31.Przyczyny i skutki powstania kamienia kotłowego.

Kamień kotłowy powstaje w wyniku krystalizacji soli w wodzie kotłowej z chwilą gdy zostanie przekroczony stan nasycenia roztworu. Sole te mogą mieć dodatni bądź ujemny współczynnik rozpuszczalności. Przy dodatnim współczynniku, rozpuszczalności soli w wodzie rośnie ze wzrostem temperatury. Krystalizacja soli z roztworu o określonym stężeniu następuje przy obniżaniu temperatury ; wówczas bowiem roztwór staje się przesycony. Osady powstałe w ten sposób tworzą się w zimnych strefach kotła, przy czym charakteryzują się małą przyczepnością oraz małą twardością przez co są łatwe do usunięcia. Przy ujemnym współczynniku rozpuszczalności krystalizacja soli następuje przy wzroście temperatury i tworzy się trudny do usunięcia kamień kotłowy. Poza tym kamień kotłowy tworzy się przez:

-termiczny rozkład wodorowęglanu

Ca(HCO₃)₂ →CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ →MgCO₃↓ + CO₂ + H₂O

-odparowanie wody

Równania wytrącania się soli:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓+ 2 NaCl

CaCl₂ + Na₂SO₃ → CaSO₃↓+ 2 NaCl

32. Jakie substancje chemiczne są przyczynami twardości wody. Rodzaje twardości wody. Wyrazić w ^On i ppm CaCO₃ wodę o twardości 5 mval/dm³.

Twardość wody nadają jej rozpuszczone w niej sole, głównie wapnia i magnezu; zawartość soli innych metali, na przykład żelaza i manganu, jest na ogół znikoma. Twardość wody wynikająca z rozpuszczonych w niej soli wapnia nazywa się twardością wapniową, a pochodząca od soli magnezu – twardością magnezową. Twardość ogólna, bądź całkowita to suma twardości wapniowej i magnezowej. Biorąc pod uwagę rodzaje soli wapnia i magnezu rozróżnia się twardość węglanową (zwaną przemijającą), wywołaną głównie przez wodorowęglany, a rzadziej przez węglany, oraz twardość niewęglanową (dawniej zwaną stałą), spowodowaną przez inne związki, najczęściej chlorki i siarczany. Twardość węglanowa i niewęglanowa stanowi w sumie twardość ogólną.

5mval/dm³ wyrazić w ^On i ppm CaCO₃ :

1 mval/dm³ = 2,80 ^On 1 ^On = 0,357 mval/dm³

5mval/dm³ = 2,80 * 5 =14 ^On

5mval/dm³ = 5 *50 = 250 ppm CaCO₃

33.Na czym polega zmiękczanie wody. Przedstaw jedną z metod zmiękczania wody mającą w swym składzie: Ca(HCO₃)₂ ; Mg(HCO₃)₂; CaCl₂; MgSO₄.

Metody zmiękczania wody : a. fizyczne, b. termiczne, c. chemiczne, d. fizykochemiczne.

Wybór metody zależy przede wszystkim od jakości oraz ilości zanieczyszczeń w wodzie surowej, a następnie od jej przeznaczenia.

Chemiczne zmiękczanie wody polega na dodaniu do niej określonych chemikaliów, które powodują wytrącenie się jonów wapnia i magnezu w postaci trudno rozpuszczalnych związków. Najczęściej stosuje się węglan sodu, wodorotlenek sodu i sole sodu kwasu fosforowego.

Reakcje zmiękczania węglanem sodu:

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO_3(S) + 2NaHCO₃

Mg(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → MgCO_3(S) + 2NaHCO₃

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO_3(S) +2NaCl

MgSO₄ + Na₂CO₃ → MgCO_3(S) + Na₂SO₄

34. Rodzaje i skład osadów kotłowych; który z osadów i dlaczego jest najbardziej szkodliwy?

Powstawanie osadów – gdy w kotłach ogrzewamy wodę twardą, lub grzejemy powierzchnie chłodzone gorącą twardą wodą. Osad jest bardzo szkodliwy z punktu wykorzystania energii cieplnej, jak również groźną dla trwałości kotła i bezpieczeństwa pracy.

Osady krystaliczne - powstałe na powierzchniach grzejnych (kamień kotłowy).

Osady polikrystaliczne – bezpostaciowe na dnie kotła jako muł lub szlam.

I – kamień węglanowy 90% CaCO₃

II – kamień siarczanowy około 50% CaSO₄ niebezpieczny i szczególnie trudny do usunięcia twardy .

III –kamień krzemianowy CaSiO₃ ,Mg SiO₃ , SiO₃>20% - najgorszy, bo ma najmniejszy współczynnik przewodzenia ciepła.

35. Co oznacza wykładnik pH wody? Jakie pH mają roztwory obojętne, kwaśne, zasadowe?

Wykładnik pH to wykładnik stężenia jonów wodorowych:

pH= - log [H⁺]

W roztworze obojętnym wykładnik stężenia jonów wodorowych pH =7, w roztworach kwaśnych pH<7,a w roztworach zasadowych pH>7.Powyższe wynika z iloczynu jonowego wody. Obliczono, że jego wartość w temperaturze 22^OC wynosi 10^-14:

[H⁺]*[OH^-] = 10^-14 mol²/(dm³)²

36.Wpływ pH wody na procesy korozyjne i pienienia się wody kotłowej?

Odczyn wody wskazuje, czy jest ona kwaśna, obojętna czy zasadowa. Wielkość pH jest podstawą do określenia agresywności wody, która rośnie wraz ze spadkiem pH i jej zdolności do pienienia się, rosnącej wraz ze wzrostem pH. Wody o niskim pH mają właściwości korozyjne.

37. Jak się zmienia pH wody kotłowej przy zmianie temperatury? Jaką minimalną wartość pH może mieć ostudzona woda kotłowa?

Stwierdzono doświadczalnie, że minimalna wartość pH wody kotłowej, zapobiegająca występowaniu korozji kotła, wynosi 8,4. Aby zapobiec korozji, dąży się do zapewnienia wodzie kotłowej wartości pH między 10 a11, gdyż wartość pH spada wraz ze wzrostem temperatury co widać na wykresie:

38. Jakie związki chemiczne powodują alkaliczność wody? Rodzaje alkaliczności. Ujemne skutki zbyt niskiej i zbyt wysokiej alkaliczności.

Zasadowość (alkaliczność) wody oznacza obecność jonów wodorotlenowych OH^- , powodujących wartość pH > 7. Jony OH^- mogą pochodzić bezpośrednio od wolnych zasad, np. NaOH, KOH, Ca(OH)₂ w wyniku ich dysocjacji, lub też od soli słabych kwasów i mocnych zasad w wyniku ich hydrolizy (węglany i fosforany).

Do ilościowego określenia zasadowości służą dwie wartości:

-zasadowość wobec fenoloftaleiny p

-zasadowość wobec oranżu metylowego m

Zasadowość p określona jest ilością cm³ 0,1n roztworu kwasu solnego zużytego do miareczkowania 100cm³ wody w obecności kilku kropel fenoloftaleiny, która zmienia kolor z amarantowego na bezbarwny w momencie osiągnięcia pH = 8,3. Zasadowość całkowita m jest określona ilością cm³ 0,1n roztworu kwasu solnego zużytego do miareczkowania 100cm³ wody w obecności kilku kropli oranżu metylowego, zmieniającego zabarwienie z żółtego na pomarańczowe przy pH<4,5. Zasadowość wyraża się w mval/dm³.

Aby zapobiec korozji kotłowej oraz tworzeniu się piany w kotle, woda powinna mieć odpowiednią zasadowość, zależną od warunków pracy kotła. Jeżeli zasadowość wody kotłowej jest zbyt niska należy dodać substancji alkalizujących, natomiast przy zbyt wysokiej zasadowości należy kocioł szumować.

39. Równania reakcji zachodzących podczas oznaczenia alkaliczności wobec oranżu metylowego i fenoloftaleiny.

Wobec fenoloftaleiny:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl

Na₃PO₄ + HCl → Na₂HPO₄ + NaCl

Wobec oranżu metylowego:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Na₂CO₃ + HCl → NaHCO₃ + NaCl

Na₃PO₄ + HCl → Na₂HPO₄ + NaCl

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

Na₂HPO₄ + HCl → NaH₂PO₄ + NaCl

40. Dlaczego cząsteczki koloidalne, tlen, dwutlenek węgla są niepożądanymi składnikami wody kotłowej?

Układy koloidalne = ośrodek dyspersyjny (woda) + faza rozproszona.

Obecność zanieczyszczeń koloidalnych w kotle powoduje:

-pienienie się wody

-tworzenie się kamienia kotłowego

-tworzenie się dodatkowych zarodków pęcherzyków pary

Tlen zawarty w wodzie kotłowej stwarza największe niebezpieczeństwo korozji wewnątrz kotłowej ze względu na rolę tlenu jako depolaryzatora procesie korozji elektrochemicznej tworząc lokalne ogniwa korozyjne.

Obecność CO₂ jest także szkodliwa z punktu widzenia korozji wewnątrz kotłowej.

Metody usunięcia tych składników:

-odgazowanie termiczne – droga usunięcia O₂ i CO₂ z wykorzystaniem zjawiska zmniejszania rozpuszczalności gazów w wodzie gdy rośnie temperatura

-odgazowanie chemiczne –siarczan IV sodu Na₂SO₃; Na₂SO₃ +0,5 O₂ → Na₂SO₄ ; w nadmiarze Na₂SO₃ ulega hydrolizie Na₂SO₃ +H₂O → 2NaOH + SO₂

oraz hydrazyna N₂H₄; N₂H₄ +O₂ →N₂ +2H₂O

-utrzymywanie odpowiedniego pH wody kotłowej pH=8,5-11,5

-szumowanie kotła – usunięcie piany i koloidów

41. Działanie ogniowa korozyjnego. Wyjaśnić wpływ depolaryzatorów na działanie tego ogniwa.

Działanie ogniwa- proces anodowy- przechodzenie kationów metalowych do elektrolitu pozostawiając po sobie elektrony Fe→Fe²⁺+ 2ee

- proces katodowy – następuje odbieranie elektronów przez depolaryzator e_e + D →De. Jeżeli mamy środowisko kwaśne to depolaryzatorami są kationy wodoru e^- + H⁺ →H ; H + H →H₂ ;

w obojętnych i zasadowych depolaryzatorem jest tlen; O₂ + 2 H₂O + 4e^- → 4OH^-. Proces anodowy i katodowy są ściśle ze sobą sprzężone. Proces zapobiegania korozji będzie polegał więc na eliminowaniu depolaryzatorów.

42. Dlaczego żelazo pod kroplą wody ulega korozji?

Jest to związane z tym, że kropla wody będąca

w tym przypadku elektrolitem ma obszary o różnym napowietrzeniu. Powoduje to, że obszar mniej napowietrzony będzie obszarem anodowym, a obszar bardziej napowietrzony będzie obszarem katodowym. Na skutek tego powstanie ogniwo korozyjne.

Obszar anodowy ulega zniszczeniu.

Obszar anodowy: Fe → Fe²⁺ + 2e^-

Obszar katodowy; O₂ + 2e^- + 2 H₂O→OH^‑

Fe²⁺ + 2 OH^- → Fe(OH)₂ ↓

43.Co powoduje pienienie się wody kotłowej. Jakie niekorzystne skutki to zjawisko wywołuje?

Pienienie wody powodują rozpuszczone sole oraz inne zanieczyszczenia w postaci zawiesiny. Powstające przy wrzeniu takiej wody pęcherze mają wówczas mniejszą tendencje do rozrywania się w zetknięciu z jej zwierciadłem i tworzą warstewkę piany. Zanieczyszczenia powodujące pienienie się wody to cząstki zanieczyszczeń mechanicznych, koloidalnych pochodzenia organicznego jak i mineralnego. Niekorzystny wpływ pienienia się wody: przedostając się do podgrzewacza po odparowaniu pozostawia twarde osady (zmniejsza się wsp. przewodzenia ciepła, następuje wzrost temp. ścianek co obniża ich wytrzymałość, następuje zmniejszenie przekroju przepływu pary) istnieje możliwość tworzenia się również na łopatkach turbiny osadów od zanieczyszczonej pary (spadek sprawności turbiny, korozja, niewyważenie wirnika)

44. Sposoby zapobiegania pienieniu się wody kotłowej i pluciu kotła.

1. odmulanie kotła, tak aby gęstość wody w kotle była właściwa dla danego typu kotła;

2. nie przekraczać zasdowości dla danego typu kotła;

3. woda bez zanieczyszczeń mechanicznych, tłuszczy paliw smarów;

4. unikać zbyt wysokiego poziomu wody w kotle oraz zbyt dużego forsowania kotła;

45. Jakie problemy może stwarzać woda chłodząca silniki. Jakie badania robi się dla tej wody.

Problemy: - może tworzyć osady (muły, szlamy)

-kamień (zmniejszenie wytrzymałości, zmniejszenie intensywności chłodzenia i większe zużycie paliwa)

Testy co 4 dni: zawartość azotynów, chlorków, pH, gdy pH jest niskie woda morska wchodzi do układu albo są przedmuchy spalin

Maksymalna twardość 2,5mval/dm³ , pH 8,3–10

46.Jakie badania i jak często powinno przeprowadzać się dla wody kotłowej.

Badania dla wody kotłowej codziennie: alkaliczność “p” i “m”, pH, fosforany, hydrazynę, przewodnictwo.

48.W jakim celu dodajemy do wody kotłowej:

- fosforan trójsodowy- redukuje twardość wody,

- hydrazynę- odgazowanie chemiczne wody,

- roztwór wodorotlenku sodowego-utrzymanie odpowiedniej alkaliczności wody oraz jej zmiękczenie.

49.Jakie cech powinna mieć woda pitna. Dlaczego woda destylowana nie nadaje się do picia.

-bezbarwna,

-klarowna (bez zawiesin)

-nie powinna mieć nieprzyjemnego zapachu i smaku,

-nie powinna zawierać szkodliwych dla zdrowia zanieczyszczeń organicznych i drobnoustrojów chorobotwórczych.

Woda destylowana nie nadaje się do picia gdyż:

-całkowity brak rozpuszczonych w niej soli mineralnych i gazów,

-charakteryzuje się mdłym i przykrym smakiem,

-spożywana w większych ilościach może spowodować zaburzenie w organizmie.

50.Zastosowanie wody morskiej na statku.

-chłodzenie: skraplaczy, chłodnic powietrza, oleju, wody chłodzącej silnik

-woda sanitarna,

-do wyparowników,

-instalacja p-poż,

51.Zastosowanie jonitów do uzdatniania wody.

Jonity-związki syntetyczne odporne na działanie kwasów i zasad i niektórych związków organicznych; trudno rozpuszczalne w wodzie.

Całkowita zdolność wymienna jonitów- ilość jonitów potrzebna doobsadzenia wszystkich grup jonowymiennych w danej objętości jonitu.

Robocza zdolność wymienna jonitów- odpowiada ilości wymienionych kationów przez określoną objętość jonitu do momentu przezkoku jonów wapnia i magnezu do filtratu.

Zmiękczanie wody.

2Kt-Na+Ca(HCO₃)₂→KtCa+2NaHCO₃

2Kt-Na+CaSO₄→Kt₂Ca+Na₂SO₄

2Kt-Na+MgCl₂→Kt₂Mg+2NaCl

Woda surowa trafia na kationat i po przejściu otrzymujemy wodę zmiękczoną.

Kationit zużywa się ale można go regenerować.

Demineralizacja wody.

Polega na usunięciuz wody wszystkichkationów i anionów.

Kt-H+NaCl→Kt-Na+HCl

2Kt-H+CaSO4→KtCa+H₂SO₄

An-OH+HCl→An-Cl+H₂O

2An-OH+HCl→AnSO₄+2H₂O