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

براي گاززدایی آب بویلر و حذف برخي از گازهاي محلول در آب آن مي توان از روش هاي شيميايي نيز استفاده كرد. در اين روش بسته به اينكه حذف چه گازي مورد نظر است، ماده شيميايي افزوده مي شود و نيز در شرايط عملياتي از قبيل PH و دما به دليل موثر بودن حذف شيميايي تفاوت خواهد كرد.

۲-۲-۱۲ روشهاي شيميايي حذف گازها در دیگ بخار (گاززدایی آب بویلر )

در اين بخش گاززدایی آب بویلر با حذف شيميايي چند گاز مورد بررسي قرار مي گيرد.

الف- حذف اكسيژن (O2) :

اكسيژن محلول در آب يكي از موثرترين عوامل خورندگي فلزات است كه اشكالات زيادي بوجود مي آورد. شدت خوردگي در لوله ها بستگي به غلظت اكسيژن محلول، دماي سيستم و ph آب دارد.

عمل خوردگي توسط اكسيژن در سيستم هاي بسته تا مصرف كامل اكسيژن ادامه مي يابد، ولي در سيستم هاي باز عمل خوردگي مي تواند دائمي باشد، خوردگي توسط اكسيژن، آبله گونه است كه با ايجاد دمل هاي برجسته اي روي سطوح ديده مي شود و با ادامه خوردگي، اين سوراخ ها عميق تر مي گردد و در نهايت منجر به سوراخ شدن لوله يا دستگاه مي شود. در دستگاه هاي هواگيري آب سرد و گرم مي توانند مقدار اكسيژن موجود در آب را تا حدود ۵ ppb كاهش دهند، ولي براي حذف كامل اكسيژن نياز به استفاده از روش هاي شيميايي است.

مواد شیمیایی مورد استفاده برای حذف اکسیژن از آب بویلر

سديم سولفوريت (Na2SO3) هيدرازين (N2H4)، سديم هيدروسولفيت (NaHSO3)، سديم هيدروفسفيت (  NaHPO) و تانن از جمله مواد شيميايي براي حذف اكسيژن مي باشند. براي ديگ هاي بخار با فشار كمتر از ۷۰ اتمسفر سديم سولفيت ماده شيميايي مناسبي است. واكنش شيميایي بين سديم سولفيت و اكسيژن را به صورت زير مي توان نشان داد:

۲Na2 SO3 +O2“2Na2 SO4

براي حذف هر PPm اكسيژن حدود ۸PPm سديم سولفيت مورد نياز است، ولي به خاطر وجود ناخالصي هاي ديگر و نيز هدر رفتن آب به ازاي هر PPm اكسيژن از PPm10 سديم سولفيت استفاده مي شود و براي اطمينان از حذف كامل اكسيژن لازم است هميشه مقدار سديم سولفيت به صورت مازاد در آب باقي بماند. ميزان مازاد سديم سولفيت به عواملي مانند روش تزريق، محل تزريق، غلظت اكسيژن محلول و تغيير غلظت آن در آب تغذيه ديگ هاي بخار بستگي پيدا مي كند.

اضافه نمودن سديم سولفيت به آب به روش پيوسته توصيه مي شود. روش متناوب رايج نيست و تنها گاهي در ديگ هاي داراي فشار كم مورد استفاده قرار مي گيرد. براي افزايش سرعت واكنش بين سديم سولفيت و اكسيژن مي توان به موارد زير توجه كرد :

براي افزايش سرعت واكنش بين سديم سولفيت و اكسيژن مي توان به موارد زير توجه كرد :

-تنظيم PH محيط بين ۹ تا ۱۰ به منظور داشتن سريع ترين واكنش.

-استفاده از يون هاي فلزات واسطه دو ظرفيتي مانند: كبالت، نيكل، مس و منگنز بعنوان كاتاليست (اين كاتاليست ها همراه با سديم سولفيت به بازار عرضه مي شوند.)

شكل

-در فشارهاي بالاتر از ۷۰ اتمسفر براي حذف اكسيژن از هيدرازين (N2H4 ) استفاده مي شود. از سديم سولفيت در فشار هاي بالا به دو دليل استفاده نمي شود.

-افزايش كل محلول (T.D.S) در آب كه پديده مضري براي ديگ هاي بخار مي باشد.

-احتمال زياد تجزيه سديم سولفيت به گازهاي خورنده مانند SO2 وH2S در فشارهاي بالا .

هيدرازبين براي اولين بار در جنگ جهاني دوم توسط ، دانشمند آلماني spilittgeler مورد آزمايش قرار گرفت واكنش اين ماده اكسيژن بصورت زير است :

N2H4(NH2-NH2)+O2“2H2O+N2

از مزايايي مصرف هيدرازبين اين است كه استفاده از آن سبب افزايش كل مواد محلول (T.D.S) نمي شود، چون واكنش آن با اكسيژن ماده جامدي توليد نمي كند. هر PPm از هيدرازبين قادر به حذف ۱ppm اكسيژن است ولي در عمل معمولا ۵/۱ تا ۲ برابر غلظت اكسيژن، هيدرازبين تزريق مي شود.

افزايش هيدرازبين بايد با دقت كامل انجام شود, زيرا اين ماده در فشار هاي بالا تجزيه مي شود و آمونياك و نيتروژن توليد مي كند.

 

۳N2H4+4H2O” N2+4N2H4 O H

آمونياك توليد شده در حضور اكسيژن مي تواند باعث خوردگي اتصالات مسي و يا آلياژهاي مس شود. براي جلوگيري از ازدياد آمونياك در آب ديگ بخار توصيه مي شود كه مقدار هيدرازبين باقي مانده در آب از ۰/۱ppm تجاوز نكند. آمونياك مي تواند دي اكسيد كربن ميعان يافته موجود در آب را كه خاصيت خورندگي زيادي دارد، خنثي كند، كه براي سيستم مطلوب است.

هيدرازبين ماده اي است سمي كه تا حدودي قابليت انفجار دارد. به همين دليل برخي از سازندگان، هيدرازبين فسفردار را به بازار عرضه كرده اند كه باعث بي خطر شدن آن مي شود. ضمنا فسفر موجود در آن در جهت جلوگيري رسوبات به جداره ها موثر واقع مي شود.

ب) حذف هيدروژن سولفيد (H2 s  ) :

هيدروژن سولفيد مي تواند از تجزيه مواد آلي گوگرددار و يا از سولفيت ها و سولفات هاي معدني  بوجود آيد. مقدار هيدروژن سولفيد آزاد در آب بستگي به PH دارد. با كاهش PH، ميزان هيدروژن سولفيد آزاد در آب بيشتر مي شود. جدول زير چگونگي توزيع هيدروژن سولفيد را نسبت به تغيير PH نشان مي دهد:

جدول۱۲-۱ .تغييرات درصد H2 s    آزاد به كل H2 s    موجود در آب با PH

۹           ۸             ۷           ۶            ۵

PH

۰/۵        ۵/۲            ۳۳        ۸۲       ۹۸

درصد H2 s    آزاد به كل H2 s    موجود در آب

 

معمولا براي حذف هيدروژن سولفيد از روش هوادهي استفاده مي شود و براي آنكه بازده اين روش بالا باشد، ابتدا PH آب را با افزودن CO2 يا S H2O به آب كاهش مي دهند تا درصد H2 s    گازي شكل در آب افزايش يابد و سپس به روش هوادهي H2 s گازي شكل را از آب خارج مي كنند. با روش هوادهي غلظت H2 s   را تا حدود ۱PPmمي توان كاهش داد. روش ديگري كه براي حذف H2 s  بكار مي رود روش شيميايي تزريق گاز كلر است. در اين روش واكنش زير صورت مي گيرد،

H2 S+4CL+4H2O”H2SO4+8HCL

براي حذف هر واحد غلظت از هيدروژن سولفيد، ۸ واحد غلظت گاز كلر لازم است.

پ)حذف آمونياك (NH3) :

حلاليت آمونياك در آب زياد است و حتي در فشار جزئي كم ، آمونياك به ميزان زيادي در آب حل مي شود، لذا حذف آمونياك توسط روش هوادهي كار مشكلي است.

در آب هاي صنعتي، ميزان آمونياك كم است. بنابراين استفاده از روش هوادهي مقرون به صرفه نيست، ولي در مورد تصفيه فاضلاب ها كه مقدار آمونياك زياد است، براي كاهش آمونياك مي توان از روش هوادهي استفاده نمود. مقداري از آمونياك در آب بصورت تركيبي (يون آمونيمNH+4) و مقداري از آن به صورت آزاد است. كه رابطه تعادلي را مي توان به صورت زير نشان داد :

NH3+H2O” NH+4+OH

گاززدایی آب بویلر – حذف آمونیاک

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

به صورت آزاد

با توجه به ثابت تعادل آب KW  و ثابت تعادل آمونياك KL و جاي گذاري در رابطه فوق مي توان نوشت :

رابطه فوق نشان مي دهدكه درصد آمونياك آزاد در آب ارتباط تنگاتنگي باPH دارد. افزايش PH سبب كاهش ‌‌‌‌H+  و در نتيجه باعث آمونياك آزاد مي شود. حذف آمونياك به روش شيميايي با افزودن گاز كلر به آب انجام مي شود. آمونياك با كلر طي واكنش هاي زير تركيب مي شود.

۲NH3+2CL2→۲NH2CL+2HCL

NHCL+ CL2NCL3+HCL

NH2CL+ NHCL2N2+3 HCL

PH  آب تعيين كننده نوع مواد توليد شده است به طوري كه در حدود ۸٫۵ منوكلروآمين و PH تا ۴٫۵دي كلروآمين ودرهاي كمتر تري كلروآمين توليد مي شود.

فرايند زدودن آمونياك توسط كلر كند است و حدود دو ساعت زمان لازم است تا در PH هفت الي نه واكنش تكميل شود و در نهايت گاز نيتروژن و اسيدكلريدريك توليدمي شود. براي اكسيداسيون هر PPM آمونياك مقدار ۶PPM گاز كلر لازم است.

ت )حذف كلر:

CL2 كلر در آب هاي طبيعي به طور معمول وجود ندارد ولي در تصفيه مقدماتي براي اكسيداسيون موادآلي و ضدعفوني كردن آب، كنترل بو، كنترل خورندگي H2S  كنترل رشد لجن و اكسيداسيون فروسولفات مورد استفاده قرار مي گيرد. البته وجود يون كلرين به دليل خاصيت اكسيدكنندگي قوي موجب كاهش كارايي رزين هاي تعويض كننده يون مي گردد. درضمن وجود كلر آزاد در آب مورد استفاده در صنايع غذايي باعث تغيير مزه در مواد كنسرو شده و مواد يخ زده و خوردگي فلز ظروف كنسرو مي گردد. بنابراين لازم است كه قبل از ورود آب به واحدهاي مبادله يوني و صنايع غذايي، در روش شيميايي، فرايند حذف كلر مورد استفاده قرار گيرد.

روش هاي شيميايي حذف كلر عبارتند از :

الف) كربن فعال :

به دو روش مي توان از كربن فعال براي حذف كلر از آب استفاده كرد.

-با تزريق پودر زغال فعال در مخزن هاي لخته سازي و در نتيجه تركيب كلر با پودر زغال .

-با انتخاب زغال فعال بعنوان دانه هاي موجود در بستر فيلتر، كه در اين صورت با عمل فيلتراسيون آب و عبور آب از بستر زغالي كلر آن جذب مي شود.

عمل جذب كلر توسط زغال فعال، هم توسط مكانيسم جذب فيزيكي و هم جذب شيميايي انجام مي شود.

”

جذب شيميايي كه بصورت واكنش فوق صورت مي گيرد، نشان مي دهد كه زغال با گذشت زمان تمام مي شود و بايد هر چند مدت تزريق پودر زغال به مخازن لخته سازي انجام گيرد و بسترهاي زغالي فيلترها تعويض شود. شش گرم كلر را توسط يک گرم كربن مي توان حذف نمود.

ب)سديم سولفيت:

با تزريق محلول سديم سولفيت به آب، طي واكنش زير كلر حذف مي گردد :

Na2SO3+CL2+H2O”Na2SO4+2HCL

براي حذف يك گرم كلر آزاد در آب احتياج به ۵۵/۳ گرم سديم سولفيت متبلور است.

ج) سديم بي سولفيت:

سديم بي سولفيت نيز طبق واكنش زير سبب حذف كلر آزاد مي شود. ولي حذف كلر به طور صددر صد انجام نمي شود.

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

د)كلسيم سولفيت :

طبق رابطه زير كلسيم سولفيت مي تواند با كلر آزاد واكنش دهد و سبب حذف آن شود.

Ca SO3+CL2+ H2O” Ca SO4+2 HCL

از كلسيم سولفيد بعنوان دانه هاي بستر فيلتر استفاده مي شود و با عبور آب از فيلتر كلر آزاد جذب مي شود. از مزاياي استفاده از كلسيم سولفيت، عدم احتياج آن به دستگاه تزريق است، همچنين در فيلترهايي كه از كلسيم سولفيد استفاده مي شود نسبت به فيلترهاي داراي بستر زغالي، سرعت عبور آب مي تواند زياد باشد و اين امر سبب كوچكتر شدن فيلترهاي كلسيم سولفيت نسبت به فيلترهاي زغالي است. گران بودن كلسيم سولفيت از مشكلات اين روش مي باشد. هر واحد آن حدودا ده برابر قيمت هر واحد سديم سولفيت است.

ه)گاز سولفورو:

از گاز دي اكسيد كربن گوگرد و يا سولفورو نيز مي توان براي حذف كلر آزاد آب استفاده كرد. هر ۰٫۶ گرم گاز خالص سولفورو قادر به حذف يك گرم كلر مي باشد.

SO2+ CL2+2 H2O”2 HCL+ H2 SO4

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