Добрый день, тема сегодняшней лекции - Проблемы водооборотных систем и Реагенты для водооборотных систем.
Давайте освежим, что такое открытая система и закрытая.
Открытая водооборотная система - это система, в которой вода используется многократно. Тепло снимается при прямом контакте воды с атмосферным воздухом, при прохождении через градирни или пруды охладители.
Закрытая водооборотная система - это система, в которой вода используется многократно. Тепло снимается без прямого контакта с охладителем и атмосферным воздухом. Иначе говоря без разрыва струи. В основном это при прохождении через теплообменники.
Прежде чем коснуться химических реагентов, хочу рассказать основные «Проблемы» водооборотных систем: Взвешенные Вещества, Коррозия, Накипеобразование, Цветение воды или биообрастание.
Давайте разберём, что же это за проблемы и каким способом их решать.
Для понимания существует проблема или нет необходимо выделить основное – это требование к качеству оборотной воды.
Требования к содержанию силикатов в оборотной воде открытых оборотных циклов промышленных предприятий = максимум 50 мг/л, при любых температурных режимах.
Так же обратите внимание, что требования к качеству воды могут меняться:
от требований поставщика основного технологического оборудования,
от типа источника водоснабжения,
от наличия или отсутствия предочистки воды,
так же могут меняться и показатели качества воды.
Все ВВ можно разделить на три группы
Методы борьбы со ВВ. Для борьбы с ВВ есть основные реагенты это коагулянты и флокулянты.
Коагулянты – вещества, способствующие объединению мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления.
Коагулянты способны образовать устойчивый осадок, который отфильтровывается при прохождении воды через очистные сооружения. Однако многие фильтры не способны удерживать мелкие частицы.
Для более качественной очистки воды применяются флокулянты. Эти реагенты объединяют полученные в ходе коагуляции частицы в более крупные хлопья, что значительно облегчает их механическое удаление.
Флокулянты – это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, тем самым интенсифицирующих процесс образования хлопьев и увеличивающих их размеры.
Современные флокулянты – это полимеры разделяющиеся на анионные с зарядом + и катионные с зарядом -
Анионо-активный флокулянт, притягивающий к себе загрязнения с отрицательным зарядом. Основой для изготовления флокулянта анионного служат сополимеры акриламида. Это может быть акриловая кислота со стабилизирующими добавками.
Катионно-активный флокулянт - это флокулянт очищает воду от осадка с положительными ионами на поверхности благодаря хемосорбции. Свои отрицательным зарядом они нейтрализуют положительный заряд и связывают загрязнения в длинные молекулярные цепочки.
Конкретная марка реагента выбирается по результатам химического анализа неочищенной воды и применяемого в технологическом процессе очистки коагулянта. Еще раз следует отметить, что применение флокулянтов наиболее эффективно при очень сильных загрязнениях воды.
Наиболее распространённые коагулянты – полиоксихлорид аллюминия и сульфат железа (Fe₂(SО₄)₃) и хлорное железо (FeСl3).
Виды коррозии (Кислородная, Химическая, Биологическая, Щелевая, Подшламовая, Бугристая, Кавитационная, Эрозионная. Видов коррозии много и это отдельная тема). Сегодня я вкратце коснусь только Кислородной и Биологической коррозии, для общего понимания процессов.
КИСЛОРОДНАЯ – при такой коррозии сталь обезуглероживается. Под действием кислорода происходит окисление и сталь теряет в поверхностных слоях прочностные свойства.
Гидроксид железа Fe(OH)3 и является тем, что называют ржавчиной.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ – это прямое взаимодействие микроорганизмов с материалами, в результате которых образуются новые химические вещества, вызывающие коррозию или значительно ускоряющие коррозионные процессы.
Быстрое развитие коррозии в системах водяного охлаждения связано с присутствием сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
Наиболее распространенное объяснение воздействия СВБ на протекание процессов коррозии связано с механизмом катодной деполяризации за счет использования ими в энергетических целях молекулярного водорода, выделяющегося на катоде коррозирующей стали. Сущность этого механизма описывается следующими реакциями:
анод (ионизация железа); 
катод (образование защитной пленки на катоде, препятствующей дальнейшему растворению металла); Далее в присутствии СВБ: 
катодная деполяризация (с катода металла). После чего вторичные реакции: 
анод, приводят к образованию в качестве продуктов на аноде – сульфида и гидроксида железе, соответственно черного и серого цвета, чем и объясняется темный цвет продуктов коррозии.
Скорость коррозии выражают весом разрушенного металла и глубиной прониканияв его толщу, т.е. проницаемостью.
Где К = скорость коррозии в г/м2ч
удельный вес металла г/см3
Существует 10 бальная шкала стойкости металлов.
Теперь, когда Мы ознакомились с коррозией, давайте поговорим о методах защиты.
Основной метод – обработка воды замедлителями коррозии с образованием защитных пленок на поверхности металла.
Ингибитор коррозии – вещество подавляющие или задерживающие течение процессов.
Защищает от коррозии, останавливает окислительные процессы («медную болезнь» и др.) и консервирует металлы. Рекомендуется проводить обработку раствором БТА перед механической чисткой, а также после любой другой чистки. Обработка раствором создает на поверхности защитный слой, предотвращающий дальнейшее окисление.
Толилтриазол = Нерастворим в воде, растворим в спирте, бензоле, толуоле, хлороформе, в щелочном растворе. Основной на данный момент ингибитор коррозии цветных металлов, таких как таких как серебро, медь, свинец, никель, цинк и т.д. Ингибирующее воздействие на черные металлы, такие как нелегированные стали и чугун выражено слабее.
- 2-фосфоно-бутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (РВТС) = органические фосфонаты = применяется и как ингибитор коррозии и как ингибитор накипеобразования.
-прекрасная устойчивость по отношению к активному хлору и другим окислителям -исключительная растворимость в щелочах с высокой концентрацией. Рекомендации по применению -в чистящих и моющих средствах -для стабилизации отбеливающих реагентов -для обработки охлаждающей жидкости. Технические свойства группы продуктов РВТС -Ингибирование осаждения CaCo3: отлично -Ингибирование осаждения CaSo4: очень хорошо -Комплексирование ионов металла: хорошо -Ингибирование коррозии у нелегированных сталей: хорошо
1-Гидроксиэтилиден-1.1-Дифосфоновая кислота (HEDP) = О́ксиэтилиде́ндифосфо́новая кислота́ (ОЭДФ)
Кислота ОЭДФ представляет собой ингибитор коррозии органофосфорной кислоты. Может образовывать хелатные соединения с ионами железа (Fe), меди (Cu) и цинка (Zn). Может растворять оксидированные (окисленные) материалы на поверхностях этих металлов.
ОЭДФ является прекрасным ингибитором накипеобразования и коррозии при температуре не выше 250°C. ОЭДФ обладает хорошей химической устойчивостью при высоком значении pH, тяжело гидролизируется, а также тяжело разлагается при обычных световых и тепловых условиях. Ее устойчивость к окислению кислота/щелочь и хлор лучше, чем у других органофосфорных кислот (соль). ОЭДФ может вступать в реакцию с ионами металла в системе водоснабжения для образования хелатного комплекса с гекса-элементом, в частности с ионом кальция. Следовательно, ОЭДФ обладает отличными свойствами, препятствующими образованию накипи. Хорошо взаимодействует с другими химическими средствами для водоподготовки.
В твердом состоянии ОЭДФ представляет собой кристаллический порошок, подходящий для использования в условиях низких температур. Благодаря высокой степени чистоты, может использоваться в качестве моющего средства (осветлителя) в области электроники и в качестве добавок к химическим средствам повседневного пользования.
Ингибиторы коррозии для закрытых оборотных системЦиклогексиламин — органическое соединение, бесцветная жидкость с горьким вкусом и резким запахом. Растворяется в воде, спирте и других органических растворителях. Применяется в качестве инсектицида, в синтезе капролактама, ингибитор коррозии металлов.
Этанолами́н HO-CH2CH2-NH2 (2-аминоэтанол, тривиальное название коламин) — простейший стабильный аминоспирт, является первичным амином и первичным спиртом. Водные растворы этаноламина обладают щелочной реакцией и хорошо поглощают кислые газы (диоксид углерода, диоксид серы, сероводород, а также газообразные и летучие тиолы). При нагреве раствора поглощённые газы выделяются, геренерированный раствор повторно направляют для поглощения. Благодаря обратимости растворы этаноламина широко используются в качестве абсорбента в различных процессах газоочистки (например, удаление примесей сероводорода, углекислого газа и тиолов в нефтегазовой и нефтехимической промышленности) и для разделения газов (в частности, абсорбция углекислого газа из смеси газов при производстве водорода конверсией метана).
Диэтилентриамин (DETA) – токсичное органическое соединение.
Молибдат натрия — неорганическое соединение, соль металла натрия и молибденовой кислоты с формулой Na2MoO4, белые кристаллы, растворимые в воде, образует кристаллогидраты.
Нитрит натрия NaNO2 – Пищевая добавка E250 - Очищенный нитрит натрия представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Хорошо растворим в воде и гигроскопичен. На воздухе медленно доокисляется до нитрата натрия NaNO3. Является сильным восстановителем. Токсичен в больших дозах. Отличный ингибитор коррозии.
тетраборат натрия – противоокислительный агент.
Давайте освежим, что такое открытая система и закрытая.
Открытая водооборотная система - это система, в которой вода используется многократно. Тепло снимается при прямом контакте воды с атмосферным воздухом, при прохождении через градирни или пруды охладители.
Закрытая водооборотная система - это система, в которой вода используется многократно. Тепло снимается без прямого контакта с охладителем и атмосферным воздухом. Иначе говоря без разрыва струи. В основном это при прохождении через теплообменники.
Прежде чем коснуться химических реагентов, хочу рассказать основные «Проблемы» водооборотных систем: Взвешенные Вещества, Коррозия, Накипеобразование, Цветение воды или биообрастание.
Давайте разберём, что же это за проблемы и каким способом их решать.
Для понимания существует проблема или нет необходимо выделить основное – это требование к качеству оборотной воды.
Требования к качеству охлаждающей воды
открытых оборотных циклов промышленных предприятий.Требования к содержанию силикатов в оборотной воде открытых оборотных циклов промышленных предприятий = максимум 50 мг/л, при любых температурных режимах.
Так же обратите внимание, что требования к качеству воды могут меняться:
от требований поставщика основного технологического оборудования,
от типа источника водоснабжения,
от наличия или отсутствия предочистки воды,
так же могут меняться и показатели качества воды.
Взвешенные Вещества
ВВ – это все механические примеси загрязняющие воду.Все ВВ можно разделить на три группы
- Грубодисперсные = размер частиц более 100 мкм. (обуславливают мутность природных вод и являются механическими примесями, состоящими из песка, глины и т.д.)
- Коллоиднодисперсные = размер частиц от 1 до 100 мкм. (не осаждаются даже в течение длительного времени. В природных водах в коллоиднодисперсном состоянии находятся соединения кремния, алюминия, железа, а также органические вещества, образующиеся в результате распада животных и растительных организмов)
- Молекулярнодисперсные = размер частиц менее 1 мкм. (растворенные в воде соли, кислоты, щелочи и газы. Ионы кальция занимают в водах первое место по содержанию. Основным источником появления ионов кальция в природных водах являются известняки.
Методы борьбы со ВВ. Для борьбы с ВВ есть основные реагенты это коагулянты и флокулянты.
Коагулянты – вещества, способствующие объединению мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления.
Коагулянты способны образовать устойчивый осадок, который отфильтровывается при прохождении воды через очистные сооружения. Однако многие фильтры не способны удерживать мелкие частицы.
Для более качественной очистки воды применяются флокулянты. Эти реагенты объединяют полученные в ходе коагуляции частицы в более крупные хлопья, что значительно облегчает их механическое удаление.
Флокулянты – это вещества, ускоряющие слипание агрегативно неустойчивых частиц в обрабатываемой воде, тем самым интенсифицирующих процесс образования хлопьев и увеличивающих их размеры.
Современные флокулянты – это полимеры разделяющиеся на анионные с зарядом + и катионные с зарядом -
Анионо-активный флокулянт, притягивающий к себе загрязнения с отрицательным зарядом. Основой для изготовления флокулянта анионного служат сополимеры акриламида. Это может быть акриловая кислота со стабилизирующими добавками.
Катионно-активный флокулянт - это флокулянт очищает воду от осадка с положительными ионами на поверхности благодаря хемосорбции. Свои отрицательным зарядом они нейтрализуют положительный заряд и связывают загрязнения в длинные молекулярные цепочки.
Конкретная марка реагента выбирается по результатам химического анализа неочищенной воды и применяемого в технологическом процессе очистки коагулянта. Еще раз следует отметить, что применение флокулянтов наиболее эффективно при очень сильных загрязнениях воды.
Наиболее распространённые коагулянты – полиоксихлорид аллюминия и сульфат железа (Fe₂(SО₄)₃) и хлорное железо (FeСl3).
Коррозия
Коррозия – Самопроизвольное разрушение металлов вследствие взаимодействия их (металлов) с окружающей средой.Виды коррозии (Кислородная, Химическая, Биологическая, Щелевая, Подшламовая, Бугристая, Кавитационная, Эрозионная. Видов коррозии много и это отдельная тема). Сегодня я вкратце коснусь только Кислородной и Биологической коррозии, для общего понимания процессов.
КИСЛОРОДНАЯ – при такой коррозии сталь обезуглероживается. Под действием кислорода происходит окисление и сталь теряет в поверхностных слоях прочностные свойства.
Гидроксид железа Fe(OH)3 и является тем, что называют ржавчиной.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ – это прямое взаимодействие микроорганизмов с материалами, в результате которых образуются новые химические вещества, вызывающие коррозию или значительно ускоряющие коррозионные процессы.
Быстрое развитие коррозии в системах водяного охлаждения связано с присутствием сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ)
Наиболее распространенное объяснение воздействия СВБ на протекание процессов коррозии связано с механизмом катодной деполяризации за счет использования ими в энергетических целях молекулярного водорода, выделяющегося на катоде коррозирующей стали. Сущность этого механизма описывается следующими реакциями:
анод (ионизация железа); катод (образование защитной пленки на катоде, препятствующей дальнейшему растворению металла); Далее в присутствии СВБ: катодная деполяризация (с катода металла). После чего вторичные реакции: анод, приводят к образованию в качестве продуктов на аноде – сульфида и гидроксида железе, соответственно черного и серого цвета, чем и объясняется темный цвет продуктов коррозии.Оценка агрессивности воды.
Агрессивность воды оценивается по допустимой скорости коррозии металла, которая не угрожает надежности эксплуатации и не приводит к потери механической прочности оборудования до истечения его нормального срока службы.Скорость коррозии выражают весом разрушенного металла и глубиной прониканияв его толщу, т.е. проницаемостью.
Где К = скорость коррозии в г/м2ч
удельный вес металла г/см3Существует 10 бальная шкала стойкости металлов.
Теперь, когда Мы ознакомились с коррозией, давайте поговорим о методах защиты.
Основной метод – обработка воды замедлителями коррозии с образованием защитных пленок на поверхности металла.
Ингибитор коррозии – вещество подавляющие или задерживающие течение процессов.
Ингибиторы коррозии для открытых систем.
- Бензотриазо́л (БТА) = Растворяется спирте, метаноле, бензоле, толуоле и других органических растворителях. В воде практически не растворим. Применяется в качестве ингибитора для защиты металлов от коррозии, в частности меди и ее сплавов, серебра, цинка, алюминия, железа. Образует нерастворимые комплексные соединения, задерживает или полностью останавливает развитие «бронзовой болезни».Защищает от коррозии, останавливает окислительные процессы («медную болезнь» и др.) и консервирует металлы. Рекомендуется проводить обработку раствором БТА перед механической чисткой, а также после любой другой чистки. Обработка раствором создает на поверхности защитный слой, предотвращающий дальнейшее окисление.
Толилтриазол = Нерастворим в воде, растворим в спирте, бензоле, толуоле, хлороформе, в щелочном растворе. Основной на данный момент ингибитор коррозии цветных металлов, таких как таких как серебро, медь, свинец, никель, цинк и т.д. Ингибирующее воздействие на черные металлы, такие как нелегированные стали и чугун выражено слабее.
- 2-фосфоно-бутан-1,2,4-трикарбоновая кислота (РВТС) = органические фосфонаты = применяется и как ингибитор коррозии и как ингибитор накипеобразования.
-прекрасная устойчивость по отношению к активному хлору и другим окислителям -исключительная растворимость в щелочах с высокой концентрацией. Рекомендации по применению -в чистящих и моющих средствах -для стабилизации отбеливающих реагентов -для обработки охлаждающей жидкости. Технические свойства группы продуктов РВТС -Ингибирование осаждения CaCo3: отлично -Ингибирование осаждения CaSo4: очень хорошо -Комплексирование ионов металла: хорошо -Ингибирование коррозии у нелегированных сталей: хорошо
1-Гидроксиэтилиден-1.1-Дифосфоновая кислота (HEDP) = О́ксиэтилиде́ндифосфо́новая кислота́ (ОЭДФ)
Кислота ОЭДФ представляет собой ингибитор коррозии органофосфорной кислоты. Может образовывать хелатные соединения с ионами железа (Fe), меди (Cu) и цинка (Zn). Может растворять оксидированные (окисленные) материалы на поверхностях этих металлов.
ОЭДФ является прекрасным ингибитором накипеобразования и коррозии при температуре не выше 250°C. ОЭДФ обладает хорошей химической устойчивостью при высоком значении pH, тяжело гидролизируется, а также тяжело разлагается при обычных световых и тепловых условиях. Ее устойчивость к окислению кислота/щелочь и хлор лучше, чем у других органофосфорных кислот (соль). ОЭДФ может вступать в реакцию с ионами металла в системе водоснабжения для образования хелатного комплекса с гекса-элементом, в частности с ионом кальция. Следовательно, ОЭДФ обладает отличными свойствами, препятствующими образованию накипи. Хорошо взаимодействует с другими химическими средствами для водоподготовки.
В твердом состоянии ОЭДФ представляет собой кристаллический порошок, подходящий для использования в условиях низких температур. Благодаря высокой степени чистоты, может использоваться в качестве моющего средства (осветлителя) в области электроники и в качестве добавок к химическим средствам повседневного пользования.
Ингибиторы коррозии для закрытых оборотных систем
Этанолами́н HO-CH2CH2-NH2 (2-аминоэтанол, тривиальное название коламин) — простейший стабильный аминоспирт, является первичным амином и первичным спиртом. Водные растворы этаноламина обладают щелочной реакцией и хорошо поглощают кислые газы (диоксид углерода, диоксид серы, сероводород, а также газообразные и летучие тиолы). При нагреве раствора поглощённые газы выделяются, геренерированный раствор повторно направляют для поглощения. Благодаря обратимости растворы этаноламина широко используются в качестве абсорбента в различных процессах газоочистки (например, удаление примесей сероводорода, углекислого газа и тиолов в нефтегазовой и нефтехимической промышленности) и для разделения газов (в частности, абсорбция углекислого газа из смеси газов при производстве водорода конверсией метана).
Диэтилентриамин (DETA) – токсичное органическое соединение.
Молибдат натрия — неорганическое соединение, соль металла натрия и молибденовой кислоты с формулой Na2MoO4, белые кристаллы, растворимые в воде, образует кристаллогидраты.
Нитрит натрия NaNO2 – Пищевая добавка E250 - Очищенный нитрит натрия представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Хорошо растворим в воде и гигроскопичен. На воздухе медленно доокисляется до нитрата натрия NaNO3. Является сильным восстановителем. Токсичен в больших дозах. Отличный ингибитор коррозии.
тетраборат натрия – противоокислительный агент.
