Takzvan-ná medzná karbonátová tvrdosť (Hj) sa vzťahuje na kritickú hodnotu, pri ktorej sa CaCO₃ nezráža za špecifických podmienok kvality vody a teplôt, kde voľný CO₂ buď chýba, alebo je minimálny. Typicky sa v systémoch chladiacej vody táto hodnota pohybuje od 2 do 4,5 mg ekvivalentu/l. Pridaním inhibítorov kyseliny a vodného kameňa si však systém chladiacej vody môže udržať vyššie úrovne tvrdosti uhličitanu. Tento článok vysvetľuje vzťah medzi inhibítormi vodného kameňa pre chladiacu vodu a limitnou karbonátovou tvrdosťou a poskytuje užitočné informácie pre odborníkov na úpravu vody.
1. Pridanie kyseliny a obmedzenie tvrdosti uhličitanu
Pridaním kyseliny do prídavnej vody sa uhličitanová tvrdosť premení na neuhličitanovú tvrdosť s vyššou rozpustnosťou (ako je CaSO₄ a CaCl₂), čo znižuje uhličitanovú tvrdosť cirkulujúcej vody na úroveň pod limitnou uhličitanovou tvrdosťou, čím sa zabráni usadzovaniu vodného kameňa. Chemické reakcie sú nasledovné:
Pokračovať v zdieľaní metódy na výpočet množstva kyseliny, ktorá sa má pridať, na základe uhličitanovej tvrdosti a limitnej uhličitanovej tvrdosti (Hj), ako je uvedené v nasledujúcom vzorci.
Vo vzorci:
G je množstvo pridanej kyseliny, kg/h;
E je molárna hmotnosť kyseliny pre kyselinu sírovú, E = 49, a pre kyselinu chlorovodíkovú, E = 36,5;
Qm je doplnkový objem vody cirkulujúcej chladiacej vody, m³/h;
a je koncentrácia kyseliny;
HB je uhličitanová tvrdosť doplnkovej vody, mmol/l;
H′B je uhličitanová tvrdosť doplnkovej vody po kyslom spracovaní, mmol/l.
H′B možno vypočítať nasledovne.
Vo vzorci: N je násobok koncentrácie; Hj je limitná uhličitanová tvrdosť systému cirkulujúcej chladiacej vody v mmol/l.
Hraničná uhličitanová tvrdosť cirkulujúcej vody po pridaní kyseliny, bez inhibítora vodného kameňa, sa môže vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
Vo vzorci [O] predstavuje spotrebu kyslíka, v mg/l; t predstavuje teplotu cirkulujúcej vody, v ℃.
Hf′ je neuhličitanová tvrdosť po spracovaní kyselinou pridanou do doplnkovej vody v mmol/l a možno ju vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
2. Použitie inhibítorov vodného kameňa s kyslým spracovaním na obmedzenie tvrdosti uhličitanu
Pri použití kyslého ošetrenia na obmedzenie tvrdosti uhličitanu v spojení s inhibítormi vodného kameňa by mal typ použitého inhibítora vodného kameňa určiť vhodnú hodnotu Hj. Bežné inhibítory vodného kameňa zahŕňajú polyfosfáty, organické fosfonáty (soli) a kyseliny polyakrylové.
Inhibítory polyfosfátových šupín
Polyfosfáty primárne označujú polyfosforečnan sodný, bežne používané formy sú hexametafosforečnan sodný (tiež známy ako polymetafosforečnan sodný) a tripolyfosforečnan sodný. Tieto inhibítory dispergujú a stabilizujú koloidné častice a majú silné chelatačné schopnosti pre ióny vápnika a horčíka. Polyfosforečnan sodný funguje nielen ako inhibítor vodného kameňa, ale má aj vlastnosti inhibície korózie. Špecifické vlastnosti sa líšia v závislosti od molekulárnej štruktúry [NaPO₃] n , kde hodnota n určuje charakteristiky. Hexametafosforečnan sodný má chemický vzorec [NaPO₃]₆ONa₂ a je polymérom metafosforečnanu sodného (NaPO₃). Pri použití ako inhibítor vodného kameňa možno limitnú uhličitanovú tvrdosť Hj cirkulujúcej vody odhadnúť podľa nasledujúceho vzorca. Typická dávka hexametafosforečnanu sodného sa pohybuje od 1 do 5 mg/l, pričom horná hranica sa používa pre vodu s vysokou uhličitanovou tvrdosťou. Tripolyfosforečnan sodný (Na₅P₃O₁₀) má silnú schopnosť chelátovať ióny vápnika s typickým dávkovaním 2 až 5 mg/l a Hj = 5 mmol/l.
Nevýhodou polyfosfátov je ich tendencia rozkladať sa vo vode na ortofosfáty, čo je proces známy ako hydrolýza polyfosfátov. Stupeň hydrolýzy je ovplyvnený faktormi, ako je pH, teplota, čas a mikrobiálna aktivita. Hydrolýza pozitívne koreluje s teplotou vody a kontaktným časom, hoci prebieha relatívne pomaly, s typickými rýchlosťami hydrolýzy medzi 11% a 35%.
Organické fosfonáty a ich soli
Tieto inhibítory vodného kameňa sú účinné a tiež poskytujú inhibíciu korózie, čo z nich robí dvojúčelové inhibítory. Mnohé z ich vlastností sú podobné polyfosfátom, ale sú stabilnejšie a menej náchylné na hydrolýzu, dokonca aj pri vyšších teplotách. Organické fosfonáty však môžu byť korozívne pre meď, takže nie sú vhodné na použitie v systémoch výmenníkov tepla medi. Bežné organické fosfonáty a ich soli používané na domácom trhu zahŕňajú kyselinu hydroxyetylidéndifosfónovú (HEDP), kyselinu aminotrimetylénfosfónovú (ATMP) a etyléndiamíntetru (kyselinu metylénfosfónovú) (EDTMP). Pri použití spolu s polyfosfátmi môžu mať tieto inhibítory synergický účinok, čím sa zlepšuje limitujúca uhličitanová tvrdosť cirkulujúcej vody a znižuje sa dávkovanie každého činidla. Typická limitná tvrdosť uhličitanu pre tieto inhibítory je nasledovná
HEDP: Hj = 8 mmol/l
ATMP: Hj = 9 mmol/l
EDTMP: Hj = 8 mmol/l
Polykarboxylátové polyméry
Polykarboxylátové polyméry sú polyméry obsahujúce karboxylové funkčné skupiny (karboxylové skupiny) alebo deriváty karboxylových kyselín. Karboxylátový anión (COO⁻) určuje charakteristiky týchto polymérov, kde M predstavuje jednoväzbový katión, vodík alebo amínovú skupinu. Po zavedení do vody sa karboxylátová skupina disociuje na COO⁻ a M⁺, pričom COO⁻ je zodpovedný za inhibíciu vodného kameňa. Bežné inhibítory polykarboxylátovej stupnice používané doma zahŕňajú kyselinu polyakrylovú, polyakrylát sodný, polymetylmetakrylát, kopolyméry kyseliny akrylovej a hydroxypropylakrylátu, kopolyméry kyseliny akrylovej a akrylátov a hydrolyzovaný poly(kyselina maleínová) (anhydrid). Typické dávky a zodpovedajúce limitné hodnoty tvrdosti uhličitanu sú nasledovné:
Kyselina polyakrylová: 1–9 mg/l, Hj = 5,5–10 mmol/l
Polyakrylát sodný: 1–8 mg/l, Hj = 5,8–9 mmol/l
Poly(kyselina maleínová): 1–5 mg/l, Hj = 5–8,5 mmol/l
Súhrn
Riadením limitnej karbonátovej tvrdosti v systémoch cirkulujúcej chladiacej vody možno zabrániť tvorbe vodného kameňa. Použitie vyššie uvedených metód na výpočet vhodného dávkovania kyselín a inhibítorov vodného kameňa spolu s povoleným obmedzením tvrdosti uhličitanu v systéme za špecifických prevádzkových podmienok pomáha predchádzať problémom so škálovaním a zároveň znižuje náklady na chemikálie.
