był większy niż czas usuwania tlenu. Czas ten może wynosić do 15 minut (biorąc pod uwagę niedokładności dokonane w szacunkach liczbowych), tj. pojemność zbiornika - 10-15 m3. Orientacyjne charakterystyki projektowanej instalacji do usuwania tlenu z wody są następujące: przepływ wody - 50 m3/h; moc pobierana przez generator rodników wynosi 150 W; zużycie oleju - 2,5 l/h; zużycie gazu (do utleniania i drenażu) - 500-1000 l / h; objętość zbiornika buforowego wynosi 10-15 m3. Dokładna charakterystyka instalacji zależy od potrzeb klientów.

Stałe wymagane do obliczeń instalacji należy uzyskać w wyniku prac badawczo-rozwojowych. SINP MGU produkuje generatory rodnikowe o mocy od 50 do 150 W, przeznaczone do utleniania zanieczyszczeń w wodzie. Mogą być modyfikowane w celu generowania rodników organicznych. Pompy eżektorowe są również projektowane i produkowane w SINP.

* Należy zauważyć, że najprostszy i tani sposób pozyskiwanie wody niezawierającej tlenu to wykorzystanie wody ze źródeł podziemnych, w których nie ma tlenu. Tradycyjne metody usuwania tlenu z wody, a także proces utleniania łańcuchowego roztworu fenolu i ścieków fenolowych omówiono w artykule „Usuwanie tlenu z wody” na stronie http://depni.sinp.msu. ru/~piskarev/ w sekcji „Projekty wymagające inwestycji”.

czasami wymagane jest wiązanie tlenu i dwutlenku węgla. Odpowietrzanie można przeprowadzić różnymi metodami. Nawet w obecności urządzenia do odpowietrzania (odgazowywacza) może być konieczne dodatkowe zmniejszenie stężenia rozpuszczonego tlenu i dwutlenku węgla za pomocą specjalnych .

Metody odpowietrzania wody zasilającej w kotłowniach

. Stosowanie odczynników

Do wiązania tlenu w wodzie zasilającej i sieciowej można stosować złożone, które pozwalają nie tylko obniżyć stężenie tlenu i dwutlenku węgla do wartości standardowych, ale także ustabilizować pH wody i zapobiec tworzeniu się osadów. W ten sposób wymaganą jakość wody sieciowej można osiągnąć bez użycia specjalnego sprzętu do odpowietrzania.

. Odpowietrzanie chemiczne

Istotą odpowietrzania chemicznego jest dodawanie do wody zasilającej odczynników, które umożliwiają wiązanie zawartych w wodzie rozpuszczonych gazów korozyjnych. Do kotłów na gorącą wodę zalecamy stosowanie złożonego inhibitora rdzy i kamienia kotłowego. Usuwanie rozpuszczonego tlenu z wody podczas uzdatniania wody do kotłów parowych - , co często pozwala pracować bez odpowietrzania. Jeśli istniejący odgazowywacz nie działa poprawnie, zalecamy użycie odczynnika w celu skorygowania reżimu chemii wody. Do produkcja jedzenia zalecane jest również użycie Advantage Reagent 456

. Odgazowywacze atmosferyczne z doprowadzeniem pary

Do odpowietrzania wody w kotłowniach z kotły parowe stosowane są głównie termiczne odgazowywacze atmosferyczne dwustopniowe (DSA), pracujące przy ciśnieniu 0,12 MPa i temperaturze 104 °C. Taki odgazowywacz składa się z głowicy odpowietrzającej z dwiema lub więcej płytami perforowanymi lub innymi specjalnymi urządzeniami, dzięki którym woda źródłowa, rozpadając się na krople i strumienie, wpada do zbiornika magazynowego, napotykając po drodze parę w przeciwprądzie. W kolumnie podgrzewana jest woda i następuje pierwszy etap jej odpowietrzania. Takie odgazowywacze wymagają instalacji kotłów parowych, co komplikuje schemat cieplny kotła ciepłej wody i schemat chemicznego uzdatniania wody.

. Odpowietrzanie próżniowe

W kotłowniach z kotłami na gorącą wodę z reguły stosuje się odgazowywacze próżniowe, które działają w temperaturze wody od 40 do 90 ° C.
Odgazowywacze próżniowe mają wiele istotnych wad: wysokie zużycie metalu, duża liczba dodatkowe wyposażenie pomocnicze (pompy próżniowe lub eżektory, zbiorniki, pompy), konieczność umieszczenia na znacznej wysokości w celu zapewnienia pracy pomp uzupełniających. Główną wadą jest obecność znacznej ilości sprzętu i rurociągów pod próżnią. W efekcie przez uszczelnienia wałów pomp i armatury przeciekają podczas połączenia kołnierzowe i spawanych, powietrze dostaje się do wody. W takim przypadku efekt odpowietrzenia całkowicie zanika i możliwy jest nawet wzrost stężenia tlenu w wodzie uzupełniającej w porównaniu z początkowym.

. Odpowietrzanie termiczne

Woda zawsze zawiera rozpuszczone agresywne gazy, przede wszystkim tlen i dwutlenek węgla, które powodują korozję urządzeń i rurociągów. Gazy korozyjne dostają się do wody źródłowej w wyniku kontaktu z atmosferą i innych procesów, takich jak wymiana jonowa. Głównym działaniem korozyjnym na metal jest tlen. Dwutlenek węgla przyspiesza działanie tlenu, a także ma niezależne właściwości korozyjne.

Odpowietrzanie (odgazowywanie) wody służy do ochrony przed korozją gazową. Odpowietrzanie termiczne znalazło największy rozkład. Gdy woda jest podgrzewana pod stałym ciśnieniem, rozpuszczone w niej gazy są stopniowo uwalniane. Gdy temperatura wzrasta do temperatury nasycenia (wrzenia), stężenie gazów spada do zera. Woda jest uwolniona od gazów.

Przegrzanie wody do temperatury nasycenia odpowiadającej danemu ciśnieniu zwiększa w niej resztkową zawartość gazów. Wpływ tego parametru jest bardzo istotny. Przegrzanie wody nawet o 1°C nie pozwoli na spełnienie wymagań „PUBE” dla wody zasilającej kotły parowe i wodne.

Stężenie gazów rozpuszczonych w wodzie jest bardzo niskie (rzędu mg/kg), więc nie wystarczy oddzielić je od wody, ale ważne jest również usunięcie ich z odgazowywacza. W tym celu konieczne jest dostarczenie do odgazowywacza nadmiaru pary lub parowania, przekraczającej ilość niezbędną do podgrzania wody do wrzenia. Przy całkowitym zużyciu pary 15-20 kg/t uzdatnionej wody parowanie wynosi 2-3 kg/t. Zmniejszenie pary rozprężnej może znacznie pogorszyć jakość odpowietrzonej wody. Ponadto zbiornik odgazowywacza musi mieć znaczną objętość, zapewniającą, że woda pozostanie w nim przez co najmniej 20 ... 30 minut. Długi czas jest potrzebny nie tylko do usunięcia gazów, ale także do rozkładu węglanów.

Do samodzielnego doboru odczynników

Uzyskaj porady dotyczące wyboru:

Wypełnić

W.W. Wołkow, IV Pietrowa, AB Jarosławcew, G.F. Tereshchenko

Pomimo tego, że zawartość tlenu rozpuszczonego w wodzie jest stosunkowo niska (w normalnych warunkach około 8 mg/l), w mikroelektronice energia i Przemysł spożywczy stawia się raczej rygorystyczne wymagania, aby obniżyć jego stężenie w wodach technologicznych do poziomu kilku µg/l. Tak więc np. w przemyśle spożywczym tlen zawarty w wodzie obniża jakość wielu produktów, w szczególności powoduje obniżenie odporności piwa na starzenie. W energetyce, w celu ograniczenia korozji i osadzania się kamienia w celu wydłużenia żywotności sieci i urządzeń ciepłowniczych o 10 lat lub więcej, zawartość tlenu w wodzie powinna być na poziomie 5 µg/l.

Najbardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jakości wody ultraczystej stawia przemysł półprzewodników – w niektórych przypadkach wymagany poziom nie powinien przekraczać 1 μg/l. Wszystkie przedsiębiorstwa przemysłu mikroelektronicznego zużywają już ogromne ilości wody ultraczystej. Woda ultraczysta nie jest dostępna na rynku jako produkt handlowy. W branży mikroelektronicznej jest produkowany bezpośrednio w przedsiębiorstwach i podawany rurociągami do warsztatów w miejscach jego użytkowania. Obecnie przy produkcji układów scalonych do mycia podłoży krzemowych często stosuje się wodę ultraczystą. Obecność rozpuszczonego tlenu powoduje powstawanie na powierzchni podłoża warstwy tlenkowej, której szybkość narastania zależy od czasu oddziaływania wody z powierzchnią oraz stężenia rozpuszczonego tlenu. Tworzenie warstwy tlenkowej następuje nawet w przypadku użycia ultraczystej wody o niskim poziomie rozpuszczonego tlenu 40-600 µg/L.

Usuwanie rozpuszczonego tlenu z wody można osiągnąć zarówno metodami fizycznymi, jak i chemicznymi. Metody chemiczne umożliwiają przeprowadzenie głębokiego odczynnikowego oczyszczania wody z rozpuszczonego tlenu. Jednak tradycyjne metody chemiczne (redukcja wodzianem hydrazyny lub siarczynem sodu w podwyższonych temperaturach) mają istotną wadę – wprowadzanie zanieczyszczeń (odczynników) do wody podczas procesu oczyszczania.

Konwencjonalne metody fizyczne, takie jak odgazowywanie termiczne, odgazowywanie próżniowe lub odpowietrzanie pęcherzyków azotu są drogie, wymagają dużych rozmiarów instalacji i mają małą powierzchnię czynną na jednostkę objętości. Ponadto dość trudno jest zastosować te podejścia do zmniejszenia stężenia rozpuszczonego tlenu z kilku części na milion do poziomu kilku części na miliard.

Zastosowanie kontaktorów membranowych umożliwia osiągnięcie głębszych stopni oczyszczania i ma szereg zalet: znaczny wzrost pola powierzchni gaz-ciecz na jednostkę objętości, duże szybkości przenoszenia masy, brak dyspersji między fazami, możliwość skalowania (modułowość struktur). Te zalety sprawiają, że metody membranowe stanowią atrakcyjny wybór spośród innych dostępnych fizycznych metod usuwania tlenu. Na przykład ostatnio w elektrowniach jądrowych w Korei Południowej (Kori i Wolsung) zainstalowano nowe systemy uzdatniania wody, składające się z dwóch kompaktowych modułów stycznika membranowego o łącznej powierzchni 260 m2. Technologia ta umożliwia obniżenie zawartości tlenu rozpuszczonego w wodach technologicznych elektrowni jądrowej odpowiednio do 0,39 i 0,18 mg/l poprzez fizyczne oczyszczanie gazem nośnym i próżnią w temperaturze 50°C.

Jednak takie metody mają szereg wad, na przykład częściowe odparowanie wody podczas procesu, wysokie zużycie gazu obojętnego (na przykład azotu) lub pary, stosowanie dodatkowego sprzętu do tworzenia i utrzymywania próżni technicznej. Dodatkowo, aby osiągnąć wysoki stopień oczyszczenia wody z rozpuszczonego tlenu (poniżej 1 μg/l) wymagane jest zastosowanie systemów dwustopniowych: etap wstępny - redukcja do 100 μg/l, a oczyszczanie końcowe do poziomu 1 μg/l i poniżej.

Obiecującą chemiczną metodą usuwania rozpuszczonego tlenu jest proces katalitycznej redukcji tlenu wodorem na katalizatorze palladowym z wytworzeniem wody. Istotną wadą takich metod jest konieczność wstępnego nasycania wody wodorem. Problem ten jest obecnie częściowo rozwiązany w przemyśle przez zastosowanie specjalnych dysz lub kontaktorów membranowych. Istniejące metody katalitycznego usuwania wymagają więc prowadzenia procesu w dwóch etapach: wstępne rozpuszczenie wodoru w wodzie i następująca po nim redukcja tlenu rozpuszczonego w wodzie wodorem na katalizatorze palladowym.

Niedawno A.V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis RAS (INHS RAS) wraz z Holenderską Organizacją Stosowanych Badań Naukowych (TNO) opracował i opatentował metodę nakładania metalicznego palladu na zewnętrzną powierzchnię hydrofobowych membran polimerowych. Opracowana technologia nakładania katalizatora palladowego na zewnętrzną powierzchnię membran porowatych w postaci cząstek o wielkości nanometrycznej pozwoliła połączyć w jednym module zalety wysokowydajnych kontaktorów gaz-ciecz o dużej głębokości oczyszczania wody charakterystycznej dla reaktorów chemicznych ( Rys. 1). Ważną zaletą tego połączonego podejścia jest wdrożenie jednoetapowego procesu usuwania rozpuszczonego tlenu z wody w temperaturze pokojowej bez etapu bąbelkowania wodoru w wodzie.

Zasada działania polega na tym, że woda zawierająca rozpuszczony tlen zmywa membranę z zewnątrz, a wodór, stosowany jako środek redukujący, jest podawany do porowatej membrany kapilarnej i dyfunduje przez pory membrany do zewnętrznej powierzchni palladu, gdzie reakcja redukcji tlenu wodorem przebiega z tworzeniem się cząsteczek wody.

Rys.1. Zasada jednoetapowego usuwania rozpuszczonego tlenu z wody w kontaktorze/reaktorze membranowym.

Opracowany sposób nanoszenia palladu na zewnętrzną powierzchnię membran polimerowych umożliwia otrzymanie membran katalitycznych o zawartości palladu poniżej 5% wag. Na podstawie danych ze skaningowej mikroskopii elektronowej można zauważyć, że pallad znajduje się po zewnętrznej stronie membrany (rys. 2), natomiast metody dyfrakcji rentgenowskiej, EDA i EXAFS wykazały, że pallad na powierzchni pustych włókien znajduje się tylko w postaci metalicznej o wielkości cząstek około 10-40 nm.

Rys.2. Powierzchnia zewnętrzna Zawierające Pd porowate membrany z włókien kapilarnych z polipropylenu: a – mikroskopia optyczna (powiększenie 70-krotne), b – mikroskopia elektronowa skaningowa (powiększenie 8500-krotne).

Opracowaną metodę aplikacji z powodzeniem zaadaptowano do nierozłącznego, komercyjnego kontaktora membranowego Liqui-Cel Extra Flow (1,4 m 2 ; USA). Do badania procesu usuwania rozpuszczonego tlenu z wody wykorzystano tryb gazowy, w którym całkowicie wykluczono czyszczenie fizyczne, a usunięcie było możliwe tylko dzięki reakcji redukcji katalitycznej. Gdy dostarczany jest wodór, gwałtowny spadek stężenia tlenu w wodzie w temperaturze pokojowej obserwuje się tylko w wyniku reakcji katalitycznej.

Rys.3. Zależność stężenia tlenu rozpuszczonego w wodzie od czasu eksperymentu w trybie przepływowym: 1 – hel (przepływ wody 25 l/h); 2 – wodór (zużycie wody 25 l/h); 3 – wodór (przepływ wody 10 l/h).

Podczas testów pilotażowych kontaktora/reaktora membranowego katalitycznego w trybie recyrkulacji wody w układzie (temperatura 20°C) stężenie tlenu rozpuszczonego w wodzie zostało obniżone o ponad 4 rzędy wielkości do poziomu 1 μg/l oraz niższy tylko ze względu na reakcję katalityczną. Ta implementacja eliminuje nieuniknione wysokie zużycie gazu lub pary w porównaniu z tradycyjnym fizycznym procesem oczyszczania. Uzyskane wyniki spełniają obecnie najbardziej rygorystyczne wymagania przemysłu dla wody ultraczystej.

Badania długoterminowe (6 miesięcy) wykazały wysoką stabilność aktywności katalitycznej kontaktorów membranowych. Stwierdzono, że nawet w przypadku zatrucia lub dezaktywacji katalizatora możliwe jest ponowne nałożenie palladu na powierzchnię membrany działającego kontaktora/reaktora membranowego.

W wyniku badań przeprowadzonych przez Instytut Chemii Rosyjskiej Akademii Nauk wspólnie z TNO opracowano kontaktor/reaktor membranowy katalityczny zawierający katalizator palladowy osadzony w specjalny sposób na zewnętrznej powierzchni porowatych pustych włókien polipropylenowych membrany. Ponadto technika jest dostosowana w taki sposób, aby proces aplikacji odbywał się bez demontażu przemysłowych kontaktorów membranowych, zapewniając prostotę i skalowanie ich produkcji do wymaganego poziomu. Koszt procesu nakładania palladu można oszacować na 5-7 euro za 1 m2 membrany.

Opracowana jednoetapowa metoda usuwania rozpuszczonego tlenu jest całkowicie gotowa do komercjalizacji i umożliwia uzyskanie ultraczystej wody technologicznej dla różnych dziedzin mikroelektroniki, energetyki i przemysłu spożywczego.

Usuwanie tlenu z wody odbywa się nie tylko metodą desorpcji (fizyczną), ale także metodami chemicznymi. Chemiczne wiązanie tlenu z substancjami obojętnymi na korozję odbywa się na kilka sposobów, z których każdy opiera się na procesach redoks. Ponieważ procesy te są również typowe dla wielu typowych metod uzdatniania wody, na przykład oczyszczania z zanieczyszczeń biologicznych, i są ważne w ocenie korozji materiałów konstrukcyjnych urządzeń głównych i pomocniczych, przeanalizujemy ich główne postanowienia.

Reakcje redoks składają się z procesów utleniania (oddawania elektronów do substancji) i redukcji (oddawania elektronów do substancji). Substancja, która oddaje swoje elektrony podczas reakcji, nazywana jest środkiem redukującym, a substancja, która przyjmuje elektrony, nazywana jest środkiem utleniającym. Niektóre substancje mogą występować w formach utleniających i redukujących i mogą zmieniać się z jednej formy w drugą, zyskując lub tracąc elektrony. Z wyjątkiem tlenu i wodoru, które są odpowiednio środkami utleniającymi i redukującymi, pozostałe substancje, w zależności od warunków, mogą być środkami utleniającymi lub redukującymi, które charakteryzują się potencjałem redoks układu reakcyjnego lub potencjałem redoks. Potencjał redoks zależy od aktywności formy redoks zgodnie z równaniem Nornsta:

gdzie n jest liczbą elektronów biorących udział w reakcji redoks; k jest parametrem zależnym od temperatury; E 0 to potencjał standardowy, który określa równość aktywności form utleniającej i redukującej.

Potencjał redoks jest miarą zdolności redoks i redoks systemu. Najsilniejszymi utleniaczami są jony i służą do określania zdolności utleniania nadmanganianu lub dichromianu, a także fluoru, ozonu i chloru.

Chemiczne metody usuwania rozpuszczonych gazów z wody polegają na wiązaniu ich w nowe związki chemiczne. Ścisła regulacja zawartości tlenu przy stosowaniu redukcyjnych reżimów wodnych w obwodach elektrociepłowni z kotłami walcowymi, w sieciach ciepłowniczych determinuje konieczność stosowania nie tylko fizycznych metod odgazowania, ale także chemicznych metod dodatkowego odtleniania opartych na reakcjach redoks.

Stosowane środki redukujące obejmują odczynniki, takie jak siarczyn sodu, hydrazyna i grupy redoks utworzone na nierozpuszczalnych w wodzie polimerach o dużej masie cząsteczkowej.

Uzdatnianie wody siarczynem sodu opiera się na reakcji utleniania siarczynu tlenem rozpuszczonym w wodzie:

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

Reakcja przebiega dość szybko przy temperaturze wody co najmniej 80 0 С i pH ≤ 8. Ta metoda odtleniania jest stosowana tylko w kotłach średniociśnieniowych (3–6 MPa) i do wody uzupełniającej sieci ciepłowniczej, ponieważ w temperatura powyżej 275 0 С i ciśnienie powyżej 6 MPa siarczyn ulega hydrolizie i procesowi samoutlenienia - samoleczenia:

Na2SO3 + H2O2NaOH + SO2; 4Na 2 SO 3 Na 2 S + 3Na 2 SO 4 .

Dla kotłów jednoprzelotowych i bębnowych o wysokich i ultrawysokich parametrach stosuje się odtlenianie wody hydrazyną w postaci wodzianu hydrazyny (N 2 H 4 ∙ H 2 O), który nie zwiększa zasolenia wody.

N 2 H 4 ∙ H 2 O 2 3 H 2 O + N 2.

Głównymi czynnikami determinującymi szybkość tej reakcji są temperatura, pH, nadmiar hydrazyny oraz obecność katalizatorów. Zatem przy temperaturze 105 0 C, pH = 9 ÷ 9,5 i nadmiarze hydrazyny 0,02 mg/kg czas całkowitego wiązania tlenu wynosi 2–3 sekundy. Przy 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.

W wodzie kotłowej i w przegrzewaczach nadmiar hydrazyny rozkłada się z utworzeniem amoniaku:

3N2H4 4NH3 + N2.

W obecności tlenków metali możliwy jest również rozkład hydrazyny z uwolnieniem H2:

3N2H4 2NH3 + 3H2 + 2N2.

Reakcje redoks można prowadzić przez filtrowanie wody przez nierozpuszczalne w wodzie substancje wielkocząsteczkowe zawierające grupy redoks zdolne do odwracalnego utleniania i redukcji. Przykładem takich substancji są elektryczne wymieniacze jonowe (EI) stosowane w schematach odtleniania dla dodatkowej wody sieci ciepłowniczych, która przeszła wstępny etap odpowietrzania termicznego. EI otrzymuje się poprzez wprowadzenie do struktury wymieniacza jonowego podczas syntezy materiału. Na takich żywicach możliwe jest jednoczesne i niezależne zachodzenie procesów jonowymiennych i redoks. EI można otrzymać na bazie miedzi i bizmutu.

Czynnikiem decydującym o wyborze typu wymieniacza jonowego do upakowania na nim substancji redoks jest zdolność matrycy do mocnego zatrzymywania osadzanych związków. Ta zdolność zależy od znaku ładunku powierzchniowego jonitu.

Wykład #10

Organizacja odtleniania chemicznego.

Roztwór siarczynu sodu do średniociśnieniowego uzdatniania wody zasilającej kotły przygotowywany jest w zbiorniku zabezpieczonym przed kontaktem z atmosferą. Do rurociągu zasilającego przed pompami wprowadza się roztwór o stężeniu 3 - 6% za pomocą spryskiwaczy i dozowników nurnikowych. Dawkę siarczynu sodu do przetworzenia 1 m 3 wody zasilającej po termicznym odpowietrzeniu oblicza się według wzoru:

gdzie g jest zużyciem siarczynu technicznego, g/m3;

Stężenie tlenu w uzdatnionej wodzie, g/m3;

k - nadmiar odczynnika (2 - 3 g / m 3);

Organizując kurację hydrazyną należy wziąć pod uwagę właściwości hydrazyny hydrazyny. Hydrazyna N 2 H 4 · H 2 O jest bezbarwną cieczą, która z łatwością pochłania tlen, dwutlenek węgla i parę wodną z powietrza i jest łatwo rozpuszczalna w wodzie. Hydrazyna jest toksyczna w stężeniach powyżej 40%, palna, dostarczana i przechowywana jako 64% roztwór w zamkniętych pojemnikach ze stali nierdzewnej. Opary hydrazyny powodują podrażnienie dróg oddechowych, narządów wzroku, roztwory hydrazyny działają na skórę, dlatego przy obchodzeniu się z hydrazyną należy bezwzględnie przestrzegać odpowiednich przepisów bezpieczeństwa.

Obliczona dawka hydrazyny powinna uwzględniać nie tylko jej zużycie do wiązania tlenu, ale także do interakcji z tlenkami metali. Jego dawkowanie oblicza się według wzoru:

g g \u003d 3C 1 + 0,3 C 2 - 0,15 C 3,

gdzie g g jest obliczoną dawką hydrazyny hydrazyny, mg/kg;

C 1 - C 3 - stężenie odpowiednio w wodzie zasilającej tlenu, związków żelaza i miedzi, mg / kg.

Dozowanie hydrazyny odbywa się w jednym z dwóch punktów: na ssaniu pomp zasilających lub do kondensatu turbiny przed nagrzewnicą niskie ciśnienie(PND). Szacunkową ilość 100% hydrazyny φ, mg/kg, potrzebną do załadowania do zbiornika wstępnego rozcieńczania, określa się ze stosunku:

gdzie D - zużycie wody zasilającej, m 3 / h;

τ to czas między ładowaniami zbiornika, h.

Pojemność zbiornika 10 m 3 dla stężenia 20% hydrazyny zapewnia około dwumiesięczne dostawy odczynników dla elektrowni wodnej (GRES) o mocy 3600 MW.

Przy danym natężeniu przepływu wody zasilającej godzinowe zużycie odczynnika d, kg/h, oblicza się według wzoru:

Zazwyczaj podczas normalnej pracy w wodzie zasilającej utrzymuje się nadmierne stężenie hydrazyny, wynoszące 0,03-0,06 mg/kg.

Rozważymy technologię zastosowania chemicznej deoksygenacji na przykładzie zastosowania elektrycznego wymieniacza jonowego (EI) z tlenkiem żelaza. EI tego typu jest zdolny do odtleniania i jednoczesnego zmiękczania wody w schematach ze wstępnym odpowietrzaniem próżniowym. Wstępne odpowietrzenie wody zapewnia jej podgrzanie do 60 - 80 0 C oraz częściowe usunięcie rozpuszczonego tlenu, co pozytywnie wpływa na efektywność rozważanej metody. W podanych warunkach temperaturowych proces można oprzeć na typowych konstrukcjach filtrów jonowymiennych. Przy początkowej zawartości tlenu w uzdatnionej wodzie do 1 mg/kg, elektryczny wymieniacz jonowy zapewnia obniżenie zawartości tlenu do 5–20 µg/kg.

Obecność wodorotlenku żelaza na powierzchni elektrycznego wymieniacza jonowego również przyczynia się do usuwania żelaza.

Podane cechy technologiczne zapewniają wysoką efektywność wykorzystania tego materiału do odtleniania wody uzupełniającej systemu grzewczego typu zamkniętego.

Oczyszczanie wody metodami destylacyjnymi.

metoda destylacji.

Oczyszczanie (odsalanie) wód o wysokim zasoleniu, w tym wód morskich, a także przetwarzanie wysoko zmineralizowanych roztworów odpadów w celu ochrony środowiska jest najważniejszym zadaniem naukowo-technicznym.

Oczyszczanie wysoko zmineralizowanych wód i roztworów można przeprowadzić, po pierwsze, usuwając z wody rozpuszczone zanieczyszczenia, co odbywa się z reguły bez przejść fazowych rozpuszczalnika (wody) w stan pary lub ciała stałego; po drugie, metodą ekstrakcji cząsteczek wodoru z roztworu, opartą na zmianie ich stanu skupienia (przez destylację).

Pierwszy sposób ekstrakcji soli z roztworu jest teoretycznie bardziej odpowiedni, ponieważ ułamek molowy rozpuszczonych nawet wysoce zmineralizowanych zanieczyszczeń jest około 100 lub więcej razy mniejszy niż liczba samych cząsteczek wody. Jednak trudności techniczne we wdrożeniu takiej ścieżki nie we wszystkich przypadkach pozwalają na ekonomiczne wykorzystanie tej przewagi.

Po podgrzaniu roztwory wodne cząsteczki wody pozyskują energię przekraczającą siły przyciągania molekularnego i są wyprowadzane w przestrzeń pary. Kiedy ciśnienie pary nasyconej w wodzie zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym, woda zaczyna wrzeć. Jony i cząsteczki rozpuszczonych substancji zawartych w wodzie i w stanie uwodnionym nie mają takiego zapasu energii i przechodzą do pary pod niskim ciśnieniem w bardzo małej ilości. W ten sposób organizując proces wrzenia roztworów wodnych, możliwe jest oddzielenie rozpuszczalnika (wody) i zawartych w nim zanieczyszczeń. Destylacja (termiczne odsalanie) odbywa się w wyparniach (rys. 1), w których woda w wyniku wytwarzania ciepła z pary pierwotnej dostarczanej do systemu grzewczego zamieniana jest na parę wtórną, która następnie ulega kondensacji.

Rysunek 1 - Schemat instalacji wyparnej:

1 – linia dopływu pary pierwotnej; 2 - sekcja grzewcza; 3 – korpus parownika; 4 - linia do usuwania powstałej (wtórnej) pary; 5 - kondensator; 6 – pierwotny przewód odprowadzania kondensatu pary; 7 - linia zaopatrzenia w wodę zasilającą; 8 – linia oczyszczania; 9 - linia opróżniania; 10 – linia odbiorcza destylatu.

Para pierwotna jest zwykle pobierana z turbiny parowej. Substancje zanieczyszczające wodę pozostają w objętości odparowanej wody i są usuwane z parownika wraz z odprowadzoną (płuczącą) wodą. Destylat - wtórny kondensat pary wodnej - zawiera tylko niewielką ilość nielotnych zanieczyszczeń, które dostają się do niego w wyniku porywania kropel odparowanej wody (koncentratu).

Zakładając w pierwszym przybliżeniu, że przejście zanieczyszczeń do pary wtórnej jest równe zeru, na podstawie bilansu materiałowego w parowniku oszacujemy stężenie zanieczyszczeń w wodzie parownikowej Cw. Równanie bilansu materiałowego ma postać:

R p.v C p.v \u003d R p C p + R pr C v.i,

gdzie R p.v - zużycie wody zasilającej (P p.v \u003d R p + R pr);

P p - wydajność pary.

Biorąc pod uwagę, że С n = 0, (Р n + Р pr)С a.c. = Р pr С v.i, skąd .

Im większy wydmuch, tym mniejsze stężenie zanieczyszczeń w wodzie parownika (w wydmuchu). Ujemny temperaturowy współczynnik rozpuszczalności soli twardości podczas odparowywania w wodzie stężeń jonów Ca 2+, Mg 2+,,,OH - do granic przekraczających iloczyn rozpuszczalności CaCO 3, CaSO 4 i Mg(OH) 2 , jest przyczyną powstawania kamienia na powierzchniach wymiany ciepła w parownikach . Tworzenie się kamienia obniża wydajność parowników i pogarsza ich wydajność techniczną i ekonomiczną.

Instalacje wyparne są jedno- i wielostopniowe. Jeżeli para wtórna jest kondensowana bezpośrednio w parowniku-skraplaczu, to taka instalacja wyparna jest jednostopniowa. W instalacjach wielostopniowych (rys. 2) para wtórna z każdego stopnia, z wyjątkiem ostatniego, jest wykorzystywana jako para grzewcza dla kolejnego stopnia i tam się skrapla.

Rysunek 2 - Schemat wielostopniowej instalacji wyparnej:

1 - linia doprowadzająca parę grzewczą; 2 - 4 - parownik odpowiednio 1 - 3 stopnie; 5 – wtórny przewód wylotowy pary; 6 - kondensator; 7 – przewód odpływowy kondensatu; 8 - linia zaopatrzenia w wodę zasilającą; 9 – podgrzewacz wody zasilającej; 10 - linia czyszczenia.

Wraz ze wzrostem liczby etapów wzrasta również ilość kondensatu (destylatu) uzyskiwanego w wyparce z jednej tony pary pierwotnej. Jednak wraz ze wzrostem liczby stopni różnica temperatur między parą grzewczą i wtórną maleje, co wymusza zwiększenie powierzchni właściwej wymiany ciepła, co ostatecznie prowadzi do wzrostu gabarytów, jednostkowych kosztów metalu i wzrostu w koszt instalacji.

Zasilanie instalacji wielostopniowej może odbywać się równolegle z zasilaniem każdego parownika ze wspólnego kolektora, ale częściej - szeregowo, jak pokazano na rysunku 2. W tym przypadku cała woda zasilająca jest dostarczana do pierwszego etapu instalacji, a następnie, po jej częściowym odparowaniu, woda spływa do kolejnego etapu, a z drugiego jest odprowadzana do kanalizacji. W elektrociepłowniach z dużymi stratami całkowitymi i zewnętrznymi pary i kondensatu stosowane są wielostopniowe wyparki. Wyparki jednostopniowe są stosowane w elektrowniach kondensacyjnych (CPP) z niewielkimi stratami (1-3%) i są włączone do schematów oczyszczania ścieków z oczyszczalni ścieków z zabronionymi zrzutami.

Obecnie destylat wytwarzany jest głównie z wody uprzednio zmiękczonej na filtrach jonowymiennych, ale w niektórych przypadkach stosuje się wodę poddaną uproszczonej obróbce. Para dostarczana do parownika nazywana jest pierwotną, a para utworzona z wody wpływającej do parownika nazywana jest wtórną.

W wyparkach rzutowych para powstaje nie przez gotowanie, ale przez gotowanie wody, wstępnie podgrzanej do temperatury o kilka stopni wyższej niż temperatura nasycenia wody, w komorze, w której zachodzi parowanie. Nie wymagają wysokiej jakości wody zasilającej, ponieważ proces odparowywania wody podczas gotowania odbywa się bez przenikania ciepła przez powierzchnię. Lampy błyskowe są również nazywane adiabatycznymi lub „błyskami”. Ponieważ temperatura nasycenia zależy od ciśnienia nasycenia, podczas wrzenia pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego możliwe jest zorganizowanie pracy wyparek tego typu w temperaturze poniżej 100 0 C, co zmniejsza prawdopodobieństwo tworzenia się kamienia kotłowego.

Jednostopniowy parownik rzutowy z wymuszonym obiegiem działa w następujący sposób (rysunek 3).

Rysunek 3 — Jednostopniowy parownik rzutowy z wymuszonym obiegiem.

Woda źródłowa wchodzi do skraplacza 1, po czym jej część jest przesyłana do komory parowania 3. Pompa obiegowa 5 pobiera wodę z komory parowania i pompuje ją przez grzałkę 6, zawracając wodę przez dyszę 2 do korpusu parownika . Gdy niekondensujące się gazy są odsysane przez wyrzutnik pary 8, ciśnienie w komorze spada poniżej ciśnienia nasycenia pary, w wyniku czego następuje parowanie z powierzchni kropel i lustra. Oddzielanie kropel wilgoci odbywa się w urządzeniu 7. Destylat jest wypompowywany z wyparki przez pompę 4, jego ilość w instalacjach jednostopniowych jest w przybliżeniu równa ilości kondensującej pary.

Parowniki Flash mogą być budowane według schematu wielostopniowego, co zapewnia mniejsze jednostkowe zużycie ciepła. W zakładach odsalania wody morskiej ilość stopni może dochodzić do 30 - 40. W przypadku włączenia takiej instalacji do schematu regeneracyjnego ogrzewania wody zasilającej kotły, jest ona realizowana zgodnie z warunkami bilansu cieplnego jako jednostopniowa lub posiada trzy lub cztery etapy.

Zapobieganie tworzeniu się kamienia w roślinach wyparnych.

Doświadczenia z eksploatacji wyparek z zasilaniem w wodę morską wskazują na poważne trudności wynikające z szybkiego tworzenia się kamienia na powierzchniach wymiany ciepła, spadku współczynnika przenikania ciepła α oraz spadku sprawności parowników.

Wzrost gęstej warstwy osadów krystalicznych następuje z roztworu przesyconego w wyniku wzrostu kryształów istniejących na powierzchni (powstawanie kamienia pierwotnego), a także w wyniku adhezji i adsorpcji drobnych cząstek już powstałych w odparowanej wodzie (tworzenie skali wtórnej).

Z reguły tworzenie się łusek obu typów przebiega jednocześnie. Tworzenie się kamienia na powierzchni można przedstawić w następujący sposób: tworzenie się kryształów zarodkowych w zagłębieniach mikronierówności metalu; pojawienie się formacji, takich jak krzew koralowy; wypełnienie szczelin między gałęziami „krzaka” drobnymi cząstkami fazy stałej powstającej w roztworze i transportowanej na powierzchnię wymiany ciepła.

Metody przeprowadzania obliczeń związanych z oceną intensywności powstawania zgorzeliny nie zostały jeszcze opracowane, ponieważ wszystkie czynniki wpływające na ten proces są dalekie od zbadania, w szczególności konieczne jest poznanie dokładnych wartości zgorzeliny współczynnik aktywności jonów dla rzeczywistych parametrów pracy parownika.

Metody radzenia sobie z tworzeniem się kamienia w parownikach można podzielić na fizyczne, chemiczne i fizykochemiczne; ponadto możliwe jest zastosowanie specjalnych konstrukcji i materiałów do parowników w celu ograniczenia tworzenia się kamienia kotłowego.

Metody bezodczynnikowe.

Metoda stabilizacji kontaktu została zaproponowana przez Langeliera i tak nazwana ze względu na brak wytrącania się fazy stałej na powierzchni wymiany ciepła podczas jej stosowania. Polega ona na tym, że energia tworzenia kryształów na nierozpuszczonych cząsteczkach zanieczyszczeń jest mniejsza niż energia spontanicznego pojawiania się ośrodków krystalizacji. Krystalizacja na substancji stabilizującej przebiega przy niższym przesyceniu roztworu. Ze względu na wiele centrów krystalizacji następuje odkładanie się nadmiaru nad rozpuszczalnością liczby substancji tworzących kamień. Jako stabilizator stosuje się kruszywo: wapień, marmur, piasek, przez warstwę filtracyjną, z której krąży odparowana woda.

Wysokość filtra powinna wynosić 1,8 - 2 metry. Szybkość wzrostu solanki w celu uniknięcia porywania materiału stabilizującego nie powinna przekraczać 35 m/h. Zastosowanie stabilizacji kontaktu umożliwia zmniejszenie ilości kamienia kotłowego w parowniku o 80 - 90%, ale jest strukturalnie złożone.

Magnetyczne uzdatnianie wody polega na przepompowywaniu jej przez aparat, w którym wytwarzane jest pole magnetyczne. Wiadomo, że instalacje wyposażone są w urządzenia magnetyczne, gdy woda nie jest stabilna, czyli jest przesycona CaCO 3, działają wydajnie. Teoria obróbki magnetycznej nie została jeszcze utworzona, ale następujące badania ustaliły, co następuje. Zawarte w wodzie, która jest transportowana stalowe rury, ferromagnetyczne produkty korozji i cząstki koloidalne z ładunek elektryczny a moment magnetyczny akumuluje się w polu magnetycznym wytworzonym przez urządzenie magnetyczne. Wzrost stężenia mikrofazy stałej w szczelinie aparatu magnetycznego sprzyja krystalizacji węglanu wapnia z niestabilnej w swojej objętości wody, w wyniku czego zmniejsza się szybkość tworzenia kamienia kotłowego, ale stężenie osadu wzrasta wraz z dalszym ogrzewaniem i parowaniem wody poddanej obróbce magnetycznej. Ponieważ skład chemiczny i rozproszony naturalnych zanieczyszczeń wody zmienia się wraz z porami roku i regionami, a stopień przesycenia CaCO 3 wody zależy również od temperatury, skuteczność obróbki magnetycznej może zmieniać się w szerokim zakresie do wartości zerowych.

Obróbka ultradźwiękowa podczas odparowywania wody może powstać dzięki elastyczności wibracje mechaniczneśrodowiska o znacznych energiach, które prowadzą do naruszenia kinetyki krystalizacji w warstwie przyściennej. Działanie fal ultradźwiękowych na powierzchnię grzejną może wzbudzać naprzemienne siły zginające na granicy wiązań krystalicznych z powierzchnią, co ostatecznie powoduje złuszczanie się kamienia. Mechanizm wpływu ultradźwięków na tworzenie się kamienia nie jest w pełni poznany.

E.F. Tebenikhin, Bezodczynnikowe metody uzdatniania wody w elektrowniach. M.: Energoatomizdat, 1985.

Wykład #11

Zapobieganie tworzeniu się kamienia w parownikach

instalacje metodami chemicznymi i innymi.

Metody chemiczne. Stabilizacja przez zakwaszenie służy do zapobiegania tworzeniu się osadu węglanu wapnia i wodorotlenku magnezu na powierzchniach wymiany ciepła.

Naturalna woda zawierająca Ca 2+ , , , CO 2 , w zależności od stanu równowagi dwutlenku węgla w układzie, może być agresywna, stabilna lub niestabilna. Głównym kryterium stabilności takiego systemu, stosowanym w praktyce, jest „wskaźnik stabilności” zaproponowany przez Langelier.

Dla wód naturalnych współczynniki pH równe ≥ fakt pH są spełnione. Różnica między wartościami rzeczywistymi i równowagowymi jest oznaczona przez Y i nazywana jest wskaźnikiem stabilności lub wskaźnikiem Langeliera:

Fakt pH - pH równe = Y.

Przy Y = 0 woda jest stabilna, przy Y< 0 она агрессивна, при Y >0 woda jest niestabilna i podatna na tworzenie się osadów. W uzdatnianiu wody stabilizowanej przez zakwaszanie wskaźnik stabilności jest bliski zeru. Znając charakter zmiany faktu pH \u003d f 1 (A) i pH równe \u003d f 2 (A) ze spadkiem zasadowości wody w wyniku zakwaszenia, równania te można rozwiązać w odniesieniu do ΔA ( zmniejszenie zasadowości do stanu stabilnego).

Wymagana dawka, mg / kg, techniczna siarka lub kwasu solnego można określić wzorem:

gdzie e jest równoważną masą kwasu, mg-eq/kg;

Dawka kwasu zależy od alkaliczności wody zasilającej, temperatury procesu destylacji oraz szybkości parowania i wynosi zwykle 70 - 90% alkaliczności wody źródłowej. Przedawkowanie kwasu może spowodować korozję materiałów konstrukcyjnych instalacji wyparnej, dlatego konieczna jest dokładna kontrola procesu dozowania. Stosowanie wodorosiarczanu sodu jest podobne do zakwaszania, ponieważ w wyniku dysocjacji NaHSO 4 powstają jony wodorowe.

Do zakwaszania można zastosować chlorek żelazowy, natomiast wraz z jonem wodorowym podczas hydrolizy tworzy się zawiesina wodorotlenku żelaza, której cząstki służą jako centra krystalizacji substancji tworzących kamień.

Metody fizyczne i chemiczne. Polegają na zastosowaniu odczynników chemicznych-dodatków-surfaktantów wprowadzanych do odparowanej wody w tak małej ilości (1-20 mg/kg), że ich reakcja z zanieczyszczeniami wody nie odgrywa znaczącej roli. Skuteczność takich dodatków wynika z faktu, że ze względu na ich wysoką aktywność powierzchniową, krystalizacja substancji tworzących kamień na powierzchni grzewczej jest znacznie zmniejszona. Surfaktanty są adsorbowane w postaci monomolekularnego filmu na powierzchni kryształów zaszczepiających lub utrudniają ich adhezję do powierzchni.

Silne właściwości stabilizująco-peptyzujące, zdolne do zapobiegania koagulacji cząstek w szerokim zakresie zawartości części stałych, charakteryzują się obecnością w wodzie substancji przeciwdziałających powstawaniu kamienia kotłowego, zwykle w postaci miceli i mikrocząsteczek.

Oprócz wymienionych odczynników stosuje się również niektóre środki kompleksujące, na przykład heksametafosforan sodu Na (NaPO 3) 6 i niektóre inne polifosforany.

Na wysoka temperatura(do 120°C) i dużej twardości wody, dobry efekt dało zastosowanie odczynników zapobiegających osadzaniu się kamienia zawierających kwas poliakrylowy, sole EDTA (trilon B), kwas sulfonowy i inne.

Oprócz powyższego, kamień jest usuwany (czyszczony) z powierzchni aparatu metodą chemiczną za pomocą odczynników - siarkowego, chlorowodorowego, cytrynowego, octowego i innych.

Technologiczne metody ograniczania powstawania kamienia kotłowego. Stosowane są głównie w systemach wyparnych z pionowymi sekcjami grzewczymi rurowymi. Przykładami metod technologicznych ograniczania tworzenia się kamienia może być zastosowanie zorganizowanego gazu usuwanego (przedmuchu gazowego) parowników do nasycenia wody zasilającej dwutlenkiem węgla. Podczas termicznego rozkładu wodorowęglanów do fazy gazowej, jak wiadomo, uwalniany jest dwutlenek węgla. Mieszając ją z wodą w ilości przekraczającej wartość równowagi, nadaje wodzie właściwości agresywne w stosunku do węglanu wapnia, co zapobiega jego uwalnianiu się w podgrzewaczach wody zasilającej. Należy wziąć pod uwagę, że przy nadmiernej zawartości dwutlenku węgla w wodzie, który obniża pH, nasilają się procesy korozyjne materiałów konstrukcyjnych.

Metody otrzymywania pary czystej w wyparniach.

Zanieczyszczenie pary nasyconej związkami nieorganicznymi wiąże się po pierwsze z porywaniem wilgoci (porywanie mechaniczne), a po drugie z rozpuszczalnością niektórych substancji w parze wodnej. Główny wkład w zanieczyszczenie pary wodnej ma mechaniczne (kropelkowe) porywanie. Zwykle odparowaną wodę przeprowadza się w postaci kropelek o wielkości od 0,5 do 3 mikronów, które powstają podczas niszczenia pęcherzyków pary wykraczających poza granice objętości wody.

Usuwanie soli za pomocą pary nasila spienianie wody parownika, a struktura piany uzależniona jest od obciążenia i ciśnienia w parowniku. Należy podkreślić, że schematy porywania kropel wilgoci przez parę działają w ten sam sposób zarówno dla instalacji wyparnych, jak i dla innych jednostek wytwarzających parę. W celu zapewnienia wysokiej czystości pary w parownikach stosuje się: separację objętościową w przestrzeni parowej, dla której dobiera się wysokość przestrzeni parowej co najmniej 1,5 metra, a dla roztworów silnie pieniących - 2,5 - 3 metry; blachy perforowane przed rurami parowymi w celu wyrównania prędkości pary w tej strefie; separatory żaluzjowe do wychwytywania kropel wilgoci.

Skuteczny środek zaradczy Czystość pary zapewnia przepłukiwanie pary wodą zasilającą. Mycie odbywa się zwykle poprzez przepuszczanie małych bąbelków pary przez warstwę wody myjącej, której zasolenie jest znacznie mniejsze niż zawartość soli w odparowanej wodzie, co zapewnia skuteczność mycia co najmniej 90%. Na wysokie wymagania do jakości destylatu mycie parą przeprowadza się z zewnętrznym lub własnym kondensatem, w niektórych przypadkach organizuje się dwustopniowe mycie parą. Rozważane środki umożliwiają otrzymanie destylatu przy zasilaniu wyparek wodą zmiękczoną spełniającą wymagania PTE elektrowni i sieci, stosowanej do zasilania bez dodatkowego oczyszczania jako woda uzupełniająca (woda zasilająca) do kotłów bębnowych. W blokach energetycznych z kotłami jednorazowymi wymagane jest dodatkowe oczyszczanie destylatu w BOU.

| | | | | | | | | | | 12 | | |

§ 132. Usuwanie rozpuszczonych gazów z wody

Najczęściej proces uzdatniania wody wymaga usunięcia dwutlenku węgla, tlenu i siarkowodoru. Wszystkie trzy gazy są gazami korozyjnymi, które powodują lub nasilają procesy korozji metali. Dwutlenek węgla jest również agresywny w stosunku do betonu. Właściwość tych gazów do wywoływania i wzmagania procesów korozji, a także nieprzyjemny zapach, jaki siarkowodór nadaje wodzie, w wielu przypadkach powoduje konieczność jak najdokładniejszego usunięcia ich z wody.

Zestaw środków związanych z usuwaniem z wody gazów rozpuszczonych w wodzie nazywany jest odgazowaniem wody.

Stosowane są chemiczne i fizyczne metody odgazowania wody.

Istota tego pierwszego polega na zastosowaniu pewnych odczynników wiążących gazy rozpuszczone w wodzie. Na przykład odtlenienie wody można osiągnąć przez wprowadzenie do niej siarczynu sodu, dwutlenku siarki lub hydrazyny. Siarczyn sodu po wprowadzeniu do wody utlenia się tlenem rozpuszczonym w wodzie do siarczanu sodu:

2Na2SO3 + O2 -> 2Na2SO4.

W przypadku zastosowania dwutlenku siarki powstaje kwas siarkawy:

SO2 -f H2O - "- H2SO3,

który jest utleniany przez tlen rozpuszczony w wodzie do kwasu siarkowego:

2H2SO3-fO2-*-2H2SO4.

Odczynnik chemiczny, za pomocą którego można uzyskać

prawie całkowite odtlenienie wody to hydrazyna.

Po wprowadzeniu do wody wiąże się tlen i uwalniany jest obojętny azot:

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

Ostatni, ubiegły, zeszły metoda chemiczna odtlenianie wody jest najdoskonalsze, ale jednocześnie najdroższe ze względu na wysoki koszt hydrazyny. Dlatego ta metoda aplikacji służy głównie do ostatecznego usunięcia tlenu z wody po fizycznych metodach jej odtleniania.

Przykładem chemicznej metody usuwania siarkowodoru z wody jest uzdatnianie wody chlorem:

a) z utlenianiem do siarki:

HJS+C12-»-S+2HC1;

b) z utlenianiem do siarczanów:

H2S + 4C12 + 4H2O -> H2SO4 + 8HC1

Reakcje te (jak również reakcje pośrednie tworzenia tiosiarczanów i siarczynów) przebiegają równolegle w określonych proporcjach, które zależą przede wszystkim od dawki chloru i pH wody. Chemiczne metody usuwania gazu charakteryzują się następującymi wadami: a) konieczność stosowania odczynników, które komplikują i zwiększają koszty uzdatniania wody; b) możliwość pogorszenia jakości wody w przypadku naruszenia dawkowania odczynników. W efekcie metody chemicznego usuwania gazów są stosowane znacznie rzadziej niż metody fizyczne.

Fizyczne metody usuwania rozpuszczonych gazów z wody można przeprowadzić na dwa sposoby: 1) wodę zawierającą usunięty gaz kontaktuje się z powietrzem, jeśli ciśnienie cząstkowe usuniętego gazu w powietrzu jest bliskie zeru; 2) powstają warunki, w których rozpuszczalność gazu w wodzie zbliża się do zera.

Za pomocą pierwszej metody, tj. za pomocą napowietrzania wody, zwykle usuwa się wolny dwutlenek węgla i siarkowodór, ponieważ ciśnienie cząstkowe tych gazów w powietrzu atmosferycznym jest bliskie zeru.

Druga metoda zwykle musi być zastosowana podczas odtleniania wody, ponieważ przy znacznym ciśnieniu cząstkowym tlenu w powietrzu atmosferycznym tlenu nie można z niej usunąć przez napowietrzenie wody. Aby usunąć tlen z wody, doprowadza się go do wrzenia, w którym rozpuszczalność wszystkich gazów w wodzie spada do zera. Wodę doprowadza się do wrzenia albo przez podgrzanie (odgazowywacze termiczne) albo przez obniżenie ciśnienia do takiej wartości, aby woda wrzała w zadanej temperaturze (odgazowywacze próżniowe).

Usuwanie rozpuszczonych gazów z wody w procesie uzdatniania wody odbywa się na odgazowywaczach różne rodzaje, które zgodnie z ich konstrukcją, charakterem ruchu wody i powietrza oraz środowiskiem, w którym odbywa się proces odgazowania, można sklasyfikować w następujący sposób:

1) odgazowywacze folii, które są obciążone kolumnami

z jedną lub drugą dyszą (drewniane, pierścienie Raschiga itp.),

przez który woda przepływa cienką warstwą. Dysza służy do tworzenia

rozwinięta powierzchnia kontaktu wody z wtłaczanym powietrzem

wentylator w kierunku strumienia wody;

2) odgazowywacze bąbelkowe, w których powoli poruszam się po łóżku

sprężona woda jest przedmuchiwana sprężonym powietrzem;

3) odgazowywacze próżniowe, gdzie za pomocą specjalnych urządzeń

(pompy próżniowe lub eżektory wodne), to ciśnienie jest wytwarzane

temperatura wrzenia wody w danej temperaturze.

W technologii uzdatniania wody stosuje się głównie odgazowywacze błonowe, a do odtlenienia wody próżniowe (lub termiczne). Wyjątkowo stosuje się odgazowywacze pęcherzykowe ze względu na stosunkowo wysokie koszty eksploatacji (zużycie energii elektrycznej do sprężania powietrza).

Projektując odgazowywacze należy określić następujące wielkości: pole przekroju odgazowywacza, wymagany przepływ powietrza, pole powierzchni dyszy potrzebnej do uzyskania danego efektu odgazowania.

Pole przekroju odgazowywaczy należy określić z dopuszczalnej gęstości rozpylenia szczeliwa, tj. od konsumpcja wody na 1 m2 powierzchni przekroju odgazowywacza. Przy głębokim usuwaniu dwutlenku węgla z wody (do 2-3 mg / l) na odgazowywaczach obciążonych pierścieniami Raschiga (25X25X3 mm) dopuszczalna gęstość nawadniania dyszy wynosi 60 m3 / (m2 "h), jednostkowe zużycie powietrza wynosi 15 m3 / m3; na odgazowywaczach obciążonych drewnianą dyszą z desek, odpowiednio 40 m3/(m2"h) i 20 m3/m3; podczas odtleniania wody na odgazowywaczach próżniowych dopuszczalna gęstość nawadniania dyszy wynosi 5 m3 / (m2 "h).

Wymaganą powierzchnię dysz ładowanych do odgazowywacza określa wzór podany w § 131. Tam również wskazano metody wyznaczania pozostałych wielkości zawartych w tym wzorze. Wartości K znajdują się dla każdego typu odgazowywacza zgodnie z odpowiednimi wykresami1.