حذف ناخالصي هاي گازي آب-گاززدایی آب بویلر(بخش دوم)

برای گاززدایی آب بویلر و حذف برخی از گازهای محلول در آب آن می توان از روش های شیمیایی نیز استفاده كرد.

در این روش بسته به اینكه حذف چه گازی مورد نظر است، ماده شیمیایی افزوده می شود و نیز در شرایط عملیاتی از قبیل PH و دما به دلیل موثر بودن حذف شیمیایی تفاوت خواهد كرد.

2-2-12 روش های شیمیایی حذف گازها در دیگ بخار (گاززدایی آب بویلر)

در این بخش گاززدایی آب بویلر با حذف شیمیایی چند گاز مورد بررسی قرار می گیرد.

الف- حذف اكسیژن (O₂):

اكسیژن محلول در آب یكی از موثرترین عوامل خورندگی فلزات است كه اشكالات زیادی بوجود می آورد. شدت خوردگی در لوله ها بستگی به غلظت اكسیژن محلول، دمای سیستم و ph آب دارد.

عمل خوردگی توسط اكسیژن در سیستم های بسته تا مصرف كامل اكسیژن ادامه می یابد، ولی در سیستم های باز عمل خوردگی می تواند دائمی باشد، خوردگی توسط اكسیژن، آبله گونه است كه با ایجاد دمل های برجسته ای روی سطوح دیده می شود و با ادامه خوردگی، این سوراخ ها عمیق تر می گردد، در نهایت منجر به سوراخ شدن لوله یا دستگاه می شود.

در دستگاه های هواگیری آب سرد و گرم می توانند مقدار اكسیژن موجود در آب را تا حدود 5 ppb كاهش دهند، ولی برای حذف كامل اكسیژن نیاز به استفاده از روش های شیمیایی است.

مواد شیمیایی مورد استفاده برای حذف اکسیژن از آب بویلر

سدیم سولفوریت (Na₂SO₃) هیدرازین (N₂H₄)، سدیم هیدروسولفیت (NaHSO₃)، سدیم هیدروفسفیت ( Na₂ HPO₃ ) و تانن از جمله مواد شیمیایی برای حذف اكسیژن می باشند.

برای دیگ های بخار با فشار كمتر از 70 اتمسفر سدیم سولفیت ماده شیمیایی مناسبی است. واكنش شیمیایی بین سدیم سولفیت و اكسیژن را به صورت زیر می توان نشان داد:

2Na₂ SO₃ +O₂“2Na₂ SO₄

برای حذف هر PPm اكسیژن حدود 8PPm سدیم سولفیت مورد نیاز است، ولی به خاطر وجود ناخالصی های دیگر و نیز هدر رفتن آب به ازای هر PPm اكسیژن از PPm10 سدیم سولفیت استفاده می شود و برای اطمینان از حذف كامل اكسیژن لازم است همیشه مقدار سدیم سولفیت به صورت مازاد در آب باقی بماند.

میزان مازاد سدیم سولفیت به عواملی مانند روش تزریق، محل تزریق، غلظت اكسیژن محلول و تغییر غلظت آن در آب تغذیه دیگ های بخار بستگی پیدا می كند.

اضافه نمودن سدیم سولفیت به آب به روش پیوسته توصیه می شود. روش متناوب رایج نیست و تنها گاهی در دیگ های دارای فشار كم مورد استفاده قرار می گیرد. برای افزایش سرعت واكنش بین سدیم سولفیت و اكسیژن می توان به موارد زیر توجه كرد:

برای افزایش سرعت واكنش بین سدیم سولفیت و اكسیژن می توان به موارد زیر توجه كرد:

-تنظیم PH محیط بین 9 تا 10 به منظور داشتن سریع ترین واكنش.

-استفاده از یون های فلزات واسطه دو ظرفیتی مانند: كبالت، نیكل، مس و منگنز بعنوان كاتالیست (این كاتالیست ها همراه با سدیم سولفیت به بازار عرضه می شوند.)

شكل

-در فشارهای بالاتر از 70 اتمسفر برای حذف اكسیژن از هیدرازین (N₂H₄ ) استفاده می شود. از سدیم سولفیت در فشار های بالا به دو دلیل استفاده نمی شود.

-افزایش كل محلول (T.D.S) در آب كه پدیده مضری برای دیگ های بخار می باشد.

-احتمال زیاد تجزیه سدیم سولفیت به گازهای خورنده مانند SO₂ وH₂S در فشارهای بالا.

هیدرازبین برای اولین بار در جنگ جهانی دوم توسط، دانشمند آلمانی spilittgeler مورد آزمایش قرار گرفت واكنش این ماده اكسیژن بصورت زیر است:

N₂H₄(NH₂-NH₂)+O₂“2H₂O+N₂

از مزایایی مصرف هیدرازبین این است كه استفاده از آن سبب افزایش كل مواد محلول (T.D.S) نمی شود، چون واكنش آن با اكسیژن ماده جامدی تولید نمی كند.

هر PPm از هیدرازبین قادر به حذف 1ppm اكسیژن است ولی در عمل معمولا 5/1 تا 2 برابر غلظت اكسیژن، هیدرازبین تزریق می شود.

افزایش هیدرازبین باید با دقت كامل انجام شود, زیرا این ماده در فشار های بالا تجزیه می شود و آمونیاك و نیتروژن تولید می كند.

3N₂H₄+4H₂O” N₂+4N₂H₄ O H

آمونیاك تولید شده در حضور اكسیژن می تواند باعث خوردگی اتصالات مسی و یا آلیاژهای مس شود. برای جلوگیری از ازدیاد آمونیاك در آب دیگ بخار توصیه می شود كه مقدار هیدرازبین باقی مانده در آب از 0/1ppm تجاوز نكند.

آمونیاك می تواند دی اكسید كربن میعان یافته موجود در آب را كه خاصیت خورندگی زیادی دارد، خنثی كند، كه برای سیستم مطلوب است.

هیدرازبین ماده ای است سمی كه تا حدودی قابلیت انفجار دارد.

به همین دلیل برخی از سازندگان، هیدرازبین فسفردار را به بازار عرضه كرده اند كه باعث بی خطر شدن آن می شود. ضمنا فسفر موجود در آن در جهت جلوگیری رسوبات به جداره ها موثر واقع می شود.

ب) حذف هیدروژن سولفید (H₂ s ):

هیدروژن سولفید می تواند از تجزیه مواد آلی گوگرددار و یا از سولفیت ها و سولفات های معدنی بوجود آید. مقدار هیدروژن سولفید آزاد در آب بستگی به PH دارد. با كاهش PH، میزان هیدروژن سولفید آزاد در آب بیشتر می شود. جدول زیر چگونگی توزیع هیدروژن سولفید را نسبت به تغییر PH نشان می دهد:

جدول12-1 .تغییرات درصد H₂ s آزاد به كل H₂ s موجود در آب با PH

معمولا برای حذف هیدروژن سولفید از روش هوادهی استفاده می شود و برای آنكه بازده این روش بالا باشد، ابتدا PH آب را با افزودن CO₂ یا S H₂O به آب كاهش می دهند تا درصد H₂ s گازی شكل در آب افزایش یابد و سپس به روش هوادهی H₂ s گازی شكل را از آب خارج می كنند.

با روش هوادهی غلظت H₂ s را تا حدود 1PPmمی توان كاهش داد. روش دیگری كه برای حذف H₂ s بكار می رود روش شیمیایی تزریق گاز كلر است. در این روش واكنش زیر صورت می گیرد،

H₂ S+4CL+4H₂O”H₂SO₄+8HCL

برای حذف هر واحد غلظت از هیدروژن سولفید، 8 واحد غلظت گاز كلر لازم است.

پ)حذف آمونیاك (NH₃):

حلالیت آمونیاك در آب زیاد است و حتی در فشار جزئی كم ، آمونیاك به میزان زیادی در آب حل می شود، لذا حذف آمونیاك توسط روش هوادهی كار مشكلی است.

در آب های صنعتی، میزان آمونیاك كم است. بنابراین استفاده از روش هوادهی مقرون به صرفه نیست، ولی در مورد تصفیه فاضلاب ها كه مقدار آمونیاك زیاد است، برای كاهش آمونیاك می توان از روش هوادهی استفاده نمود.

مقداری از آمونیاك در آب بصورت تركیبی (یون آمونیمNH⁺₄) و مقداری از آن به صورت آزاد است. كه رابطه تعادلی را می توان به صورت زیر نشان داد:

NH₃+H₂O” NH⁺₄+OH^–

گاززدایی آب بویلر – حذف آمونیاک

درصد آمونیاك آزاد در آب با توجه به تعادل فوق برابر است با:

به صورت آزاد با توجه به ثابت تعادل آب KW و ثابت تعادل آمونیاك KL و جای گذاری در رابطه فوق می توان نوشت:

رابطه فوق نشان می دهدكه درصد آمونیاك آزاد در آب ارتباط تنگاتنگی با PH دارد. افزایش PH سبب كاهش ‌‌‌‌H+ و در نتیجه باعث آمونیاك آزاد می شود. حذف آمونیاك به روش شیمیایی با افزودن گاز كلر به آب انجام می شود. آمونیاك با كلر طی واكنش های زیر تركیب می شود.

2NH₃+2CL₂→2NH₂CL+2HCL

NHCL+ CL_2→NCL₃+HCL

NH₂CL+ NHCL_2→N₂+3 HCL

PH آب تعیین كننده نوع مواد تولید شده است به طوری كه در حدود 8.5 منوكلروآمین و PH تا 4.5 دی كلروآمین و در های كمتر تری كلروآمین تولید می شود.

فرایند زدودن آمونیاك توسط كلر كند است و حدود دو ساعت زمان لازم است تا در PH هفت الی نه واكنش تكمیل شود و در نهایت گاز نیتروژن و اسیدكلریدریك تولیدمی شود. برای اكسیداسیون هر PPM آمونیاك مقدار 6PPM گاز كلر لازم است.

ت )حذف كلر:

CL2 كلر در آب های طبیعی به طور معمول وجود ندارد ولی در تصفیه مقدماتی برای اكسیداسیون موادآلی و ضدعفونی كردن آب، كنترل بو، كنترل خورندگی H2S كنترل رشد لجن و اكسیداسیون فروسولفات مورد استفاده قرار می گیرد.

البته وجود یون كلرین به دلیل خاصیت اكسیدكنندگی قوی موجب كاهش كارایی رزین های تعویض كننده یون می گردد. درضمن وجود كلر آزاد در آب مورد استفاده در صنایع غذایی باعث تغییر مزه در مواد كنسرو شده و مواد یخ زده و خوردگی فلز ظروف كنسرو می گردد.

بنابراین لازم است كه قبل از ورود آب به واحدهای مبادله یونی و صنایع غذایی، در روش شیمیایی، فرایند حذف كلر مورد استفاده قرار گیرد.

روش های شیمیایی حذف كلر عبارتند از:

الف) كربن فعال :

به دو روش می توان از كربن فعال برای حذف كلر از آب استفاده كرد.

-با تزریق پودر زغال فعال در مخزن های لخته سازی و در نتیجه تركیب كلر با پودر زغال.

-با انتخاب زغال فعال بعنوان دانه های موجود در بستر فیلتر، كه در این صورت با عمل فیلتراسیون آب و عبور آب از بستر زغالی كلر آن جذب می شود.

عمل جذب كلر توسط زغال فعال، هم توسط مكانیسم جذب فیزیكی و هم جذب شیمیایی انجام می شود.

__”_

جذب شیمیایی كه بصورت واكنش فوق صورت می گیرد، نشان می دهد كه زغال با گذشت زمان تمام می شود و باید هر چند مدت تزریق پودر زغال به مخازن لخته سازی انجام گیرد و بسترهای زغالی فیلترها تعویض شود. شش گرم كلر را توسط یک گرم كربن می توان حذف نمود.

ب)سدیم سولفیت:

با تزریق محلول سدیم سولفیت به آب، طی واكنش زیر كلر حذف می گردد:

Na₂SO₃+CL₂+H₂O”Na₂SO₄+2HCL

برای حذف یك گرم كلر آزاد در آب احتیاج به 55/3 گرم سدیم سولفیت متبلور است.

ج) سدیم بی سولفیت:

سدیم بی سولفیت نیز طبق واكنش زیر سبب حذف كلر آزاد می شود. ولی حذف كلر به طور صددر صد انجام نمی شود.

2 Na H SO₃+2CL+2 H₂O” Na₂SO₄+4HCL+ H₂ SO₄

د)كلسیم سولفیت :

طبق رابطه زیر كلسیم سولفیت می تواند با كلر آزاد واكنش دهد و سبب حذف آن شود.

Ca SO₃+CL₂+ H₂O” Ca SO₄+2 HCL

از كلسیم سولفید بعنوان دانه های بستر فیلتر استفاده می شود و با عبور آب از فیلتر كلر آزاد جذب می شود. از مزایای استفاده از كلسیم سولفیت، عدم احتیاج آن به دستگاه تزریق است.

همچنین در فیلترهایی كه از كلسیم سولفید استفاده می شود نسبت به فیلترهای دارای بستر زغالی، سرعت عبور آب می تواند زیاد باشد و این امر سبب كوچكتر شدن فیلترهای كلسیم سولفیت نسبت به فیلترهای زغالی است.

گران بودن كلسیم سولفیت از مشكلات این روش می باشد. هر واحد آن حدودا ده برابر قیمت هر واحد سدیم سولفیت است.

ه)گاز سولفورو:

از گاز دی اكسید كربن گوگرد و یا سولفورو نیز می توان برای حذف كلر آزاد آب استفاده كرد. هر 0.6 گرم گاز خالص سولفورو قادر به حذف یك گرم كلر می باشد.

SO₂+ CL₂+2 H₂O”2 HCL+ H₂ SO₄

علاوه بر موارد فوق كه می توانند با كلر آزاد وارد واكنش شوند، می توان با قرار دادن آب در مخازن سرباز به مدت نسبتا زیاد، مقدار كلر آزاد در آب را كاهش داد.

برای کسب اطلاعات بیشتر، مقالات مربوطه را مطالعه فرمایید:

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

اکسیژن زدایی آب دیگ بخار | اکسیژن زداهای شیمیایی