حذف ناخالصی های گازی آب-گاز زدایی آب دیگ بخار(بخش اول)

حذف ناخالصی های گازی آب

در این مطلب دلایل و اهمیت گاز زدایی  آب دیگ بخار مورد بررسی قرار میگیرد . همچنین انواع گازهای محلول در آب و نحوه حذف آنها در بخش دوم مطلب گاز زدایی  آب بویلر بررسی می شود.

گازهای مختلف زیادی می توانند در آب به صورت محلول وجود داشته باشند. هیدروژن سولفید، کربن دی اکسید، اکسیژن، آمونیاک، کلرین و نیتروژن از جمله گازهایی هستند که بیشتر از بقیه گازها در آب وجود دارند. نوع و میزان گازهای محلول در آب به شرایط محیطی، منبع آب، مسیر عبور آب، دما، فشار و جنس گاز بستگی دارد. حلالیت گازها در آب را می توان طبق رابطه تعادلی هنری بیان کرد،

YA=mxA

در این رابطه M ثابت هنری است که به دما، فشار و جنس گاز بستگی دارد و xA جز مولی گاز A در آب و YAجز مولی گاز A در فاز گاز می باشد.

طبق رابطه دالتون می توان نوشت ،

YA=PA/PT (۱۲-۲

رابطه تعادلی هنری را می توان به صورت دیگری هم نوشت که در آن ثابت هنری برحسب واحد فشار می باشد،

YA=PA/PT=mxAð PA= PT. mxA (۱۲-۳

PA=HXA . H=MPT

طبق این قانون می توان نتیجه گرفت که :

۱-حلالیت گازها در آب بطور مستقیم متناسب با فشار جزئی آن در اتمسفر در حال تماس با آب است. بنابراین با کاهش فشار جزئی گاز می توان غلظت آن را در آب کم کرد.

۲-تغییرات ثابت هنری (M) با دما بصورت افزایشی است، لذا می توان نتیجه گرفت که حلالیت گاز با افزایش دمای حلال کاهش خواهد یافت و از نظر تئوری، در دمای اشباع تماس گازهای ترکیب نشده از آب خارج می شوند.

این دو نتیجه اساس کار هوازداها را تشکیل می دهد.

گازهای موجود در آب به دو صورت می توانند وجود داشته باشند. یک دسته مثل اکسیژن و نیتروژن سولفید و آمونیاک با توجه به PH آب می توانند هم بصورت ترکیب نشده (گاز ) در آب موجود باشند و هم می توانند با آب ترکیب شده و تولید یون کنند که در این صورت برای حذف آن ها باید عملیاتی را که برای حذف یون ها بکار برده می شود، مورد استفاده قرار داد.

۱۲-۱ اثرات ناخالصی های گازی آب دیگ بخار

اکسیژن و نیتروژن از جمله گازهای محلول در آب هستند که در اثر تماس آب با هوا در آب حل می شوند.

نیتروژن

این گاز حلالیت کمی در آب دارد و نیز به دلیل میل ترکیبی خیلی کم، مشکل چندانی ایجاد نمی کند.

اکسیژن

اکسیژن به همراه PH کم خاصیت خورندگی شدیدی دارد. یکی از جدی ترین مسائلی که اکسیژن می تواند ایجاد کند، خوردگی حفره ای است. البته حلالیت اکسیژن در دما و فشار های مختلف، تغییر می کند.

دی اکسید کربن

این گاز در اثر حل شدن در آب به آن خاصیت خورندگی می دهد، ضمن اینکه خورندگی را نیز تشدید می کند. برای دانستن نحوه عمل گاز CO۲در آب، بایستی به بررسی PH پرداخته شود. همانگونه که در نمودار شکل (۱۲-۲) مشخص شده است در PH های بالا که آب به سمت خاصیت بازی داشتن میل می کند CO۲بیشتر به صورت ترکیب زائد در می آید و باعث قلیائیت اب می شود، ولی در PH های اسیدی، دی اکسید کربن بصورت گاز در آب خواهد بود و پائین ترین PH در شرایط STP برابر ۶/۴ می باشد.

Co۲+OH-۱!HOC

کلر

گازی است که بطور طبیعی در آب وجود ندارد و معمولا در مرحله کلرزنی بمنظور ضد عفونی کردن وارد آب می شود. کلرین با توجه به قدرت اکسید کنندگی زیاد، به غشاء و رزین های یونی آسیب می رساند.

آمونیاک

این گاز بطور طبیعی می تواند در آب وجود داشته باشد و اثرات مخربی روی آلیاژهای مس دارد.

هیدروژن سولفید

این ترکیب در برخی از آب های زیرزمینی دیده می شود و دلیل آن وجود نوعی مواد آلی مخصوص در خاک است که در اثر تجزیه غیر هوازی تولید هیدروژن سولفید می کنند. حداکثر غلظت آن در آب کمتر از ۱۰ppm است، ولی مقدار ۰.۱ppm آن در آب بوی نامطلوب و مشخصی را ایجاد می کند. این گاز در آب موجب خوردگی جداره لوله های فولادی می شود و با تشکیل رسوب سولفور آهن و ته نشینی آن روی رزین های تعویض یونی موجب تخریب رزین ها می شود.

لذا با توجه به مشکلاتی که برخی از گازهای محلول می توانند بوجود آورند لازم است که پیش از ورود آب به واحدهای تعویض یونی، کندانسورها، بویلرها، دیگ های بخار و حتی لوله های انتقال، عملیات گاز زدایی  انجام پذیرد. لازم به توضیح است که در مواردی مانند تصفیه آب های آشامیدنی و فاضلاب ها، افزودن اکسیژن و هوادهی عملی لازم و ضروری است، ضمنا حذف برخی از گازها نظیر کربن دی اکسید به روش هوادهی با صرفه تر و آسانتر می باشد.

۱۲-۲ روش های گاز زدایی  آب دیگ بخار

بطور کلی برای حذف ناخالصی های گازی آب بویلر دو شیوه عمده وجود دارد.

الف) روش های فیزیکی حذف گازها

ب) روش های شیمیایی حذف گازها

در مواردی که حجم آب مورد تصفیه زیاد و غلظت گازهای محلول، بالا باشد از روش فیزیکی استفاده می شود، چون این روش مقرون به صرفه خواهد بود. هزینه های سرمایه گذاری، تجهیزات و دستگاه های مورد استفاده در این شیوه بالا است ولی با سرشکن شدن هزینه های کل روی هزینه های روزانه، در مجموع با صرفه تر از روش شیمیایی خواهد بود. مزیت روش شیمیایی نسبت به فیزیکی در آن است که در روش شیمیایی می توان گفت که حذف گازها از آب بطور کامل انجام می شود در حالی که در روش فیزیکی هیچگاه حذف گازها صددرصد نیست و احتیاج به یک عملیات شیمیایی بصورت تکمیل کننده خواهد بود.

۱۲-۲-۱ روش های فیزیکی حذف گازها

حذف فیزیکی گازها براساس قانون هنری قابل توصیف است. بدین گونه که کاهش فشار جزئی گاز سبب کاهش غلظت گاز در آب می شود. برای این منظور می توان روش های زیر را اعمال نمود :

الف) افزایش دمای آب : با این عمل، فشار بخار آب افزایش می یابد و بر طبق قانون دالتون، چون فشار کل گازها برابر با مجموع فشار های جزئی گازها می باشد لذا با افزایش فشار بخار آب فشار جزئی گازهای ناخالص کاهش میابد و مقداری از گاز محلول در آب خارج می شود.

ب) دمیدن گاز : با وارد کردن گازی مانند ازت که تقریبا بی اثر است می توان غلظت گاز مورد نظر را در آب کاهش داد.

پ) گاز زدایی  تحت خلاء : با این عمل کلیه گاز های محلول، از آب خارج می شوند.

ت) گاز زدایی تحت فشار : با تحت فشار قرار دادن سطح آب توسط یک گاز بی اثر می توان گازهای محلول در آب را خارج نمود. معمولا در صنعت به جای استفاده از یک گاز بی اثر نظیر ازت، از بخار آب برای تغییر فشار کمک می گیرند. استفاده از بخار آب دارای مزایای زیر است:

– آلوده نشدن آب.

– سهولت تهیه و مصرف.

– افزایش دمای آب و کمک به گاز زدایی  بهتر.

روش های مختلف فیزیکی بر اساس اصول فوق، برای حذف گازها بکار می روند.

ث) هوادهی (Aeraion)

هوادهی فرایندی است که در آن آب و هوا در تماس نزدیک با هم قرار داده می شوند. از هوادهی برای حذف سایر گازها به جز اکسیژن استفاده می شود. در اثر هوادهی میزان اکسیژن محلول در آب افزایش می یابد و در نتیجه فشار جزئی اکسیژن افزایش یافته و فشار جزئی سایر گازها کم شده و از آب خارج می شوند. هوادهی برای موارد مختلفی بکار گرفته می شود که عبارتند از :

– حذف گاز هیدروژن سولفوره و ترکیبات آلی.

– حذف گاز کربنیک.

– حذف گازهایی مانند متان که تجمع این گاز در یک محیط بسته می تواند سبب انفجار شود.

هوادهی را می توان به دو صورت انجام داد:

روش اول : در این شیوه آب زائد توسط افشانک هایی بصورت قطرات ریز از بالا به پایین پاشیده می شود و هوا از پایین به بالا جریان می یابد و تماس بین دو فاز برقرار می شود. این روش در صنایع کاربرد بیشتری دارد. دستگاهی که این عمل در آن انجام می شود “گاز زدا” نام دارد.

روش دوم : در این روش هوا توسط توزیع کننده های مخصوصی از کف مخزن آب به بالا می روند باید بتوانند هوا را بصورت حباب های ریز و یکنواخت در سرتاسر مخزن پخش کنند. معمولا قطر نازل ها را حدود ۵/۲ سانتی متر می گیرند. این نازل ها قادرند در هر ساعت، ۱۸ لیتر هوا را بافشاری حدود ۷/۰ اتمسفر در آب توزیع کنند. هر نازل می تواند ۳ تا ۹ درصد از سطح مخزن هوادهی را تحت پوشش قرار دهد.

گاززدا (Degasor)

گاززدا برجی است که در آن توسط افشانک هایی از بالا به پایین پاشیده می شود و هوا توسط یک کمپرسور از پایین برج به بالا دمیده می شود. اگر ذرات معلق و گرد و غبار همراه هوا باشند، قبل از ورود هوا به داخل برج توسط فیلتر حذف می شوند.

از دستگاه گاز زدا بیشتر برای زدودن دی اکسید کربن از آب استفاده می شود و هرچه سطح تماس و زمان هوا با آب بیشتر باشد در صد دی اکسید کربن دفع شده از آب بیشتر خواهد بود. لذا برای ایجاد شرایط فوق برج را بصورت سینی دار می سازند و یا داخل برج را از آکنه های پلاستیکی یا سرامیکی، مانند راشیگ رینگ پر می کنند. آکنه ها قطعات مشخصی هستند که نسبت سطح به حجم آنها زیاد است بعبارتی سطح ویژه زیادی دارند بنابراین امکان تماس بیشتر آب با هوا را فراهم می کنند.

زیادتر کردن اوضاع ارتفاع برج به مفهوم زمان تماس طولانی تر است. البته وجود آکنه با سطح ویژه زیاد به بالا بردن زمان تماس کمک می کند و نیز افت فشار کمتری ایجاد می کند و کار دمیدن و عبور هوا در برج را بامشکل خاصی روبرو نمی کند. اصولا شرایط کلی زیر باید در گاز زداها وجود داشته باشند:

  1. حداکثر سطح مشترک بین آب و بخار را ایجاد کند.
  2. دمای آب را تا حد امکان به دمای بخار اشباع نزدیک کند.
  3. در محفظه “گاززدائی ” فشار جزئی گازی که قرار است حذف شود باید تا حد امکان کم شود.(طبق قانون هنری)

۱- هوازدایی (cold Dearation)

هوازدایی سرد به گونه ای است که هیچ هوایی به داخل آب دمیده نمی شود بلکه با خلائی که توسط یک مولد خلاء ایجاد می شود، فشار روی سطح آب کاهش می یابد و درجه حرارت آب به دمای اشباع می رسد و با این کار بخار آب تولید می شود که وجود آن باعث کاهش زیاد فشار جزئی همه گازها می شود. در دمای اشباع از نظر تئوری همه گازهای محلول در آب از آن خارج می شوند.

در مواردی که نتوان بخار را ارزانتر به دست آورد از پمپ های مکانیکی مولد خلاء استفاده می شود اما معمولا هزینه ایجاد خلاء با پمپ بسیار زیاد است و با افزایش نرخ خلاء این هزینه بسرعت زیاد می شود، ولی هرچه مقدار خلاء بیشتر باشد میزان غلظت باقی مانده گاز کمتر خواهد بود.

در روش هوازدایی سرد، با صرفه ترین روش ایجاد خلاء توسط جت بخار می باشد. برای به دست آوردن خلاء زیاد از سیستم های چند مرحله ای جت بخار استفاده می شود.

یکی از مشکلات این روش که سبب عدم استفاده از آن بطور وسیع در صنایع می شود کنترل خلاء در برج های هوازدایی سرد می باشد. از جمله مزایای روش هوازدایی سرد این است که به دلیل نبودن اکسیژن در آب از اکسیداسیون رزین های آنیونی جلوگیری می شود در نتیجه عمر رزین کاهش نمی یابد.

۲-هوازدایی گرم (Hot Dearation)

در هوازدایی گرم دمای آب را تا دمای اشباع در فشار داخل هوازدا می رسانند تا اکسیژن و دیگر گازها از آب خارج شوند. چون هدف، حذف گازهایی مانند اکسیژن و کربن دی اکسید است از دمیدن هوا استفاده نمی شود بلکه از بخار آب استفاده می شود. در این صورت بخار آب ورودی ،دمای آب را تا دمای اشباع افزایش می دهد و از نظر تئوری انتظار می رود که همه گازهای محلول در آب از آن خارج می شوند.

هوازداهای گرم به دلیل سهولت کاربرد و نگهداری بر هوازداهای سرد ترجیح دارند و صنایع بیشتر از آن استفاده می کنند. در مورد هوازداهای گرم باید توجه داشت که دمای آب خروجی به گونه ای تنظیم شوند (حداکثر ۵۰ درجه سانتی گراد) تا موجب کاهش کارایی رزین های آنیونی نشود.

ادامه مطلب در بخش دوم

حذف ناخالصی های گازی آب-گاز زدایی (بخش دو)

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

2 × دو =