Omówienie II
W celu usunięcia z wody naturalnej rozpuszczonych w niej soli wapnia i magnezu, stanowiących o jej twardości (Tab1.), poddaje się je zmiękczaniu. Wody, tzw. twarde, zawierające znaczne ilości tych soli podczas ich odparowywania powodują powstawanie na ścianach kotłów silnie przywierającego, zbitego osadu, składającego się głównie z węglanów Ca i Mg, tzw. kamienia kotłowego.
Tabela 1.
Rozpuszczalność składników powodujących twardość wody.
Skład chemiczny substancji |
Temperatura oC |
Rozpuszczalność |
||
|
|
g/dm3 |
mval/dm3 |
on |
CaCO3 |
20 |
0,031 |
0,62 |
1,7 |
|
100 |
0,037 |
0,74 |
2,1 |
Ca(HCO2)3 |
15 |
1,89 |
23,4 |
65,5 |
CaO |
20 |
1,29 |
46,0 |
129 |
|
50 |
0,96 |
34,3 |
96 |
|
95 |
0,58 |
20,7 |
58 |
CaSO4 |
18 |
2,02 |
29,7 |
82,8 |
|
100 |
0,65 |
9,5 |
26,7 |
CaCl2 |
20 |
427 |
7690 |
21400 |
|
100 |
614 |
11070 |
30800 |
MgCO3 |
20 |
0,084 |
2,0 |
5,6 |
|
100 |
0,060 |
1,43 |
4,0 |
Mg(OH)2 |
18 |
0,009 |
0,31 |
0,9 |
MgSO4 |
20 |
262 |
4357 |
12200 |
|
100 |
406 |
6744 |
19000 |
MgCl2 |
20 |
353 |
7395 |
20700 |
|
100 |
421 |
8844 |
24800 |
Tabela 2.
Współczynniki przeliczeniowe jednostek twardości wody.
Jednostka twardości |
mval/dm3 |
Stopnie twardości |
||
|
|
niemiecki |
francuski |
angielski |
1 mval/dm3 |
1,00 |
2,80 |
5,00 |
5,50 |
1o niemiecki |
0,357 |
1,00 |
1,79 |
1,25 |
1o angielski |
0,282 |
0,80 |
1,43 |
1,00 |
1o francuski |
0,200 |
0,56 |
1,00 |
0,70 |
1o niemiecki = 10 mg CaO w litrze wody,
1o angielski = 1 grain CaO3 w gallonie wody, (1 grain = 64.79891 milligramów, 1 US gallon = 3.78541178 litrów)
1o francuski = 10 mg CaO3 w litrze wody,
1 mval/dm3 = 1 ml 0,1 n roztworu w litrze wody
Rozróżniamy następujące twardości:
Twardość węglanowa tw - powoduje ją obecność kwaśnych węglanów Ca i Mg
Twardość stała (niewęglanowa) tst- spowodowana obecnością chlorków, siarczanów, krzemianów Ca i Mg.
Twardość ogólna (całkowita) tO - stanowi ona sumę twardości węglanowej i stałej.
Twardość wapniowa tCa - obecność Ca,
Twardość magnezowa tMg - obecność Mg.
Chemiczne zmiękczanie wód polega na usuwaniu za pomocą odczynników chemicznych (wapnia, sody, fosforanów) składników wody, powodujących jej twardość w postaci trudno rozpuszczalnych związków
Dekarbonizacja wody (zmiękczanie wapnem) - stosowane w przypadku wód używanych do chłodzenia, ogrzewania itp., gdzie nie ma znaczniejszego zagęszczenia i niebezpieczeństwa tworzenia się kamienia. Proces ten polega na dodaniu wapna, wprowadzonego na gorąco, a w przypadku wód chłodzących - nawet na zimno.
Teoretyczne zużycie chemicznie czystego CaO (RcaO) obliczamy wg wzoru:
RcaO = (tw +c)* 28 g/m3 (1)
gdzie:
tw - twardość węglanowa, mval/dm3
c - zawartość rozpuszczonego CO2, mval/dm3,
28 - gramorównoważnik CaO
Zapotrzebowanie teoretycznej ilości wapna palonego technicznego jest większe i wynosi:
(2)
gdzie a oznacza część rozpuszczalnego CaO w wapnie technicznym (jeśli wapno zawiera 90% CaO, to a = 0,9).
Jeśli dekarbonizację prowadzi się wodą wapienną (nasyconym roztworem CaO), to zapotrzebowanie wapna będzie większe, wówczas obliczamy je wg wzoru:
RcaO = (tw +c + Ww*tMg)* 28 g/m3 (3)
gdzie: Ww - zapotrzebowanie wody wapiennej w m3 na m3 wody zdekarbonizowanej, mierzonej poza reaktorem.
Ilość wody wapiennej Ww obliczamy w następujący sposób:
Ww*r = RCaO*(1-Ww), (4)
gdzie: r - rozpuszczalność CaO w g/m3 w danej temperaturze.
Stąd po przekształceniu wzoru (4) i podstawieniu ze wzoru (1) wartości RCaO otrzymujemy:
(5)
Wzór (5) pozwala obliczyć ilość wody wapiennej potrzebnej do dekarbonizacji 1 m3 wody surowej w zależności od jej składu (tw +c) i jej temperatury (r - rozpuszczalność CaO zależy od temperatury).
Tabela 3
Rozpuszczalność wapna CaO w zależności od temperatury wody.
Temperatura, oC |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
40 |
50 |
70 |
95 |
Zawartość CaO, g/dm3 |
1,35 |
1,32 |
1,29 |
1,25 |
1,20 |
1,08 |
0,96 |
0,75 |
0,58 |
Liczba p , mval/dm3 |
48,2 |
47,2 |
46,0 |
44,6 |
42,8 |
38,6 |
34,3 |
26,8 |
20,7 |
Literatura:
Justat Antoni: „Zadania rachunkowe z technologii chemicznej” PWT, Warszawa 1960