Omówienie

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/dm^3	mval/dm^3	^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/dm^3	Stopnie twardości
				niemiecki	francuski	angielski
1 mval/dm^3	1,00	2,80	5,00	5,50
1^o niemiecki	0,357	1,00	1,79	1,25
1^o angielski	0,282	0,80	1,43	1,00
1^o francuski	0,200	0,56	1,00	0,70

1^o niemiecki = 10 mg CaO w litrze wody,

1^o angielski = 1 grain CaCO₃ w gallonie wody, (1 grain = 64.79891 milligramów, 1 US gallon = 3.78541178 litrów)

1^o francuski = 10 mg CaCO₃ w litrze wody,

1 mval/dm³ = 1 ml 0,1 n roztworu w litrze wody

Rozróżniamy następujące twardości:

• Twardość węglanowa t_w - powoduje ją obecność kwaśnych węglanów Ca i Mg

• Twardość stała (niewęglanowa) t_st- spowodowana obecnością chlorków, siarczanów, krzemianów Ca i Mg.

• Twardość ogólna (całkowita) t_O - stanowi ona sumę twardości węglanowej i stałej.

• Twardość wapniowa t_Ca - obecność Ca,

• Twardość magnezowa t_Mg - 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 (R_caO) obliczamy wg wzoru:

R_caO = (t_w +c)* 28 g/m³ (1)

gdzie:

t_w - 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:

R_caO = (t_w +c + W_w*t_Mg)* 28 g/m³ (3)

gdzie: W_w - zapotrzebowanie wody wapiennej w m³ na m³ wody zdekarbonizowanej, mierzonej poza reaktorem.

Ilość wody wapiennej W_w obliczamy w następujący sposób:

W_w*r = R_CaO*(1-W_w), (4)

gdzie: r - rozpuszczalność CaO w g/m³ w danej temperaturze.

Stąd po przekształceniu wzoru (4) i podstawieniu ze wzoru (1) wartości R_CaO otrzymujemy:

(5)

Wzór (5) pozwala obliczyć ilość wody wapiennej potrzebnej do dekarbonizacji 1 m³ wody surowej w zależności od jej składu (t_w +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/dm^3	1,35	1,32	1,29	1,25	1,20	1,08	0,96	0,75	0,58
Liczba p , mval/dm^3	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

---