Міністерство Освіти і Науки України
Національний Технічний Університет
Науково-дослідна робота
на тему: "Порівняльний аналіз ефективності очищення поверхні від накипу"
Виконала: Білозьорова А.С.
Керівник: Семенов Є.О.
Харків 2001
1. Літературний огляд
1.1 Джерела утворення накипу
1.2 Способи очищення
2. Фізико-хімічні основи
2.1 Фізико-хімічні основи утворення накипу і відкладень
2.2 Вплив характеру поверхні на утворення накипу і відкладень
2.3 Фізико-хімічні основи реакцій реагентів з накипом
3. Експериментальна частина
3.1 Методика експерименту
3.2 Швидкість очищення для різних реагентів
3.3 Вплив температури і концентрації кислот на швидкість очищення
4. Обговорення результатів
4.1 Кінетичні залежності
4.2 Залежність від температури
4.3 Вибір оптимального реагенту
Висновки
Література
Актуальність проблеми очищення поверхонь від накипу і відкладень, дуже велика: тому необхідний порівняльний аналіз ефективності очищення поверхонь від накипу і детально розглянути цей процес.
Сполуки, які надходять з питною водою в парогенератори різних типів і атомні реактори за певних умов здатні або утворювати накипу, або виділятися у формі пухких опадів (шламу) [2]. Накип утворюється в результаті взаємодії води або присутні у ній реагентів з теплопередающей поверхнею металу, а також в результаті виділення різних розчинених у воді речовин при її кипінні, нагріванні і випаровуванні.
Утворюється в парогенераторах накипу відповідно до класифікації можуть бути за своїм складом розділені на 5 груп [2].
1. Лужноземельні, тобто складаються із з'єднань Са і Мg. При цьому залежно від аніонної складової кальцієвої накипу поділяються на сульфатні (СаSО 4), силікатні (СаSіО 3), карбонатні (СаСО 3) і фосфатні [Са 3 (РО 4) 2]; магнієві накипу поділяються на гідроксильні [Мg; Мg ( ВІН) 2] і фосфатні.
2. Мідні накипу, що складаються в основному з металу міді.
3. Залізні накипу, які поділяються на силікатні, ферросілікатние Na 2 O · Fe 2 O 3 · 4 SiO 2, фосфатні [Fe 3 (PO 4) 2, NaFePO 4] і оксидні [Fe 3 O 4]
4. Алюмоферросілікатние і силікатні з переважанням властивостей SіО 2.
5. Накипу з легкорозчинних солей: NaРO 4, Na 2 НРO 4.
По хімічній природі переважаючого компонента відкладення можуть бути класифіковані на крем'яні, натрієві, магнієві, кальцієві, залізні, мідні і т.д. [2].
Відомо, що фосфаріт Са 3 (РО 4) 2 виділяється на поверхні нагрівання у вигляді накипу, тоді як дуже мало відрізняються від нього за складом гідроксилапатит Са [Са 3 (РО 4) 2] 3 (ОН) 2 завжди кристалізується в товщі води, утворюючи окремі частинки, не пристають до поверхні нагрівання. Відомо так само, що гідроксоокісі деяких металів випадають в шлам, інші ж утворюють накип.
Кремнієві відклади зустрічаються в проточній частині парових турбін; вони складаються з аморфного двоокису кремнію і кристалічного SiО 2 (α - кварц) з домішкою різних силікатів натрію.
Натрієві відкладення, частіше називають сольовими, зустрічаються в трубах пароперегрівачів, на лопатковому апараті турбін, іноді у прямоточних котлах. Вони складаються з різних сполук натрію: у пароперегрівачах - фосфатів, силікатів; на лопатки апараті турбін - хлориду, силікату, фериту і соди; у прямоточних котлах - з суміші цих солей з окислами заліза, міді і з'єднаннями кальцію і магнію.
Кальцієві відкладення поділяються на карбонатні, сульфатні, силікатні і фосфатні, утворюються в подогревателях сирої води, в трубах конденсаторів парових турбін, в охолоджувальних пристроях двигунів і так далі. У всіх цих апаратах утворюється переважно накипу, що складаються в основному з СаСО 3 зазвичай з домішкою основного карбонату магнію, кремнекислоти, оксидів заліза і алюмінію, іноді карбонату марганцю та інших з'єднань.
Фосфатні кальцієві накипу відзначалися в подогревателях високого тиску і у водяних економайзерах.
Залізні накипу поділяються на залізоокисні, залізосилікатних і залізофосфатні. Залізоокисний відклади утворюються в парових котлах, поживних магістралях, зворотних кондесаторопроводах, трубопроводах очищеної води. Залізофосфатні відкладення, як і мідні, накипу зустрічаються в парових котлах.
Теплопровідність накипу в десятки, а часто в сотні, разів менше теплопровідності сталі з якої виготовлені теплообмінники. Тому навіть найтонший шар накипу створює велике термічний опір, що призводить до перегріву труб і їх розриву [3].
Тверді відкладення, що утворюються на внутрішніх стінках труб парових котлів, пароперегрівачів, випарників та інших теплообмінних апаратів, в яких відбувається випаровування і нагрівання води, містять ті чи інші солі.
Основним компонентом відкладень в даний час в парасіловом господарстві є мідь і оксиди заліза з більш-менш значною домішкою кремнієвої кислоти і окислів цинку. У котлової воді звичайно присутні різні сполуки кальцію: СаSО 4, CaSiO 3 та інші, які розпадаються у водному розчині на іони Са 2 +, SiO 3 -.
Це розширення видів накипформування вказує на зв'язок між процесами корозії живильного тракту і конденсатних трубок з одного боку, і накіобразователем з іншого. Виникнення залізних і мідних накипу в парогенераторах не лише призводить до утворення отдулін і свищів, але викликає корозію металу.
Відомі способи очищення теплообмінних труб випарних апаратів від накипу шляхом обробки її соляною кислотою з додаванням до неї інгібіторів наприклад, уротропіну. Однак, застосування таких інгібіторів при соляно-кислотному способі очищення нераціонально, так як процес видалення накипу з поверхні нагрівання випарного апарату ведеться при температурі відповідної встановленому температурному режиму (75-125єС). Крім того, ці присадки внаслідок їх розкладу при підвищенні температури та коагуляції у присутності іонів заліза не оберігають метал від наводоражіванія та міжкристалічної корозії. Для запобігання таких наслідків, а також прискорення процесу очищення як інгібітора використовується суміш, що складається з хлориду тріметіламнімонія, йодиду калію і формаліну. Кількість хлориду тріметіламнімонія перебуває 1,5 - 5,0 г / л формаліну 30 - 50 мл / л і йодиду калію - 0,5 - 1,0 г / л [5].
Термічно інертні відкладення органічного походження видаляють шляхом промивання кислими водними розчинами, потім прогрівають до температури 300-500єС, продувають кисневмісним газом до повного їх окислення, а що залишилися відкладення неорганічного походження видаляють повторної промиванням кислотними розчинами [5].
Розглянемо докладніше технологію цього способу. Спочатку промиванням кислими водними розчинами видаляється розчинна частина відкладень - железооксідних, фосфатних і карбонатних. Найбільш раціонально застосування 3-4 відсоткового розчину соляної кислоти (ингибированной) при температурі 65-70єС. Решта нерозчинні термічно інертні відкладення прогріваються перегрітою парою до температури 300-500єС, після припинення подачі пари продуваються повітрям або чистим киснем протягом 1-1,5 години з розрахунку 8-12 м 3 повітря або 1-1,5 м 3 кисню на 1 кг вуглевмісних відкладень, при цьому відбувається вигоряння останніх. Залишок розчинних відкладень віддаляється повторної промиванням 2-3 відсоткової соляної інгібіторної кислотою при температурі 55-60єС або іншими кислотними розчинами.
У більшості виробництв на теплообмінних поверхнях апаратів на основі карбонатної накипу утворюються багатокомпонентні відкладення, не розчиняються в розчинах сірчаної кислоти. Недоліком способу є також додаткові витрати хлориду натрію NaCl не беруть участь в основної хімічної реакції - розчиненні карбонатної накипу. Через необхідність багаторазового повторення процесу розчинення зважаючи на малу розчинювальною здатності розчину сірчаної кислоти збільшується тривалість процесу [4].
Відомий спосіб очищення теплообмінників від карбонатної накипу потоком миючого розчину, у який попередньо вводять кислоту і піноутворювач, причому відношення об'ємних частин стисненого повітря, що подається імпульсом і миючого розчину підтримується в межах від 1:5 до 1:2 [4].
У глиноземному виробництві найбільш економічним і прийнятним в даний час є кислотний спосіб очищення. Використовується сірчана, соляна, фосфорна щавлева кислоти, а також суміш щавлевої і фосфорної кислот, причому остання є найефективнішою для повного розчинення накипу при температурі 60єС протягом 5 хвилин при концентрації 5% [5].
Для видалення органічних відкладення з поверхні обладнання можуть застосовуватися склади на основі трилону Б (5-10 г / л) у поєднанні з лимонною або винною кислотою (по 5-10 г / л) або суміш двох останніх. В якості інгібітора корозії рекомендується 2-мерноптобезтазол в концентрації 1 г / л і 0,17 г / л відповідно [5].
Для очищення проточної частини турбіни від відкладень запропоновано ряд методів. Випробуваний метод очищення з допомогою гідразину. Цей спосіб застосовано вперше на турбіні надвисокого тиску (малої потужності), а згодом на блоці Н-300-240. Очищення турбіни від відкладень проводилася вологою парою (5%) "на ходу" при зниженні потужності [4]. Гідразин очищення проточної частини турбіни може бути використана у всіх випадках, коли очікуються відкладення окисних сполук і розчинних солей. Для очищення турбіни від відкладень металевої міді гідразин не використовується.
Розроблено спосіб очищення проточної частини турбіни від металевої міді аміачними розчинами карбонату амонію з наступною обробкою поверхні сірчаної кислотою, яка містить гідразин [4].
Аналогічний метод очищення турбіни на основі застосування бікарбонату амонію і окислювачів при рН ≈ 10 [4].
Промивання може бути також здійснено миючим розчином при роботі валоповоротного пристрої, температура розчину 90 - 95 ° С рН ≈ 10. Розчин складається з суміші генсаметафосфата натрію 2-5%, соди 2-5%, персульфата амонію 0,5%.
Для вирішення завдань за кордоном пропонуються два нових методи передпусковий очищення: слабким 0,0001% розчином сірчаної або соляної кислоти з гідразином та 3% розчином лимонної кислоти [4]. Лимонна кислота утворює з іонами заліза, розчиненими у воді комплекс, який не руйнується при підвищенні значень рН з 4 до 8, тобто стійкий під час водних отмивок і навіть при луження. Таким чином, при промиванні лимонною кислотою всі оксиди заліза переходять у розчин, а потім скидаються з котла.
При використанні розчинів гідразину, підкисленого сірчаної або соляної кислотою, ефект очищення досягається за рахунок активізації розчинів підігрівом до 100 - 120 ° С. Дія гідразину, що утворює захисну плівку на очищеній поверхні, доповнюється регенерацією частини кислоти, крім того, за деякими даними гідразин відновлює оксиди заліза і тим сприяє їх розчиненню [4].
Застосування ж слабких розчинів кислот усуває небезпеку протрави металу через залишення розчину в застійних зонах і, отже, дозволяє розширити сферу передпусковий очищення, тобто включити в промивальний контур живильної системи від деаератора до котла, а також пароперегрівачі.
Проведено дослідження для встановлення оптимальних умов хімічного очищення обладнання для вибору ефективних пасиватором. Досліди проводилися з 5% ингибированной соляною кислотою, зі слабкими розчинами кислоти, що містить гідразин-гідрат з розчинами гідразин-сульфат (рН ~ 3,5), розчинами лимонної і оцтової кислоти.
Найбільш ефективна відмивання зразків від іржі і окалини спостерігалася при застосуванні соляної, 3% щавлевої і 3% лимонної кислот. Органічні кислоти утворюють добре розчинна оксалатних і цитратні комплекси заліза, не руйнуються при підвищенні значення рН розчину до 8,0 -8,5, а також при виділенні в розчин окислювачів і відновників. Це дозволяє наступні стадії хімічної очистки вести без видалення кислотного розчину. Ефективність очищення щавлевою кислотою ефективніше, ніж лимонної.
У результаті проведення літературного огляду можна зробити висновок, що наведені в літературі дані не є об'єктивними: відсутній порівняльний аналіз методів очищення. Наведені реагенти недоступні для широкого домашнього використання.
Підвищена жорсткість сприяє посиленому утворенню накипу в парових котлах, опалювальних приладах і побутової металевому посуді, що значно знижує інтенсивність теплообміну, призводить до великих витрат палива і перегріву металевих поверхонь [4].
Вода, що застосовується в промисловості, як правило, містить глину, пісок і суспензії - близько 8-19 мг / л, органічні речовини (водорості, колоїди, гумінові речовини з родючого грунту - близько 5 мг / л), солі - земельних металів (натрій , калій (4-15 мг / л)), солі жорсткості (кальцій, магній, силікати - 8-95 мг / л), розчинений кисень (5-12 мг / л), вуглекислий газ (100-700 мг / л) .
Неорганічні домішки, що знаходяться у воді в основному у вигляді іонів: Na +, Са 2 +, Мg 2 +, К +, Cl -, SO 4 2 -, НСО 3 -. Національний Технічний Університет
Харківський Політехнічний Інститут
Кафедра хімічної технології неорганічних речовин, каталізу та екологіїНауково-дослідна робота
на тему: "Порівняльний аналіз ефективності очищення поверхні від накипу"
Виконала: Білозьорова А.С.
Керівник: Семенов Є.О.
Харків 2001
ЗМІСТ
Введення1. Літературний огляд
1.1 Джерела утворення накипу
1.2 Способи очищення
2. Фізико-хімічні основи
2.1 Фізико-хімічні основи утворення накипу і відкладень
2.2 Вплив характеру поверхні на утворення накипу і відкладень
2.3 Фізико-хімічні основи реакцій реагентів з накипом
3. Експериментальна частина
3.1 Методика експерименту
3.2 Швидкість очищення для різних реагентів
3.3 Вплив температури і концентрації кислот на швидкість очищення
4. Обговорення результатів
4.1 Кінетичні залежності
4.2 Залежність від температури
4.3 Вибір оптимального реагенту
Висновки
Література
ВСТУП
Як у промисловості, так і в нашій повсюдної життя використовується різне обладнання, в якому відбувається нагрів води або пари. При високих температурах відбувається вплив пари або води на поверхню, з якою вони стикаються, при цьому спостерігається утворення різного роду відкладень і накипу. Ці відкладення здатні викликати небезпечний перегрів цих поверхонь або зниження економічності та ефективності роботи апарату. Все це може призвести до порушення режиму роботи хімічних апаратів або вивести їх з ладу. На електростанціях утворення відкладень неприпустимо, тому що вони можуть призвести до виведення з ладу обладнання електростанції, або до аварії. У побуті подібне явище призводить до зниження економічності роботи і до збільшення витрат на нагрівання агрегатів. Після утворення відкладень і накипу необхідні відповідні заходи з очищення поверхні які дозволять після очищення нормально функціонувати апаратурі підвищивши її ефективність і економічність до колишнього значення.Актуальність проблеми очищення поверхонь від накипу і відкладень, дуже велика: тому необхідний порівняльний аналіз ефективності очищення поверхонь від накипу і детально розглянути цей процес.
1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД
1.1 ДЖЕРЕЛА ОСВІТИ НАКИПУ
Утворений шар речовин може називатися накипом, коли його товщина сягає розмірів, що викликають небезпечний перегрів металевих стінок або коли присутність цих речовин знижує економічність роботи агрегату. Слід зауважити, що часто накипом називають тільки шар тих речовин, який утворюється з розчинених або зважених у воді сполук [1].Сполуки, які надходять з питною водою в парогенератори різних типів і атомні реактори за певних умов здатні або утворювати накипу, або виділятися у формі пухких опадів (шламу) [2]. Накип утворюється в результаті взаємодії води або присутні у ній реагентів з теплопередающей поверхнею металу, а також в результаті виділення різних розчинених у воді речовин при її кипінні, нагріванні і випаровуванні.
Утворюється в парогенераторах накипу відповідно до класифікації можуть бути за своїм складом розділені на 5 груп [2].
1. Лужноземельні, тобто складаються із з'єднань Са і Мg. При цьому залежно від аніонної складової кальцієвої накипу поділяються на сульфатні (СаSО 4), силікатні (СаSіО 3), карбонатні (СаСО 3) і фосфатні [Са 3 (РО 4) 2]; магнієві накипу поділяються на гідроксильні [Мg; Мg ( ВІН) 2] і фосфатні.
2. Мідні накипу, що складаються в основному з металу міді.
3. Залізні накипу, які поділяються на силікатні, ферросілікатние Na 2 O · Fe 2 O 3 · 4 SiO 2, фосфатні [Fe 3 (PO 4) 2, NaFePO 4] і оксидні [Fe 3 O 4]
4. Алюмоферросілікатние і силікатні з переважанням властивостей SіО 2.
5. Накипу з легкорозчинних солей: NaРO 4, Na 2 НРO 4.
По хімічній природі переважаючого компонента відкладення можуть бути класифіковані на крем'яні, натрієві, магнієві, кальцієві, залізні, мідні і т.д. [2].
Відомо, що фосфаріт Са 3 (РО 4) 2 виділяється на поверхні нагрівання у вигляді накипу, тоді як дуже мало відрізняються від нього за складом гідроксилапатит Са [Са 3 (РО 4) 2] 3 (ОН) 2 завжди кристалізується в товщі води, утворюючи окремі частинки, не пристають до поверхні нагрівання. Відомо так само, що гідроксоокісі деяких металів випадають в шлам, інші ж утворюють накип.
Кремнієві відклади зустрічаються в проточній частині парових турбін; вони складаються з аморфного двоокису кремнію і кристалічного SiО 2 (α - кварц) з домішкою різних силікатів натрію.
Натрієві відкладення, частіше називають сольовими, зустрічаються в трубах пароперегрівачів, на лопатковому апараті турбін, іноді у прямоточних котлах. Вони складаються з різних сполук натрію: у пароперегрівачах - фосфатів, силікатів; на лопатки апараті турбін - хлориду, силікату, фериту і соди; у прямоточних котлах - з суміші цих солей з окислами заліза, міді і з'єднаннями кальцію і магнію.
Кальцієві відкладення поділяються на карбонатні, сульфатні, силікатні і фосфатні, утворюються в подогревателях сирої води, в трубах конденсаторів парових турбін, в охолоджувальних пристроях двигунів і так далі. У всіх цих апаратах утворюється переважно накипу, що складаються в основному з СаСО 3 зазвичай з домішкою основного карбонату магнію, кремнекислоти, оксидів заліза і алюмінію, іноді карбонату марганцю та інших з'єднань.
Фосфатні кальцієві накипу відзначалися в подогревателях високого тиску і у водяних економайзерах.
Залізні накипу поділяються на залізоокисні, залізосилікатних і залізофосфатні. Залізоокисний відклади утворюються в парових котлах, поживних магістралях, зворотних кондесаторопроводах, трубопроводах очищеної води. Залізофосфатні відкладення, як і мідні, накипу зустрічаються в парових котлах.
Теплопровідність накипу в десятки, а часто в сотні, разів менше теплопровідності сталі з якої виготовлені теплообмінники. Тому навіть найтонший шар накипу створює велике термічний опір, що призводить до перегріву труб і їх розриву [3].
Тверді відкладення, що утворюються на внутрішніх стінках труб парових котлів, пароперегрівачів, випарників та інших теплообмінних апаратів, в яких відбувається випаровування і нагрівання води, містять ті чи інші солі.
Основним компонентом відкладень в даний час в парасіловом господарстві є мідь і оксиди заліза з більш-менш значною домішкою кремнієвої кислоти і окислів цинку. У котлової воді звичайно присутні різні сполуки кальцію: СаSО 4, CaSiO 3 та інші, які розпадаються у водному розчині на іони Са 2 +, SiO 3 -.
Це розширення видів накипформування вказує на зв'язок між процесами корозії живильного тракту і конденсатних трубок з одного боку, і накіобразователем з іншого. Виникнення залізних і мідних накипу в парогенераторах не лише призводить до утворення отдулін і свищів, але викликає корозію металу.
1.2 з допомоги ОЧИЩЕННЯ
Освіта накипу попереджається попередньою хімічною обробкою води, що надходить в котли та теплообмінники [4], проте не дивлячись на ці заходи утворення накипу все одно відбувається. Видаляють накип механічним і хімічним способами або комбінованими [5].Відомі способи очищення теплообмінних труб випарних апаратів від накипу шляхом обробки її соляною кислотою з додаванням до неї інгібіторів наприклад, уротропіну. Однак, застосування таких інгібіторів при соляно-кислотному способі очищення нераціонально, так як процес видалення накипу з поверхні нагрівання випарного апарату ведеться при температурі відповідної встановленому температурному режиму (75-125єС). Крім того, ці присадки внаслідок їх розкладу при підвищенні температури та коагуляції у присутності іонів заліза не оберігають метал від наводоражіванія та міжкристалічної корозії. Для запобігання таких наслідків, а також прискорення процесу очищення як інгібітора використовується суміш, що складається з хлориду тріметіламнімонія, йодиду калію і формаліну. Кількість хлориду тріметіламнімонія перебуває 1,5 - 5,0 г / л формаліну 30 - 50 мл / л і йодиду калію - 0,5 - 1,0 г / л [5].
Термічно інертні відкладення органічного походження видаляють шляхом промивання кислими водними розчинами, потім прогрівають до температури 300-500єС, продувають кисневмісним газом до повного їх окислення, а що залишилися відкладення неорганічного походження видаляють повторної промиванням кислотними розчинами [5].
Розглянемо докладніше технологію цього способу. Спочатку промиванням кислими водними розчинами видаляється розчинна частина відкладень - железооксідних, фосфатних і карбонатних. Найбільш раціонально застосування 3-4 відсоткового розчину соляної кислоти (ингибированной) при температурі 65-70єС. Решта нерозчинні термічно інертні відкладення прогріваються перегрітою парою до температури 300-500єС, після припинення подачі пари продуваються повітрям або чистим киснем протягом 1-1,5 години з розрахунку 8-12 м 3 повітря або 1-1,5 м 3 кисню на 1 кг вуглевмісних відкладень, при цьому відбувається вигоряння останніх. Залишок розчинних відкладень віддаляється повторної промиванням 2-3 відсоткової соляної інгібіторної кислотою при температурі 55-60єС або іншими кислотними розчинами.
У більшості виробництв на теплообмінних поверхнях апаратів на основі карбонатної накипу утворюються багатокомпонентні відкладення, не розчиняються в розчинах сірчаної кислоти. Недоліком способу є також додаткові витрати хлориду натрію NaCl не беруть участь в основної хімічної реакції - розчиненні карбонатної накипу. Через необхідність багаторазового повторення процесу розчинення зважаючи на малу розчинювальною здатності розчину сірчаної кислоти збільшується тривалість процесу [4].
Відомий спосіб очищення теплообмінників від карбонатної накипу потоком миючого розчину, у який попередньо вводять кислоту і піноутворювач, причому відношення об'ємних частин стисненого повітря, що подається імпульсом і миючого розчину підтримується в межах від 1:5 до 1:2 [4].
У глиноземному виробництві найбільш економічним і прийнятним в даний час є кислотний спосіб очищення. Використовується сірчана, соляна, фосфорна щавлева кислоти, а також суміш щавлевої і фосфорної кислот, причому остання є найефективнішою для повного розчинення накипу при температурі 60єС протягом 5 хвилин при концентрації 5% [5].
Для видалення органічних відкладення з поверхні обладнання можуть застосовуватися склади на основі трилону Б (5-10 г / л) у поєднанні з лимонною або винною кислотою (по 5-10 г / л) або суміш двох останніх. В якості інгібітора корозії рекомендується 2-мерноптобезтазол в концентрації 1 г / л і 0,17 г / л відповідно [5].
Для очищення проточної частини турбіни від відкладень запропоновано ряд методів. Випробуваний метод очищення з допомогою гідразину. Цей спосіб застосовано вперше на турбіні надвисокого тиску (малої потужності), а згодом на блоці Н-300-240. Очищення турбіни від відкладень проводилася вологою парою (5%) "на ходу" при зниженні потужності [4]. Гідразин очищення проточної частини турбіни може бути використана у всіх випадках, коли очікуються відкладення окисних сполук і розчинних солей. Для очищення турбіни від відкладень металевої міді гідразин не використовується.
Розроблено спосіб очищення проточної частини турбіни від металевої міді аміачними розчинами карбонату амонію з наступною обробкою поверхні сірчаної кислотою, яка містить гідразин [4].
Аналогічний метод очищення турбіни на основі застосування бікарбонату амонію і окислювачів при рН ≈ 10 [4].
Промивання може бути також здійснено миючим розчином при роботі валоповоротного пристрої, температура розчину 90 - 95 ° С рН ≈ 10. Розчин складається з суміші генсаметафосфата натрію 2-5%, соди 2-5%, персульфата амонію 0,5%.
Для вирішення завдань за кордоном пропонуються два нових методи передпусковий очищення: слабким 0,0001% розчином сірчаної або соляної кислоти з гідразином та 3% розчином лимонної кислоти [4]. Лимонна кислота утворює з іонами заліза, розчиненими у воді комплекс, який не руйнується при підвищенні значень рН з 4 до 8, тобто стійкий під час водних отмивок і навіть при луження. Таким чином, при промиванні лимонною кислотою всі оксиди заліза переходять у розчин, а потім скидаються з котла.
При використанні розчинів гідразину, підкисленого сірчаної або соляної кислотою, ефект очищення досягається за рахунок активізації розчинів підігрівом до 100 - 120 ° С. Дія гідразину, що утворює захисну плівку на очищеній поверхні, доповнюється регенерацією частини кислоти, крім того, за деякими даними гідразин відновлює оксиди заліза і тим сприяє їх розчиненню [4].
Застосування ж слабких розчинів кислот усуває небезпеку протрави металу через залишення розчину в застійних зонах і, отже, дозволяє розширити сферу передпусковий очищення, тобто включити в промивальний контур живильної системи від деаератора до котла, а також пароперегрівачі.
Проведено дослідження для встановлення оптимальних умов хімічного очищення обладнання для вибору ефективних пасиватором. Досліди проводилися з 5% ингибированной соляною кислотою, зі слабкими розчинами кислоти, що містить гідразин-гідрат з розчинами гідразин-сульфат (рН ~ 3,5), розчинами лимонної і оцтової кислоти.
Найбільш ефективна відмивання зразків від іржі і окалини спостерігалася при застосуванні соляної, 3% щавлевої і 3% лимонної кислот. Органічні кислоти утворюють добре розчинна оксалатних і цитратні комплекси заліза, не руйнуються при підвищенні значення рН розчину до 8,0 -8,5, а також при виділенні в розчин окислювачів і відновників. Це дозволяє наступні стадії хімічної очистки вести без видалення кислотного розчину. Ефективність очищення щавлевою кислотою ефективніше, ніж лимонної.
У результаті проведення літературного огляду можна зробити висновок, що наведені в літературі дані не є об'єктивними: відсутній порівняльний аналіз методів очищення. Наведені реагенти недоступні для широкого домашнього використання.
2. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ
2.1 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ОСВІТИ НАКИПУ І ВІДКЛАДЕНЬ
Найбільш характерними режимними чинниками впливають на процес накипформування є гідродинаміка, лужність та газосодержание підігрітого розчину. Вплив температури на накипоутворення в чистих водних і промислових розчинів різна [5]. Найбільш сильно впливає на процес накипформування властивості використовуваної води. Сукупність властивостей води, обумовлена наявністю в ній присутністю в ній різних солей: переважно катіонів Са 2 + (кальцієва жорстка вода) і Мg 2 + (магнієва жорстка вода). Сума концентрації Са 2 + і Мg 2 + називають жорсткістю води [6]. Перша викликана присутністю у воді гідрокарбонатів Са і Мg [при кип'ятінні розкладаються на СаСO 3 та Мg (ОН) 2 з виділенням СО 2], друга - наявністю сульфатів, хлоридів, силікатів, нітратів, фосфатів цих металів. Одним з можливих джерел цих солей є гірські породи (вапняки, доломіт), які розчиняються в результаті контакту з природною водою та грунти. Жорсткість води виражається в мг-екв / л: карбонатна жорсткість відповідає тій частині катіонів Са 2 + і Мg 2 +, кратна еквівівалентна містяться у воді аніонівПідвищена жорсткість сприяє посиленому утворенню накипу в парових котлах, опалювальних приладах і побутової металевому посуді, що значно знижує інтенсивність теплообміну, призводить до великих витрат палива і перегріву металевих поверхонь [4].
Вода, що застосовується в промисловості, як правило, містить глину, пісок і суспензії - близько 8-19 мг / л, органічні речовини (водорості, колоїди, гумінові речовини з родючого грунту - близько 5 мг / л), солі - земельних металів (натрій , калій (4-15 мг / л)), солі жорсткості (кальцій, магній, силікати - 8-95 мг / л), розчинений кисень (5-12 мг / л), вуглекислий газ (100-700 мг / л) .
Головним накіпеобразователем є Са 2 + і Мg 2 +, утворюються спочатку гідрокарбонати, а потім нерозчинні карбонати цих металів.
Гіпс кристалізується з природної води у вигляді двогідрату сульфату кальцію СаSО 4 · 2Н 2 О. При підігріві до 100єС він переходить в менш розчинну полугидрат СаSО 4 · 0,5 Н 2 О, а при підвищенні температури до
130єС - у ще менш розчинний СаSО 4.
При кип'ятінні гідрокарбонати переходять в малорозчинні карбонати:
Са (НСО 3) 2 → СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О
Мg (НСО 3) 2 → МgСО 3 + СО 2 + Н 2 О
Чим інтенсивніше нагрівання, тим інтенсивніше йдуть ці реакції. Зміст Са (НСО 3) 2 в розчині підвищується при порушенні технологічного режиму, а також залежить від рН розчину. Гідрокарбонати кальцію в розчинах перебувають у нестабільному стані і будь-який зовнішній вплив прискорює кристалізацію гідрокарбонатів.
Таблиця 2.1 - Зміст Са (НСО 3) 2 в розчині після нагрівання (%)
| Час, хвилин | 75 єС | 90 єС | 100 єС помірно | 100 єС інтенсивно |
| 5 | 85 | 45 | 33 | 9 |
| 10 | 68 | 27 | 10 | 4 |
| 15 | 57 | 25 | 4 | 3 |
| 20 | 47 | 23 | 3 | 3 |
| 30 | 35 | 20 | 2,3 | 2,3 |
| 40 | 30 | 17 | 2,3 | 2,3 |
Гідрокарбонати магнію ведуть себе аналогічно Са (НСО 3) 2, але розкладання на малорозчинні карбонат і оксид вуглецю (ІІ) йде в півтора рази повільніше. У певних фізико-хімічних умовах Мg (НСО 3) 2 переходить в важкорозчинний гідроксид - Мg (ОН) 2.
Карбонати СаСО 3 та МgСО 3 ведуть себе по-різному. Так при підвищенні температури, але при постійному тиску їх розчинність зменшується, а при підвищенні температури і тиску розчинність різко збільшується (табл. 2.2), причому МgСО 3 розчиняється інтенсивніше, ніж СаСО 3, а при високих температурах розчину він гідролізується і втрачаючи СО 2 переходить в Мg (ОН) 2 [5].
Таблиця 2.2 - Залежність розчинності карбонатів від зміни температури і тиску
| Температура, єС | Тиск, МПа | Розчинність, мг / л | |
| СаСО 3 | МgСО 3 | ||
| 50 | 0,05 | 15,0 | 10,0 |
| 100 | 0,10 | 17,0 | 20,0 |
| 150 | 0,50 | 21,7 | 25,0 |
| 175 | 0,90 | 23,6 | 29,7 |
| 200 | 1,60 | 25,5 | 35,5 |
Залізо концентрується в котельній воді в меншій мірі ніж легкорозчинні солі (хлориди, сульфати, натрій і т.д.), внаслідок того, що значна частина його витрачається на освіту накипу.
Процес залізоокисного накипформування не залежить від швидкості утворення мідних відкладень. Швидкість кожного з них визначається величиною теплового навантаження. При цьому швидкість відкладення міді істотно менше швидкості відкладення залізоокисних сполук. Це підтверджено дослідженнями результати яких наведені в таблиці 2.3.
Залізоокисний накипоутворення має місце і при поверхневому кипінні, приймемо швидкість його при цьому залежить від недогріву рідини до кипіння. При збільшенні недогріву зменшується швидкість накипформування. У відсутність поверхневого кипіння процес утворення залізоокисних відкладень припиняється.
Таблиця 2.3 - Вплив міді на швидкість утворення залізоокисних відкладень q = 350 кВт / м 2 [300Мкал / (м 2 год)]; З Fe = 5 мг / кг, РО 4 3 - = 100 мг / кг, рН = 10,8
| Концентрація міді, мг / кг | Характеристика відкладень | |||
| Кількість заліза, мг | Швидкість відкладення заліза, мг / (см 2 год) | Кількість міді, мг | Швидкість отло-вання міді, мг / (см 2 год) | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Сліди | 3,5 | 0,0188 | 0,02 | 0,0001 |
| 0,05 | 3,2 | 0,172 | 0,12 | 0,0005 |
| 0,5 | 3,7 | 0,0199 | 0,19 | 0,0010 |
| 5 | 3,4 | 0,0185 | 0,27 | 0,0014 |
| 10 | 3,6 | 0,0193 | 0,29 | 0,0015 |
| 15 | 3,8 | 0,0200 | 0,32 | 0,0017 |
Передача тепла супроводжується виникненням на мікроділянки найбільш теплонапружених поверхні нагрівання підвищення концентрації електронів. Величина створеного при цьому потенціалів визначається тепловим навантаженням. Позитивно заряджена частина оксидів заліза повинна осідати в цьому випадку на негативно заряджених частинах поверхні нагрівання й закріплюватися на них. Швидкість прикипання частинок залежить як від вмісту заліза у воді, так і від величини теплового навантаження поверхні.
На деяких електростанціях, що працюють при тиску пари 98 · 10 5 Па, спостерігалися випадки освіти залізофосфатні відкладень, до складу яких входять натрій, двовалентне залізо і фосфорна кислота, в кількості відповідає формулі NaFePO 4. Освіта накипу такого складу пов'язане зі значною концентрацією заліза і фосфатів в котельній воді при нестачі її лужності.
Високий вміст кремнієвої кислоти в питній і котельні воді у поєднанні зі значними місцевими тепловими навантаженнями поверхні нагрівання або погіршеної циркуляцією викликає утворення алюмосилікатних і залізоокисних накипу. Вони мають склад типу:
- Натроліта (NaО 2 · Al 2 O 3 · 3SiO 2 · 2H 2 O)
- Анальциму (NaО 2 · Al 2 O 3 · 4SiO 2 · 2H 2 O)
- Нозеліта (4NaО 2 · 3Al 2 O 3 · 6SiO 2 · SO 3)
- Аніліта (NaО 2 · Fe 2 O 3 · 4SiO 2).
Освіта каменю може бути наслідком наступних процесів:
1. Кристалізації речовин на поверхні нагрівання;
2. Прилипання або налипання твердих частинок речовин;
3. Випадання легкорозчинних солей і різних складних сполук з концентрованої котлової води;
4. Утворення відкладень, що складаються з продуктів корозії.
Накип може виділятися з води при її нагріванні або кипінні; виникати внаслідок корозійного впливу води або розчинених у ній домішок на метал; виділятися з пари при його перегріві і з води при випаровуванні.
2.2 ВПЛИВ ХАРАКТЕРУ ПОВЕРХНІ НА ОСВІТУ НАКИПУ І ВІДКЛАДЕНЬ
Розгляд процесу накипформування проведемо стосовно кальцієвим сполукам, з урахуванням того, що в переважній більшості води вміст кальцію звичайно перевищує вміст магнію. Необхідно, однак, відзначити, що для магнію основою накипформування є гідроокис магнію, що володіє малою розчинністю, в той час як гідроокис кальцію має велику розчинність і накіпеобразователем не є.
По різному поводяться і силікати Са і Мg: перший - накіпеобразователь, а другий - ні. Швидкість утворення кальцієвої і магнієвої накипу значна і залежить від концентрації накіпеобразователя і величини місцевої теплової навантаження поверхні нагрівання. У широкому інтервалі змін величини рН (від 7 до 11) вона може бути описана рівнянням:
А (Са + Мg) → 1,3 · 10 -13 С (Са + Мg) q 2,
гдеА (Са + Мg) - швидкість утворення відкладень кальцію і магнію, мг / (см 2 год);
q - величина теплового навантаження поверхні нагрівання, Вт / м 2;
С (Са + Мg) - концентрація кальцію і магнію у воді, мг / кг.
Вплив теплового навантаження на процес випадіння солей жорсткості на поверхню нагріву вказує на спільність процесів утворення різного виду накипу. Швидкість відкладення в усіх випадках визначається одним і тим же фактором - місцевої температурної навантаженням.
Виникнення мідних накипу пов'язано з відновленням іонів міді за схемою:
Cu 2 + + Fe → Fe 2 + + Cu ¯
Як випливає з рівняння Нернста, практично за будь-якої концентрації іонів міді в розчині повинне протікати її виділення на залозі. Залишковий, рівноважна концентрація міді в системі Cu / Fe дуже мала і становить
0,16 · 10 -31 молей при 25єС.
У питній і котлової воді електростанцій вміст міді звичайно становить соті і тисячні частки мг / кг, тобто 10 -7 - 10 -8 молей. Хоча ці величини в багато разів перевершують рівноважну концентрацію міді, виділення металевої міді, як правило, не відбувається ні в питних трубопроводах, ні в економайзерах, ні навіть на значній частині поверхні нагрівання парогенератора.
Та обставина, що металева мідь виділяється лише на деяких, відносно незначних за величиною ділянках поверхні нагріву, пов'язано з тим, що основною причиною цього процесу, є не термодинамічна можливість його протікання, а наявність різниці потенціалів між окремими ділянками поверхні металу. Значення цієї різниці не повинно бути достатньо великим, щоб міг протікати процес електролітичного виділення міді при даній концентрації її іонів у розчині.
Крім електрохімічного виділення металевої міді можна припустити дію і інших механізмів, наприклад, редукцію міді з його сполук різними відновниками. Речовин здатних відновлювати мідь до металевого стану з розчинів відомо чимало. При кімнатній температурі і при нагріванні до кипіння, мідь здатні відновлювати: гідразин, вуглеводи і багато органічних речовин, що мають подвійну або потрійну зв'язок між вуглецевими атомами. Очевидно, що при високій температурі активність цих відновників повинна підвищитися одно, як зростає і кількість речовин, здатних відновлювати мідь. Атомарний водень, що виділяється в результаті переходу закису заліза (Fe 3 О 4) або взаємодії води з залізом, також може служити відновником міді. Однак якщо б освіта мідних накипу є наслідком тільки впливу відновника, то важко було б пояснити принципи настільки чіткої локальності виділення міді. Локальність виділення міді і чітка залежність місць її виділення від теплового навантаження свідчить про те, що це електрохімічний процес.
Джерелом залізоокисних накип на парогенераторні поверхні нагрівання є вносяться з питною водою оксиди заліза, що утворилися в результаті корозії елементів парогенератора. Швидкість процесу збільшується пропорційно зростанню іонізованого заліза в розчині. Відкладення заліза відбувається в окремих точках - центрах кипіння. Найбільш чітко грудкуватість відкладень заліза можна спостерігати при порівняно невеликому вмісті заліза в розчині; в цьому випадку поверхня нагріву покрита невеликими окремими горбками накипу. При збільшенні вмісту заліза розмір горбків збільшується і вони зливаються один з одним.
На основі цих дослідів запропонована наступна емпірична формула для розрахунку швидкості железоокіслого накипформування.
А Fe → 5,7 · 10 -14 · З Fe · q 2,
гдеА Fe - швидкість, мг / (см 2 год);
q - теплове навантаження поверхні нагрівання, Вт / м 2;
З Fe - концентрація заліза у воді, мг / кг.
2.3 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ РЕАКЦІЙ РЕАГЕНТІВ з накипом
Процес хімічного очищення розчинами гідразин-сульфат і кислоти або розчинами гідразину і кислоти нам [4] представляється наступним чином: гідразин-сульфат при розчиненні у воді утворює сірчану кислоту.
N 2 H 4 · H 2 SO 4 + H 2 O → N 2 H 4 · H 2 O + H 2 SO 4
6Fe 2 O 3 + N 2 H 4 · H 2 O → 4Fe 3 O 4 + N 2 + 3H 2 O
Завдяки цьому відбувається часткове руйнування окалини при збільшенні її об'єму перехід Fe 2 O 3 в Fe 3 O 4. Cерная кислота розчинить утворюються закис-окис заліза, а також оксиди заліза.
Fe 3 O 4 + 4H 2 SO 4 → FeSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 +4 H 2 O
Fe 2 O 3 +3 H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
Гідразин-гідрат відновлюється в розчині Fe (III) до Fe (II):
2Fe 2 (SO 4) 3 + N 2 H 4 · H 2 O → 4FeSO 4 + 2 H 2 SO 4 + N 2 + H 2 O
При розчиненні накипу в середовищі сірчаної кислоти процес розчинення карбонатної накипу описується рівнянням [4]:
CaCl 2 + H 2 SO 4 + 2NaCl → CaCl 2 + NaSO 4 + CO 2 + H 2 O
Однак такий спосіб очищення не виключає утворення вторинних сульфатних відкладів, процес утворення яких описується рівнянням:
CaCl 2 + H 2 SO 4 + 2H 2 O → Ca SO 4 · 2H 2 O + 2HCl
Двоводний сульфат кальцію утворюється поверх шару карбонатної накипу СаСО 3 і перешкоджає її повного розчинення, сильно сповільнюючи процес розчинення.
Розчинення вуглекислих солей кальцію і магнію соляною кислотою протікає за рівнянням:
Са (НСО 3) 2 + 2 HCl → CaCl 2 + СО 2 + Н 2 О
Мg (НСО 3) 2 + 2 HCl → MgCl 2 + СО2 + Н 2 О
Фізико-хімічні основи процесів розчинення накипу і відкладень визначаються видом утвореної накипу і відкладень. У таблиці 2.4 наведені різні види відкладень які можуть утворюватися в пароводяному циклі.
Таблиця 2.4 - Фазовий склад відкладів
| Назва відкладення, що утворюються в пароводяної середовищі | Формула |
| Гідроксилапатит | Ca 5 [OH (PO 4) 3] |
| Вольво | (Fe 2 +, Mn 2 +) 2 [OH / PO 4] |
| Арроядіт | Na 2 (Fe 2 +, Mn 2 +) 5 [PO 4] |
| Карбонат гідроксилапатит | Ca 5 [OH] (PO 4, CO 3 OH) 3 |
| Триплоїди | (Mn 2 +, Fe 2 +) 2 [OH / PO 4] |
| Al PO 4) · 2H 2 O Cu 3 (PO 4) · 2H 2 O | |
| Mg 3 (PO 4) 2 K 3 PO 4 MgHPO 4 Na 3 PO 4 | |
| Na 4 P 2 O 7 · 12H 2 O Fe - Mn - фосфат | |
Ca - Mg = Fe - фосфат | |
| Fe - Ca - Na - фосфат Na - Al - фосфат | |
| Fe 3 +, PO 4 · 2H 2 O - фосфат | |
| Fe - гідроксилапатит | |
| Na - Fe - гідроксилапатит | |
| Магнетит | Fe 3 O 4 |
| Основний оксид | FeOOH |
| Делафоссіт | CuFeO 2 |
| Бріс | Mg (OH) 2 |
| Кристобалит | SiO 2 з включенням K-Fe MnO |
| Кальціст | CaCO 3 |
| Купрій | Cu 2 O |
| Силікат заліза | Fe 2 O 3 · 6SiO 2 · Na 2 O |
3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
3.1 МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
В основі методики проведення експерименту лежить вимірі зміни маси зразка з плином часу і візуальне спостереження за процесом очищення. Експеримент проводився на лабораторній установці зображеної на малюнку 3.1.SHAPE \ * MERGEFORMAT
1 |
2 |
3 |
Рис. 3.1 - Схема лабораторної установки |
На малюнку 3.1 зображена схема лабораторної установки, яка представляє собою скляний циліндричний посудину з прозорого скла, в яку опущено термометр. Опущений термометр служить для спостереження за температурою в процесі очищення.
Порядок проведення експерименту:
1. Приготувати розчин кислоти, заданої концентрації.
2. Залити розчин кислоти у склянку.
3. Зважити зразок на аналітичних вагах.
4. Заміряти температуру розчину в склянці.
5. Кинути зразок у розчин і засікти час.
6. По закінченню часу вимкнути секундомір і витягнути зразок, заміривши температуру розчину.
7. Потім промити зразок у дистильованій воді, просушити і зважити і зважити на аналітичних вагах.
Деякі кислоти з плином часу після видалення накипу починають роз'їдати метал, тобто почнуть коррозіровать його. У разі ж видалення накипу з емальованої поверхні, наприклад, у домашніх умовах очищення чайника, реагент не буде реагувати з поверхнею, так як вона захищена емаллю. Тому для неемальованих поверхонь необхідно вибирати чітко фіксованою час очищення, або вибір реагенту буде на користь того, який очищають поверхню більш повільно, при цьому не взаємодіє з поверхнею металу. Результати досліджень очищення поверхні від накипу в середовищі різних реагентів при температурі навколишнього середовища приведені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Вивчення процесу очищення поверхонь від накипу при температурі навколишнього середовища
Втрати при очищенні обчислювали за формулою:
гдеG 1 - маса накипу перейшла в розчин, г;
G 2 - початкова маса зразка, м.
З розрахунків, наведених вище видно, що краще за всіх накипу очищає: HNO 3, H 3 PO 4, HCl і CH 3 COOН. Для вивчення швидкості очищення в залежності від температури і від концентрації реагенту проводили повторні дослідження з вивчення очищення в середовищі HNO 3, H 3 PO 4 і HCl.
3.3 ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ І КОНЦЕНТРАЦІЇ КИСЛОТ НА ШВИДКІСТЬ ОЧИЩЕННЯ
Вивчення впливу концентрації на швидкість очищення проводилося на тій же лабораторній установці наведеної на малюнку 3.1. Результати досліджень наведені в таблиці 3.2
Таблиця 3.2 - Результати досліджень впливу концентрацій кислот на процес очищення поверхонь від накипу при температурі навколишнього середовища
Втрати при очищенні розрахуємо за формулою наведеною вище.
На підставі отриманих експериментальних даних я зробила висновок: для очищення в промислових умовах для найбільш ефективного очищення, при звичайній температурі, доцільно застосовувати розчин азотної кислоти, а для домашнього використання - розчин соляної кислоти з причини того, що вона менш токсична, ніж азотна. Тому процес очищення при підвищенні температури вивчимо для розчину соляної кислоти.
Вивчення процесу очищення при підвищеній температурі для соляної кислоти проводилося на установці зображеної на малюнку 3.1. Для підтримки підвищеної температури вона була поміщена в термостат з електронагрівом. Результати досліджень представлені в таблиці 3.3.
Таблиця 3.3 - Результати досліджень впливу температури на процес очищення поверхні від накипу в середовищі соляної кислоти
Втрати при очищенні обчислимо за формулою наведеною вище:
\ S
Рис. 4.1 - Залежність швидкості очищення від концентрації азотної кислоти.
\ S
Рис. 4.2 - Залежність швидкості очищення від концентрації соляної кислоти.
\ S
Рис. 4.2 - Залежність швидкості очищення від концентрації ортофосфорної кислоти.
Аналізуючи графіки залежностей можна зробити такі висновки: збільшення концентрації азотної кислоти буде сприяти збільшенню швидкості розчинення накипу. У залежності швидкості розчинення для соляної кислоти имееет місце мінімум в області приблизно 4% масових. Збільшення концентрації вище 4% сприяє збільшенню швидкості розчинення. Для фосфорної кислоти спостерігається зворотна залежність, коли із зростанням концентрації кислоти швидкість очищення знижується, це може пояснюється тим, що при взаємодії солей кальцію з ортофосфорної кислотою відбувається утворення фосфатів кальцію, які утворюють на поверхні нерозчинну плівку.
\ S
Рис. 4.4 - Залежність швидкості очищення соляної кислоти від температури.
З графіка залежності видно, що при збільшенні температури від кімнатної до 40 ° С відбувається незначне збільшення швидкості очищення, а при збільшенні швидкості від 40 ° С до 50 ° С відбувається різке збільшення швидкості очищення. Тому для збільшення швидкості очищення її потрібно проводити при підвищеній температурі.
50 ° С спостерігається різке збільшення швидкості очищення тому в домашніх умовах для очищення емальованих поверхонь доцільно застосовувати розчин соляної кислоти при підвищеній температурі. Для промисловості також доцільно застосовувати соляну кислоту при підвищеній температурі.
2. Малькина М.М. Фізико-хімічні процеси в паровому циклі електростанцій. - М.: "Енергія", 1997.
3. Велика радянська енциклопедія том 17 під редакцією А. М. Прохорова. - М.: "Радянська Енциклопедія", 1974.
4. Хімічні очищення котлів та їх поживних трактів. - М.: БТІ 1963.
5. Богорош А.Т. Питання накипформування. - К.: "Вища школа", 1990.
6. Хімічна Енциклопедія том 2 під редакцією І. Л. Кнунянц. - М.: "Радянська Енциклопедія", 1990.
4. Заміряти температуру розчину в склянці.
5. Кинути зразок у розчин і засікти час.
6. По закінченню часу вимкнути секундомір і витягнути зразок, заміривши температуру розчину.
7. Потім промити зразок у дистильованій воді, просушити і зважити і зважити на аналітичних вагах.
3.2 ШВИДКІСТЬ ОЧИЩЕННЯ ДЛЯ РІЗНИХ РЕАГЕНТІВ
Для різних кислот характерна різна швидкість очищення поверхонь від накипу. Це може пояснюватися різною силою кислот і фізико-хімічними процесами перебігають в розчині і на поверхні накипу.Деякі кислоти з плином часу після видалення накипу починають роз'їдати метал, тобто почнуть коррозіровать його. У разі ж видалення накипу з емальованої поверхні, наприклад, у домашніх умовах очищення чайника, реагент не буде реагувати з поверхнею, так як вона захищена емаллю. Тому для неемальованих поверхонь необхідно вибирати чітко фіксованою час очищення, або вибір реагенту буде на користь того, який очищають поверхню більш повільно, при цьому не взаємодіє з поверхнею металу. Результати досліджень очищення поверхні від накипу в середовищі різних реагентів при температурі навколишнього середовища приведені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 - Вивчення процесу очищення поверхонь від накипу при температурі навколишнього середовища
| Реагент | Обсяг реагенту | Температура, єС | Маса зразка до очищення, м | Маса зразка після очищення | Час реагування | Втрати при очищенні,% |
| H 2 SO 4 5,9% | 75 | 21 | 0,2805 | 0,2649 | 90 | 5,56 |
| HNO 3 4,14% | 75 | 21,5 | 0,3050 | 0,3050 | 25 | 100 |
| C 2 H 4 O 2 4,1% | 75 | 21 | 0,2781 | 0,0378 | 90 | 86,41 |
| H 3 PO 4 7,5% | 75 | 21,5 | 0,1873 | 0,1873 | 15 | 100 |
| HCl 4,6% | 75 | 21,5 | 0,1616 | 0,1616 | 22 | 100 |
гдеG 1 - маса накипу перейшла в розчин, г;
G 2 - початкова маса зразка, м.
З розрахунків, наведених вище видно, що краще за всіх накипу очищає: HNO 3, H 3 PO 4, HCl і CH 3 COOН. Для вивчення швидкості очищення в залежності від температури і від концентрації реагенту проводили повторні дослідження з вивчення очищення в середовищі HNO 3, H 3 PO 4 і HCl.
3.3 ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ І КОНЦЕНТРАЦІЇ КИСЛОТ НА ШВИДКІСТЬ ОЧИЩЕННЯ
Вивчення впливу концентрації на швидкість очищення проводилося на тій же лабораторній установці наведеної на малюнку 3.1. Результати досліджень наведені в таблиці 3.2
Таблиця 3.2 - Результати досліджень впливу концентрацій кислот на процес очищення поверхонь від накипу при температурі навколишнього середовища
| Реагент | Концен-трації кислоти,% | Обсяг реагенту, см 3 | Температура, єС | Час реагування, хв | Маса зразка до очищення, м | Маса зразка після очищення, м | Втрати при очищенні,% |
| HNO 3 | 2,164 | 75 | 21,5 | 32 | 0,1917 | 0,1917 | 100 |
| 4,14 | 75 | 21,5 | 25 | 0,3050 | 0,3050 | 100 | |
| 9,43 | 75 | 21,5 | 17 | 0,3184 | 0,3184 | 100 | |
| HCl | 2,16 | 75 | 21,5 | 27 | 0,3342 | 0,3342 | 100 |
| 4,6 | 75 | 21,5 | 22 | 0,1616 | 0,1616 | 100 | |
| 5,61 | 75 | 21,5 | 3 | 0,2168 | 0,2168 | 100 | |
| H 3 PO 4 | 3,63 | 75 | 21,5 | 3 | 0,1684 | 0,1684 | 100 |
| 7,5 | 75 | 21,5 | 15 | 0,1873 | 0,1873 | 100 | |
| 11,538 | 75 | 21,5 | 10 | 0,1917 | 0,1917 | 100 |
На підставі отриманих експериментальних даних я зробила висновок: для очищення в промислових умовах для найбільш ефективного очищення, при звичайній температурі, доцільно застосовувати розчин азотної кислоти, а для домашнього використання - розчин соляної кислоти з причини того, що вона менш токсична, ніж азотна. Тому процес очищення при підвищенні температури вивчимо для розчину соляної кислоти.
Вивчення процесу очищення при підвищеній температурі для соляної кислоти проводилося на установці зображеної на малюнку 3.1. Для підтримки підвищеної температури вона була поміщена в термостат з електронагрівом. Результати досліджень представлені в таблиці 3.3.
Таблиця 3.3 - Результати досліджень впливу температури на процес очищення поверхні від накипу в середовищі соляної кислоти
| Обсяг реагенту, | Температура, єС | Час реагування, | Маса зразка до очищення, м | Маса зразка після очищення, м | Втрати при очищенні,% |
| 75 | 21,5 | 23 | 0,1616 | 0,1616 | 100 |
| 75 | 40 | 7 | 0,3623 | 0,3623 | 100 |
| 75 | 50 | 1 | 0,3277 | 0,3277 | 100 |
4. ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ
4.1 КІНЕТИЧНІ ЗАЛЕЖНО
Для побудови графіка кінетичної залежності побудуємо графік залежності швидкості очищення, в залежності від концентрації кислоти. Для цього швидкість очищення висловимо як масу речовини перейшов за одну хвилину. Для чого масу речовини перейшла в розчин розділимо на час за який вона перейшла. Графік залежностей прийме вигляд (рис.4.1 .- 4.3).Рис. 4.1 - Залежність швидкості очищення від концентрації азотної кислоти.
Рис. 4.2 - Залежність швидкості очищення від концентрації соляної кислоти.
Рис. 4.2 - Залежність швидкості очищення від концентрації ортофосфорної кислоти.
Аналізуючи графіки залежностей можна зробити такі висновки: збільшення концентрації азотної кислоти буде сприяти збільшенню швидкості розчинення накипу. У залежності швидкості розчинення для соляної кислоти имееет місце мінімум в області приблизно 4% масових. Збільшення концентрації вище 4% сприяє збільшенню швидкості розчинення. Для фосфорної кислоти спостерігається зворотна залежність, коли із зростанням концентрації кислоти швидкість очищення знижується, це може пояснюється тим, що при взаємодії солей кальцію з ортофосфорної кислотою відбувається утворення фосфатів кальцію, які утворюють на поверхні нерозчинну плівку.
4.2 ЗАВІСІВОСТЬ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ
Для побудови графіка кінетичної залежності побудуємо графік залежності швидкості очищення, в залежності від температури. Для цього швидкість очищення висловимо як масу речовини перейшов за одну хвилину. Для чого масу речовини перейшла в розчин розділимо на час за який вона перейшла. Графік залежностей прийме вигляд (рис.4.4).Рис. 4.4 - Залежність швидкості очищення соляної кислоти від температури.
З графіка залежності видно, що при збільшенні температури від кімнатної до 40 ° С відбувається незначне збільшення швидкості очищення, а при збільшенні швидкості від 40 ° С до 50 ° С відбувається різке збільшення швидкості очищення. Тому для збільшення швидкості очищення її потрібно проводити при підвищеній температурі.
4.3 ВИБІР ОПТИМАЛЬНОГО РЕАГЕНТ
З виконану роботи можна зробити висновок, що найбільш ефективно очищають поверхню розчини азотної, соляної і ортофосфорної кислот. З цих трьох кислот найбільш ефективно очищає розчин азотної кислоти. Азотна кислота характеризується своєю токсичністю, тому вона менш придатна для домашнього використання, а більше придатна для промисловості. Для ортофосфорної кислоти застосування її для промисловістю обмежена, так як в ортофосфорної кислоти буде утворюється нерозчинна фосфатна плівка. Для соляної кислоти концентрації більше 4,5% масових спостерігається різке збільшення швидкості очищення. При збільшенні температури від 40 ° С до50 ° С спостерігається різке збільшення швидкості очищення тому в домашніх умовах для очищення емальованих поверхонь доцільно застосовувати розчин соляної кислоти при підвищеній температурі. Для промисловості також доцільно застосовувати соляну кислоту при підвищеній температурі.
ВИСНОВКИ
У даній науково-дослідній роботі було проведено літературний огляд методів очищення поверхні від накипу і від відкладень, розглянуті питання накипформування. Проведено лабораторні дослідження з очищення поверхонь від накипу, як очищають реагентів були випробувані розчини сірчаної, оцтової, азотної, соляної і ортофосфорної кислот. Також були проведені дослідження по вивченню швидкості очищення в залежності від концентрації кислот і від температури. Після проведення роботи був зроблений вибір оптимального реагенту для очищення як для промислових умов так і для повсякденного життя.ЛІТЕРАТУРА
1. Інструкція по аналізу води, пари та відкладень в теплосилове господарстві. - М.: "Енергія", 1967.2. Малькина М.М. Фізико-хімічні процеси в паровому циклі електростанцій. - М.: "Енергія", 1997.
3. Велика радянська енциклопедія том 17 під редакцією А. М. Прохорова. - М.: "Радянська Енциклопедія", 1974.
4. Хімічні очищення котлів та їх поживних трактів. - М.: БТІ 1963.
5. Богорош А.Т. Питання накипформування. - К.: "Вища школа", 1990.
6. Хімічна Енциклопедія том 2 під редакцією І. Л. Кнунянц. - М.: "Радянська Енциклопедія", 1990.