Așa-numita duritate limită a carbonatului (Hj) se referă la valoarea critică la care CaCO₃ nu precipită în condiții și temperaturi specifice de calitate a apei, unde CO₂ liber este fie absent, fie minim. De obicei, în sistemele de apă de răcire, această valoare variază de la 2 la 4,5 mg echivalent/L. Cu toate acestea, prin adăugarea de inhibitori de acid și calcar, un sistem de apă de răcire poate menține niveluri mai mari de duritate a carbonatului. Acest articol explică relația dintre inhibitorii de calcar pentru apa de răcire și duritatea limită a carbonatului, oferind informații utile profesioniștilor în tratarea apei.
1. Adăugarea de acid și limitarea durității carbonatului
Prin adăugarea de acid în apa de completare, duritatea carbonatului este transformată în duritate non-carbonată cu solubilitate mai mare (cum ar fi CaSO₄ și CaCl₂), ceea ce reduce duritatea carbonatului a apei circulante la un nivel sub duritatea carbonat limită, prevenind astfel detartrarea. Reacțiile chimice sunt următoarele:
Continuați să împărtășiți o metodă pentru calcularea cantității de acid care trebuie adăugată pe baza durității carbonatului și a durității limită a carbonatului (Hj), așa cum se arată în formula următoare.
În formula:
G este cantitatea de acid adăugată, kg/h;
E este masa molară a acidului, pentru acidul sulfuric, E = 49, iar pentru acidul clorhidric, E = 36,5;
Qm este volumul suplimentar de apă al apei de răcire circulante, m³/h;
a este concentrația acidului;
HB este duritatea carbonatului apei suplimentare, mmol/L;
H′B este duritatea carbonatului apei suplimentare după tratarea acidă, mmol/L.
H′B poate fi calculat după cum urmează.
În formula: N este concentrația multiplă; Hj este duritatea limitatoare a carbonatului a sistemului circulant de apă de răcire, în mmol/L.
Duritatea limită a carbonatului a apei circulante după adăugarea acidului, fără inhibitorul de calcar, poate fi calculată folosind următoarea formulă:
În formulă, [O] reprezintă consumul de oxigen, în mg/L; t reprezintă temperatura apei circulante, în ℃.
Hf′ este duritatea non-carbonată după tratarea cu acid adăugat la apa suplimentară, în mmol/L, și poate fi calculată folosind următoarea formulă:
2. Utilizarea inhibitorilor de scară cu tratament cu acid pentru limitarea durității carbonatului
Atunci când se utilizează tratament cu acid pentru limitarea durității carbonatului în asociere cu inhibitori de calcar, tipul de inhibitor de calcar utilizat trebuie să determine valoarea Hj adecvată. Inhibitorii obișnuiți de scară includ polifosfații, fosfonații organici (săruri) și acizii poliacrilici.
Inhibitori la scară de polifosfat
Polifosfații se referă în primul rând la polifosfatul de sodiu, formele utilizate în mod obișnuit fiind hexametafosfatul de sodiu (cunoscut și ca polimetafosfat de sodiu) și tripolifosfatul de sodiu. Acești inhibitori dispersează și stabilizează particulele coloidale și au capacități puternice de chelare pentru ionii de calciu și magneziu. Polifosfatul de sodiu nu numai că funcționează ca un inhibitor de calcar, dar are și proprietăți de inhibare a coroziunii. Proprietățile specifice variază în funcție de structura moleculară a [NaPO₃] n , unde valoarea lui n determină caracteristicile. Hexametafosfatul de sodiu are formula chimică [NaPO₃]₆ONA₂ și este un polimer al metafosfatului de sodiu (NaPO₃). Când este utilizat ca inhibitor de calcar, duritatea limitativă a carbonatului Hj a apei circulante poate fi estimată prin următoarea formulă. Doza tipică de hexametafosfat de sodiu variază de la 1 la 5 mg/L, limita superioară fiind utilizată pentru apa cu duritate ridicată a carbonatului. Tripolifosfatul de sodiu (Na₅P₃O₁₀) are o capacitate puternică de a chela ionii de calciu, cu o doză tipică de 2 până la 5 mg/L și Hj = 5 mmol/L.
Dezavantajul polifosfaților este tendința lor de a se descompune în ortofosfați în apă, un proces cunoscut sub numele de hidroliză a polifosfaților. Gradul de hidroliză este influențat de factori precum pH-ul, temperatura, timpul și activitatea microbiană. Hidroliza este corelată pozitiv cu temperatura apei și timpul de contact, deși are loc într-un ritm relativ lent, cu rate tipice de hidroliză între 11% și 35%.
Fosfonați organici și sărurile lor
Acești inhibitori de calcar sunt eficienți și oferă, de asemenea, inhibarea coroziunii, făcându-i inhibitori cu dublu scop. Multe dintre proprietățile lor sunt similare cu polifosfații, dar sunt mai stabile și mai puțin predispuse la hidroliză, chiar și la temperaturi mai ridicate. Cu toate acestea, fosfonații organici pot fi corozivi pentru cupru, deci nu sunt potriviți pentru utilizarea în sistemele de schimbătoare de căldură din cupru. Fosfonații organici obișnuiți și sărurile lor utilizate pe plan intern includ acidul hidroxietiliden difosfonic (HEDP), acidul aminotrimetilen fosfonic (ATMP) și etilendiaminotetra (acid metilenfosfonic) (EDTMP). Când sunt utilizați împreună cu polifosfați, acești inhibitori pot avea un efect sinergic, îmbunătățind duritatea limitatoare a carbonatului a apei circulante și reducând doza fiecărui agent. Duritatea limitativă tipică a carbonatului pentru acești inhibitori este următoarea:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polimeri policarboxilați
Polimerii policarboxilați sunt polimeri care conțin grupări funcționale carboxil (grupări carboxil) sau derivați ai acizilor carboxilici. Anionul carboxilat (COO⁻) determină caracteristicile acestor polimeri, unde M reprezintă un cation monovalent, hidrogen sau o grupare amină. După ce a fost introdusă în apă, gruparea carboxilat se disociază în COO⁻ și M⁺, COO⁻ fiind responsabil pentru inhibarea calcarului. Inhibitorii obișnuiți ai calcarului de policarboxilat utilizați pe plan intern includ acidul poliacrilic, poliacrilatul de sodiu, metacrilatul de polimetil, copolimerii acidului acrilic și acrilatului de hidroxipropil, copolimerii acidului acrilic și acrilatilor și poli(acidul maleic) hidrolizat (anhidridă). Dozele tipice și valorile limită corespunzătoare ale durității carbonatului sunt următoarele:
Acid poliacrilic: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Poliacrilat de sodiu: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(acid maleic): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Rezumat
Prin controlul durității limitative a carbonatului în sistemele de apă de răcire circulante, poate fi prevenită formarea calcarului. Utilizarea metodelor de mai sus pentru a calcula doza adecvată de acizi și inhibitori de calcar, împreună cu duritatea limitativă admisibilă a carbonatului a sistemului în condiții specifice de funcționare, ajută la prevenirea problemelor de scalare, reducând în același timp costurile chimice.
