Wykład 9 woda kotłowa.doc

Wykład 9                                                                      1

Woda kotłowa

1.Wstęp. Gramoatom, gramorównoważnik, roztwór normalny

Gramoatomem lub gramocząsteczką nazywana jest ilość (masa) substancji (pier­wiastka albo związku chemicznego), wyrażona w gramach, a równa jej masie ato­mowej lub cząsteczkowej. Tak więc na przykład gramoatom wapnia wynosi 40 g, zaś gramocząsteczka siar­czanu magnezu 120 g itp.

Gramorównoważnikiem nazywana jest taka ilość pierwiastka lub związku wyra­żona w gramach, która może się połączyć z 1 g wodoru lub go zastąpić.

Dla pierwiastków i jonów (atomów lub grup atomów obdarzonych ładunkiem elektrycznym) gramorównoważnik oblicza się przez podzielenie masy atomowej lub cząsteczkowej przez wartościowość danego pierwiastka lub jonu.

Pojęcie gramorównoważnika stosowane jest również w odniesieniu do związków chemicznych. Dla soli gramorównoważnik oblicza się dzieląc masę cząsteczkową przez liczbę atomów metalu i jego wartościowość.

Oprócz gramorównoważników stosowane są również jednostki tysiąc razy mniej­sze, czyli tak zwane miligramorównoważniki zwane również milivalami (mval); Ta ostatnia nazwa jest skrótem słowa milliequivalent, czyli milirównoważnik.

Roztwór normalny

Roztworem jednonormalnym (ln) nazywany jest taki roztwór, którego 1 litr za­wiera 1 gramorównoważnik danej substancji. Dla sporządzenia takiego roztworu należy zatem rozpuścić 1 gramorównoważnik danej substancji w takiej ilości wody destylowanej, by otrzymać 1 litr roztworu. W technologii wody kotłowej stosuje się najczęściej roztwory o mniejszym stężeniu, na przykład roztwory jednodziesięcionormalne (l/lOn). Roztwory takie uzyskuje się z roztworów normalnych dodając do l objętości roztworu normalnego 9 objętości wody destylowanej.

Przydatność stosowania roztworów normalnych lub n/p normalnych, gdzie p może być dowolnie obierane, wyjaśni następujący przykład:

Roztwór wodorotlenku sodu NaOH (masa cząsteczkowa 40) można zneutrali­zować przez dolanie kwasu solnego HCI (masa cząsteczkowa 36,5), przy czym zachodzi reakcja:

NaOH + HCI -+ NaCI + H20

Reakcja będzie całkowita, to znaczy w produktach końcowych nie będzie ani NaOH, ani HCI, jeżeli do' każdych 40 g NaOH zostanie dodane 36,5 g HCI. Załóżmy teraz, ze wykonywana jest analiza próbki wody o objętości V = 100 cm3 (ml), stanowiącej nieznany roztwór NaOH, przy czym dla zneutralizowania wodorotlenku sodu zuzyto 2 cm3 l/lOn roztworu kwasu solnego HCI. Gdyby ilość zużytego l/l0n kwasu HCI wynosiła 100 cm3, wówczas badany roztwór byłby również roztworem l/l0n, ponieważ tylko w takim przypadku ilości substancji reagujących ze sobą będą pozostawać do siebie w takim samym stosunku jak ich gramorównoważniki, a w razie związków jednowartościowych jak ich masy cząsteczkowe. Ponieważ dla zneutralizowania NaOH użyto ilości kwasu HCI 50 razy mniejszej, zatem badany roztwór musi być roztworem o pięćdziesięciokrotnie mniejszym

stężeniu od roztworu l/l0n, czyli roztworem 1/500n. Zatem zawartość NaOH w badanej próbce odpowiada 40/500 = 0,08 g/l = 80 mg/I. Ogólnie zatem, jeżeli dla zneutralizowania próbki wody o objętości V zużyto v cm3 roztworu 1/p normalnego, to zawartość analizowanego składnika w badanej próbce odpowiada jego zawartości w roztworze v/p V normalnym, czyli zawartości v G/p V [g/l], gdzie G jest gramorównoważnikiem analizowanego składnika.

Dla uproszczenia obliczeń, do analiz stosuje się zwykle roztwory 1/10 normalne (p = 10) i próbki o objętości V = 100 cm3• W takim przypadku ilość cm3 zużytego kwasu (l/l0n), pomnożona przez gramorównoważnik analizowanego składnika, określa jego zawartość w próbce wyrażoną w mg/l

2.Woda kotłowa

1.      woda surowa jest zanieczyszczona kwasami, solami, alkaliami, gazami, mułem, smarami itd.  Oczyszczanie wody. Przygotowanie wody do pracy w kotle: twardość wody, badanie wody na chlorki . Jednostki twardości wody

2.      powstawanie kamienia kotłowego: skład: CaSo4*2H2O,    CaSO4,     CaCO3,  Mg(OH)2,  MgCO3,  CaSiO3,  MgSiO3 oraz np. serpentyn, związki żelaza, glinu, związki organiczne i domieszki mechaniczne.

3.      wpływ kamienia na pracę kotła i systemu parowego: przegrzewanie ścian kotła i osłabienie wytrzymałości mechanicznej, co może spowodować nawet eksplozję kotła, nie wykorzystanie ciepła gazów grzejnych- nadmierne zużycie paliwa, obniżenie temperatury podgrzanej wody, zmniejszona wymiana ciepła w wymiennikach ciepła, obniżona wydajność kotła

Duża zawartość węglanów prowadzi do powstawania mułu (szlamu) kotłowego

Oczyszczanie wody:

Filtracja

Destylacja

Odgazowanie

Urabianie wody kotłowej , chemikalia,

Dodawanie wody do obiegu

Chemiczne właściwości wody

1.Twardość wody jest miarą ilości soli wapnia i magnezu rozpuszczonych w wodzie. Wielkość ta wyrażana jest w miligramorównoważnikach (milivalach) na 1 litr lub w stopniach twardości.

Twardości wody równej 1 mval/l odpowiada zawartość substancji wyrażona w mg/l równa jej miligramorównoważnikowi.  1 mval/dm3 = 0,1 n roztworu w litrze wody

1 stopień twardości niemiecki (1on)    odpowiada zawartości 10 mg tlenku wapnia (CaO) w 1 litrze wody lub 7,18 mg MgO  1on = 0,357 mval/dm3  lub 1 mval = 2.8on

1 stopień twardości francuski (1of) odpowiada zawartości 10 mg węglanu wapnia (CaO3) w 1 litrze wody

1 stopień twardości angielski (1oang) odpowiada zawartości 1 grana (0,065 g) węglanu wapnia (CaCO3)

   w 1 galonie angielskim (4,54 l) wody.

1 stopień twardości amerykański  (1oam) odpowiada zawartości 1 grana (0,065 g) węglanu wapnia (CaCO3)

   w 1 galonie amerykańskim (3,785 l) wody.

Ponieważ 1 mol CaO jest równoważny 1 molowi MgCO3 lub innego składnika więc podstawiając ciężary cząsteczkowe otrzymuje się, że 56 g CaO odpowiada 40 gramów MgO, 84 g MgCO3, 100 g CaCO3 itd. W związku z tym 1 on odpowiadają zawartości 7,18 mg MgO,  15 mg MgCO3,  17,9 mg CaCO3

Twardość wody węglanowa - obecność w wodzie kwaśnych węglanów, węglanów obojętnych oraz wodorotlenków wapnia i magnezu

Twardość niewęglanowa - obecność siarczany , chlorki i krzemiany wapnia i magnezu

Twardość całkowitą wody stanowi suma twardości wapniowej i magnezowej

Ze względu na rozpuszczone w wodzie sole rozróżnia się twardość wapniową, która tworzą wszystkie rozpuszczone sole wapnia i twardość magnezową spowodowaną solami magnezu. Ponadto rozróżnia się:

twardość przemijającą - woda traci ją po zagotowaniu a następne rozpadzie kwaśnych węglanów wapnia i magnezu w wyniku zupełnego odgazowania  wody podczas wrzenia

twardość trwałą - sole pozostałe w wodzie w stanie rozpuszczonym po zagotowaniu

twardość ogólną - suma wszystkich twardości