Takozvana granična karbonatna tvrdoća (Hj) odnosi se na kritičnu vrijednost pri kojoj se CaCO₃ ne taloži pod određenim uvjetima kvalitete vode i temperaturama, gdje je slobodni CO₂ ili odsutan ili minimalan. Tipično, u sustavima rashladne vode, ova vrijednost se kreće od 2 do 4,5 mg ekvivalenta/L. Međutim, dodavanjem inhibitora kiseline i kamenca, sustav rashladne vode može održati više razine tvrdoće karbonata. Ovaj članak objašnjava odnos između inhibitora kamenca za vodu za hlađenje i granične tvrdoće karbonata, pružajući korisne informacije stručnjacima za obradu vode.
1. Dodavanje kiseline i granična tvrdoća karbonata
Dodavanjem kiseline u vodu za dopunu, karbonatna tvrdoća se pretvara u nekarbonatnu tvrdoću s većom topljivošću (kao što su CaSO₄ i CaCl₂), što smanjuje karbonatnu tvrdoću cirkulirajuće vode na razinu ispod granične karbonatne tvrdoće, čime se sprječava skaliranje. Kemijske reakcije su sljedeće:
Nastavite dijeliti metodu za izračunavanje količine kiseline koju treba dodati na temelju karbonatne tvrdoće i granične karbonatne tvrdoće (Hj), kao što je prikazano u sljedećoj formuli.
U formuli:
G je količina dodane kiseline, kg/h;
E je molarna masa kiseline, za sumpornu kiselinu E = 49, a za klorovodičnu kiselinu E = 36,5;
Qm je dodatni volumen vode cirkulirajuće rashladne vode, m³/h;
α je koncentracija kiseline;
HB je karbonatna tvrdoća dopunske vode, mmol/L;
H'B je karbonatna tvrdoća dodatne vode nakon obrade kiselinom, mmol/L.
H′B se može izračunati na sljedeći način.
U formuli: N je koncentracija višestruka; Hj je granična karbonatna tvrdoća cirkulirajućeg sustava rashladne vode, u mmol/L.
Granična karbonatna tvrdoća cirkulirajuće vode nakon dodavanja kiseline, bez inhibitora kamenca, može se izračunati pomoću sljedeće formule:
U formuli, [O] predstavlja potrošnju kisika, u mg/L; t predstavlja temperaturu cirkulirajuće vode, u ℃.
Hf′ je nekarbonatna tvrdoća nakon obrade kiselinom dodanom u dodatnu vodu, u mmol/L, i može se izračunati pomoću sljedeće formule:
2. Upotreba inhibitora kamenca s tretmanom kiselinom za ograničavanje tvrdoće karbonata
Kada se koristi kiseli tretman za ograničavanje tvrdoće karbonata u kombinaciji s inhibitorima kamenca, vrsta korištenog inhibitora kamenca treba odrediti odgovarajuću Hj vrijednost. Uobičajeni inhibitori kamenca uključuju polifosfate, organske fosfonate (soli) i poliakrilne kiseline.
Inhibitori polifosfatne skale
Polifosfati se prvenstveno odnose na natrijev polifosfat, a često korišteni oblici su natrijev heksametafosfat (također poznat kao natrijev polimetafosfat) i natrijev tripolifosfat. Ovi inhibitori raspršuju i stabiliziraju koloidne čestice i imaju jake kelacijske sposobnosti za ione kalcija i magnezija. Natrijev polifosfat ne samo da djeluje kao inhibitor kamenca, već ima i svojstva inhibicije korozije. Specifična svojstva variraju ovisno o molekularnoj strukturi [NaPO₃] n , gdje vrijednost n određuje karakteristike. Natrijev heksametafosfat ima kemijsku formulu [NaPO₃]₆ONa₂ i polimer je natrijevog metafosfata (NaPO₃). Kada se koristi kao inhibitor kamenca, granična karbonatna tvrdoća Hj cirkulirajuće vode može se procijeniti sljedećom formulom. Tipična doza natrijevog heksametafosfata kreće se od 1 do 5 mg/L, s gornjom granicom koja se koristi za vodu visoke karbonatne tvrdoće. Natrijev tripolifosfat (Na₅P₃O₁₀) ima snažnu sposobnost keliranja kalcijevih iona, s tipičnom dozom od 2 do 5 mg/L, i Hj = 5 mmol/L.
Nedostatak polifosfata je njihova sklonost razgradnji u ortofosfate u vodi, proces poznat kao hidroliza polifosfata. Na stupanj hidrolize utječu čimbenici kao što su pH, temperatura, vrijeme i mikrobna aktivnost. Hidroliza je u pozitivnoj korelaciji s temperaturom vode i vremenom kontakta, iako se odvija relativno sporo, s tipičnim stopama hidrolize između 11% i 35%.
Organski fosfonati i njihove soli
Ovi inhibitori kamenca su učinkoviti i također osiguravaju inhibiciju korozije, što ih čini dvonamjenskim inhibitorima. Mnoga njihova svojstva slična su polifosfatima, ali su stabilniji i manje skloni hidrolizi, čak i pri višim temperaturama. Međutim, organski fosfonati mogu biti korozivni za bakar, pa nisu prikladni za upotrebu u bakrenim sustavima izmjenjivača topline. Uobičajeni organski fosfonati i njihove soli koje se koriste u zemlji uključuju hidroksietiliden difosfonsku kiselinu (HEDP), aminotrimetilen fosfonsku kiselinu (ATMP) i etilendiamintetra (metilenfosfonsku kiselinu) (EDTMP). Kada se koriste zajedno s polifosfatima, ovi inhibitori mogu imati sinergistički učinak, poboljšavajući graničnu karbonatnu tvrdoću cirkulirajuće vode i smanjujući dozu svakog agensa. Tipična granična karbonatna tvrdoća za ove inhibitore je sljedeća:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polikarboksilatni polimeri
Polikarboksilatni polimeri su polimeri koji sadrže karboksilne funkcionalne skupine (karboksilne skupine) ili derivate karboksilnih kiselina. Karboksilatni anion (COO⁻) određuje karakteristike ovih polimera, gdje M predstavlja monovalentnu kationsku, vodikovu ili aminsku skupinu. Nakon uvođenja u vodu, karboksilatna skupina disocira na COO⁻ i M⁺, pri čemu je COO⁻ odgovoran za inhibiciju kamenca. Uobičajeni inhibitori kamenca polikarboksilata koji se koriste u zemlji uključuju poliakrilnu kiselinu, natrijev poliakrilat, polimetil metakrilat, kopolimere akrilne kiseline i hidroksipropil akrilata, kopolimere akrilne kiseline i akrilata i hidroliziranu poli(maleinsku kiselinu) (anhidrid). Tipične doze i odgovarajuće granične vrijednosti tvrdoće karbonata su sljedeće:
Poliakrilna kiselina: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natrijev poliakrilat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(maleinska kiselina): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Sažetak
Kontrolom granične tvrdoće karbonata u cirkulirajućim sustavima rashladne vode može se spriječiti stvaranje kamenca. Korištenje gornjih metoda za izračunavanje odgovarajuće doze kiselina i inhibitora kamenca, zajedno s dopuštenim ograničavanjem tvrdoće karbonata u sustavu pod određenim radnim uvjetima, pomaže u sprječavanju problema s kamencem, a istovremeno smanjuje troškove kemikalija.
