Проведены исследования для установления оптимальных условий химической очистки оборудования для выбора эффективных пассиваторов. Опыты проводились с 5% ингибированной соляной кислотой, со слабыми растворами кислоты, содержащей гидразин-гидрат с растворами гидразин-сульфат (рН~ 3,5), растворами лимонной и уксусной кислоты.

Наиболее эффективная отмывка образцов от ржавчины и окалины наблюдалась при применении соляной, 3% щавелевой и 3% лимонной кислот. Органические кислоты образуют хорошо растворимый оксалатный и цитратные комплексы железа, не разрушаются при повышении значения рН раствора до 8,0 -8,5, а также при выделении в раствор окислителей и восстановителей. Это позволяет последующие стадии химической очистки вести без удаления кислотного раствора. Эффективность очистки щавелевой кислотой эффективнее, чем лимонной.

В результате проведения литературного обзора можно сделать вывод, что приведенные в литературе данные не являются объективными: отсутствует сравнительный анализ методов очистки. Приведенные реагенты недоступны для широкого домашнего использования.

Наиболее характерными режимными факторами влияющими на процесс накипеобразования являются гидродинамика, щелочность и газосодержание подогретого раствора. Влияние температуры на накипеобразование в чистых водных и промышленных растворов различно [5]. Наиболее сильно оказывает влияние на процесс накипеобразования свойства используемой воды. Совокупность свойств воды, обусловлена наличием в ней присутствием в ней различных солей: преимущественно катионов Са 2+ (кальциевая жесткая вода) и Мg 2+ (магниевая жесткая вода). Сумма концентрации Са 2+ и Мg 2+ называют жесткостью воды [6]. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Мg [при кипячении разлагаются на СаСO3 и Мg(ОН)2 с выделением СО2], вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов, фосфатов этих металлов. Одним из возможных источников этих солей являются горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой и грунты. Жесткость воды выражается в мг-экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов Са 2+ и Мg 2+ , кратна эквививалентна содержащимся в воде анионам , некарбонатная - анионам и другим.

Повышенная жесткость способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большим расходам топлива и перегреву металлических поверхностей [4].

Вода, применяемая в промышленности, как правило, содержит глину, песок и взвеси - около 8-19 мг/л, органические вещества (водоросли, коллоиды, гуминовые вещества из плодородной почвы - около 5 мг/л), соли - земельных металлов (натрий, калий (4-15 мг/л)), соли жесткости (кальций, магний, силикаты - 8-95 мг/л), растворенный кислород (5-12 мг/л), углекислый газ (100-700 мг/л).

Неорганические примеси, находящиеся в воде в основном в виде ионов: Na +, Са 2+, Мg 2+, К+, Cl-, SO4 2-, НСО3 -.

Главным накипеобразователем является Са2+ и Мg2+, образуются вначале гидрокарбонаты, а затем нерастворимые карбонаты этих металлов.

Гипс кристаллизуется из природной воды в виде двугидрата сульфата кальция СаSО4 · 2Н2О. При подогреве до 100єС он переходит в менее растворимый полугидрат СаSО4 · 0,5Н2О, а при повышении температуры до

130єС - в еще менее растворимый СаSО4.

При кипячении гидрокарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты:

Са(НСО3)2 > СаСО3 + СО2 + Н2О

Мg(НСО3)2 > МgСО3 + СО2 + Н2О

Чем интенсивнее нагревание, тем интенсивнее идут эти реакции. Содержание Са(НСО3)2 в растворе повышается при нарушении технологического режима, а также зависит от рН раствора. Гидрокарбонаты кальция в растворах находятся в нестабильном состоянии и любое внешнее воздействие ускоряет кристаллизацию гидрокарбонатов.

Таблица 2.1 - Содержание Са(НСО3)2 в растворе после нагревания (%)

Гидрокарбонаты магния ведут себя аналогично Са(НСО3)2, но разложение на малорастворимые карбонат и оксид углерода (ІІ) идет в полтора раза медленее. В определенных физико-химических условиях Мg(НСО3)2 переходит в труднорастворимый гидроксид - Мg(ОН)2.

Карбонаты СаСО3 и МgСО3 ведут себя по-разному. Так при повышении температуры, но при постоянном давлении их растворимость уменьшается, а при повышении температуры и давления растворимость резко увеличивается (табл. 2.2), причем МgСО3 растворяется интенсивнее, чем СаСО3, а при высоких температурах раствора он гидролизуется и теряя СО2 переходит в Мg(ОН)2 [5].

Таблица 2.2 - Зависимость растворимости карбонатов от изменения температуры и давления

Таким образом, происходит устранение временной жесткости воды, постоянная жесткость воды не может быть удалена кипячением.

Железо концентрируется в котловой воде в меньшей степени чем легкорастворимые соли (хлориды, сульфаты, натрий и т.д.), вследствие того, что значительная часть его расходуется на образование накипи.

Процесс железоокисного накипеобразования не зависит от скорости образования медных отложений. Скорость каждого из них определяется величиной тепловой нагрузки. При этом скорость отложения меди существенно меньше скорости отложения железоокисных соединений. Это подтверждено исследованиями результаты которых приведены в таблице 2.3.

Железоокисное накипеобразование имеет место и при поверхностном кипении, примем скорость его при этом зависит от недогрева жидкости до кипения. При увеличении недогрева уменьшается скорость накипеобразования. В отсутствие поверхностного кипения процесс образования железоокисных отложений прекращается.

Таблица 2.3 - Влияние меди на скорость образования железоокисных отложений q = 350 кВт/м2 [300Мкал/(м2ч)]; С Fe = 5 мг/кг, РО43- = 100 мг/кг, рН = 10,8

Образование накипи может быть следствием следующих процессов:

1. Кристаллизации веществ на поверхности нагрева;

2. Прилипания или налипания твердых частиц веществ;

3. Выпадения легкорастворимых солей и различных сложных соединений из концентрированной котловой воды;

4. Образование отложений, состоящих из продуктов коррозии.

Накипь может выделяться из воды при ее нагревании или кипении; возникать вследствие коррозионного воздействия воды или растворенных в ней примесей на металл; выделяться из пара при его перегреве и из воды при испарении.

2.2 ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА ПОВЕРХНОСТИ НА ОБРАЗОВАНИЕ НАКИПИ И ОТЛОЖЕНИЙ

Рассмотрение процесса накипеобразования проведем применительно к кальциевым соединениям, с учетом того, что в подавляющем большинстве воды содержание кальция обычно превышает содержание магния. Необходимо, однако, отметить, что для магния основой накипеобразования является гидроокись магния, обладающая малой растворимостью, в то время как гидроокись кальция имеет большую растворимость и накипеобразователем не является.

По разному ведут себя и силикаты Са и Мg: первый - накипеобразователь, а второй - нет. Скорость образования кальциевой и магниевой накипей значительна и зависит от концентрации накипеобразователя и величины местной тепловой нагрузки поверхности нагрева. В широком интервале изменений величины рН (от 7 до 11) она может быть описана уравнением:

Страницы: 1, 2, 3