forum technologów żywności SGGW

a_kostyra

To są moje notatki z PW na ten temat:

Odgazowanie wody:
Usuwanie : CO2- agresywny, H2S – zapach, O2 – decyduje o korozji, CH4
Woda zawiera przede wszystkim składniki powietrza (O2, N2, CO2, H2S i inne)przy czym CO2 dodatkowo może pochodzić z rozkładu kwaśnych węglanów i węglanów. W przypadku obecności w wodzie jonów agresywnych, które powodują korozję konieczne jest ich usunięcie w trakcie procesów uzdatniania wody. Najbardziej agresywny jest tlen i dwutlenek węgla.
Odgazowanie mechaniczne:
Sposoby mechaniczne polegają na odpędzeniu rozpuszczonych gazów, czemu sprzyjają rozwinięcia powierzchni zwiększającej szybkość wymiany masy pomiędzy fazą ciekłą i gazową.
Uzyskać to można przez:
- rozpylanie wody
- intensywne mieszanie
- przedmuchiwanie powietrzem
Powyższymi metodami można skutecznie usuną z wody CO2 i H2S Mniejsze gazy wypierane są z wody przez tle zawarty w powietrzu w celu maksymalnego rozwinięcia powierzchni w desorberach CO2, stosuje się wypełnienia pierścieniami Raschiga lub specjalnymi kształtkami wytworzonymi z tworzywa.

a_kostyra

Termiczne odgazowywanie wody:
Jest podstawową metodą usuwania z wody rozpuszczonych gazów w układach przemysłowych. Jest to proces desorpcji przebiegających w wyniku:
- tworzenia się pęcherzyków gazu i ich konwekcji z fazy wodnej do fazy gazowej
- dyfuzji gazu przez graniczną powierzchnie faz
Rozpuszczalność danego gazu w wodzie jest uzależnione od ciśnienia i temperatury wody (prawo Henriego)
Przy podgrzewaniu wody obniża się ciśnienie cząstkowe rozpuszczonych w niej gazów, w skutek czego również i ich rozpuszczalność w wodzie. W tym stanie prężność pary wodnej równa jest ciśnieniu panującemu nad wodą, a ciśnienie cząstkowe gazów i ich rozpuszczalność spada do zera.
Temperaturę wrzenia konieczną do przeprowadzenia odgazowania osiąga się w odgazowywaczach dwoma sposobami:
- przez ogrzewanie wody parą w przeciwprądzie
- przez wprowadzenie do odgazowywacza wody przegrzanej.
W celu przyspieszenia desorpcji niezbędne jest maksymalne rozwiniecie powierzchni rozdziału miedzy parą a wodą oraz zmniejszenia grubości warstwy wrzącej wody. Wykorzystuje się do tego celu różne sposoby:
- rozdeszczenie i rozbryzgiwanie
- przepływ wody przez złoże
- harbotaż (przepływ przez wodę pary)
Metoda termicznego odgazowywania pozwala na usunięcie z niej gazów do wartości poniżej 0,1 mg gazu /l
Schemat urządzenia do odgazowywania wody przedstawia rys I,34
Odgazowywanie chemiczne wody:
Usuwanie O2
Chemiczne metody odtleniania wody stosuje się przede wszystkim do wody w obiegach ciepłowniczych lub jako uzupełnienie odgazowania termicznego. Polegają one na wprowadzeniu reduktorów, które utleniają się tlenem obecnym w wodzie Stosuje się najczęściej:
- siarczan sodu (NaSO3)
- dwutlenek siarki (SO2)
- hydrazynę (N2H4*H2O)
- fosforyn sodu (NaPO4)
- chlorek żelazawy (FeCl2)
Szybkość wiązania tlenu zależy od:
- zawartości tlenu w wodzie
- doboru reduktora
- temperatury
- pH
W celu zagwarantowania ilościowego przebiegu reakcji, w możliwie najkorzystniejszym czasie, z reguły wymagana jest podwyższona temperatura wody i zapewnienie nadmiaru środków utleniających. Powstające produkty reakcji mogą stanowić nie korzystne zanieczyszczenie wody i dlatego dotlenianie chemiczne jest zalecane jako uzupełnienie odgazowania termicznego (ma wówczas na celu wiązanie szczątkowych ilości tlenu).
Mechanizm działania poszczególnych reduktorów jest następujący:
1. 2Na2SO3+O2->2Na2SO4
(50-100)% nadmiar, temperatura podwyższa do 80%
Stechiometryczne zapotrzebowanie na bezwodny siarczyn sodu wynosi 8 mg Na2SO4 na 1 mg zawiązanego tlenu co dopowiada 16 mg produktu technicznego tj. Na2SO3*H2O
Dla potrzeb praktycznych dawkę bezwodnego siarczanu oblicza się ze wzoru:
DNa2SO3=8*CO2+2 [mg/dm3]
CO2 – stężenie tlenu w wodzie
2- nadmiar reduktora
Należy pamiętać iż odtlenianiu wody przy użyciu powyższego środka powoduje wzrost zasolenia wody (o 9 mg/dm3) na każdy 1 mg/dm3 rozpuszczonego tlenu.
Dodatkową wadą odtleniania wody przy użyciu Na2SO3 jest możliwość przebiegu dodatkowych reakcji których produkty są szkodliwe dla urządzeń. Nadmiar siarczynu np. w kotłach pracujących przy ciśnieniu powyżej 0,7 MPa może ulegać rozkładowi i hydrolizuje wg reakcji:
Na2SO3+H2O->2NaOH+SO2
Szczególnie niebezpieczne jest SO2, przedostając się wraz z parą do dalszych części układu zakwasza kondensat i wywołuje intensywną korozje przewodów.
Inne szkodliwe reakcje to reakcje tlenków żelaza i miedzi:
3Fe2CO3+Na2SO3->2Fe3O4+Na2SO4
2CaO + Na2SO3 ->Cu2O+ Na2SO4
2.
Do utleniania stosuje się samą hydrazynę lub jej wodnian N2H4*H2O zawierający 64% czystej substancji. Produkty handlowe zawierają wodnian hydrazyny o stężeniu 24-100%. Handlowy produkt stanowi stężony roztwór (ok. 25%) z których po rozcieńczeniu wody przygotowuje się roztwór roboczy o stężeniu 1-2,5% (ciecz toksyczna)
Odtlenianie hydrazyny wymaga pewnego nadmiaru reagętu, podgrzania wody do temperatury >1000C i pH > 8,7
Dawkę hydrazyny dla okresu normalnej eksploatacji wylicza się ze wzoru:
DN2H4=1,5C1+1,5C2+0,1C3
C1,C2,C3 – stężenia w wodzie O2, Fe2O3, CaO (mg/dm3)
Obecnie w wodzie i na powierzchnia metalu tlenki żelaza i miedzi również reagują z hydrazyną wg:
6Fe2O3+Na2H4->N2+H2O+4Fe3O3
2Cu2O+N2H4->4Cu+2H2O+N2
Nadmiar hydrazyny nie powinien przekraczać 0,1mg/dm3. Wyższy nadmiar tej substancji są nie oraz mogą powodować nie korzystne skutki wywołane reakcjami wtórnymi. Do tych reakcji należy rozkład hydrazyny w temperaturze do 2690C zgodnie z równaniem:
3N2H4->4NH3+N2
Powstający amoniak w niewielkich liściach oddziałuje korzystnie – alkalizując wodę. Ma to szczególne znaczenie w kotłach parowych.
W temperaturze >2690C rozkład hydrazyny zachodzi z wydzieleniem wodory:
3N2H4->2NH3+3N2+2H2
3 odtlenianie żelazem z jego związania:
Proces anodowy Fe0->Fe2++2e
Proces katodowy O2+4e+H2O->4(OH)-
Powstają pierwotne produkty korozji Fe2+ i OH- dają wtórny produkt Fe(OH)2, który pod wpływem tlenu w wodzie ulega dalszym przemianą.
4Fe(OH)2+O2+H2O->4Fe(OH)3
Powstający Fe(OH)3 wytrąca się w postaci galaretowatego osadu. Związek ten jest zatrzymywany w warstwie filtracyjnej – stąd konieczność raz na dobę płukania wstecznego (z dołu).
Do związania 1 mg O2 potrzeba 2,4 mg Fe
Zalety metody:
- prosta obsługa
- możliwość usuwania tlenu z zimnej wody
Wady metody:
- możliwość obniżenia sprawności filtrów na skutek pasywacji wiórków stalowych
- trudności z usuwaniem z filtrów Fe(OH)3
- znaczne zużycie wody na płukanie filtrów
- niebezpieczeństwo (przy zbyt krótkim czasie kontaktu) wytrącania osadu Fe(OH)3 w kotłach i elementach instalacji
Usuwanie CO2:
Odgazowywanie polega na chemicznym wiązaniu CO2 nazywa się często odkwaszaniem.
Do sposobu wiązania CO2 zalicza się:
1.Filtrowanie wody przez rozkruszony marmur
CaCO3+CO2+H2O->Ca(HCO3)2
2,3g na 1g
(wzrasta twardość węglanowa wody ok. 0,46 val/dm3 na każde 10g związanego CO2 w 1 m3 wody, zasadowość oraz pH)
2.Filtrowanie przez filtr wypełniony materiałem alkalicznym (np. masa „magno”)
MgO+2CO2+H2O->Mg(HCO3)2
1,06g na 1g
(wzrasta twardość węglanowa wody, zasadowość – HCO3, i pH wody)
3.Wiązanie CO2 za pomocą wody wapiennej
Ca(OH)2+CO2->CaCO3(os)+H2O
Wytrąca się osad
Sody: Na2CO3+H2O+CO2->2NaHCO3+H2O
Ługu: NaOH+CO2->NaHCO3
(wzrasta zasadowość i pH wody, nie rośnie twardość)
Generalnie chemiczne wiązanie CO2 stosuje się w celu stabilizacji wód podziemnych, infiltracyjnych oraz wód oczyszczonych.

a_kostyra

c.d. usuwania CO2
W przypadku uzdatniania wody do celów technologicznych (przemysłowych) CO2 usuwany jest chemicznie w procesie dekarbonizacja wody wapnem i zmiękczania w metodą „wapno soda”
Stosowanie metody filtracji przez złoże alkaliczne do wiązania CO2 wymaga uzupełnienia złoża w czasie eksploatacji. Czas kontaktu wody ze złożem (vf) dla każdego rodzaju wypełniacza oraz stężenie CO2 w wodzie powinno być ustalone doświadczalnie.
Na ogół
Vf =< 5 m/h, a wysokość złoża h =< 2 m

a_kostyra

METODY UTLENIANIA:

Przebieg utl zalezy od- rodzaju budowy i stez utlenianego skladnika wody, rodzaju i dawki utleniacza, czasu kontaktu, obecnosci katalizatorow, temp, pH. Przed utl woda musi być wstepnie oczyszczona co pozwala na zmniejszenie dawki utleniacza. Po utl stosowana jest sorpcja na weglu aktywnym. Najskuteczniejszym utl sa ozon i dwutlenek chloru.. ubocznym skutkiem jest powstanie zwiazkow TOX
Chlorowanie wody – wymaga wstep okreslenia dawki chloru i jego czasu kontaktu. Chlorowanie obecnie stosowane jest w procesach : dezynfekcji wody, usowania zapachu i smaku pochodzenia naturalnego, usowanie zw azotu amonowego z wody, utl fe i Mn.Najczescie wykorzystuje się chlor gazowy.
Chlor – Zalety: skuteczny i tani srodek dezynfekujacy, trwaly w srodowisku wodnym, kontrole procesu dobrze opanowano, niskie koszty inwest i eksploat. Wady: pogorszenia właściwości orgnoleptycznych wody efekt dezynfekujacy uzalezniony od pH spada ze wzrostem pH, uboczne ptrodukty THM i TOX i inne, agresywny w stosunku do metalu, wymaga zapewnienia strefy ochronnej, odpow war transportu i magazynowania, wymaga utrzymania wyspecjalizowanej sluzby tech.
Podchloryn sodowy – tak samo jak chlor gazowy, zaleta oprocz tego jest to ze nie trzeba ustalic strefy ochronnej, woada jest to ze roztwor ulega rozkladowi w czasie. Dawkowany jest do wody o okreslonym stez Cl czynnego
Chloraminy – zalety: duza trwalosc, pH nie ma znaczenia, kontrola procesu dobrze opanowana, nizsza zawartosc substancji ubocznych niż przy chlorowaniu chlorem. Wady – pogarszaja właściwości organoleptyczne, slabe właściwości bakteriobujcze . dopuszczalne stez chloramin w wodzie do 2mg/m3
Dwutlenek chloru – pH od 3,5, poprawia właściwości organoleptyczne wody, nie wchodzi w reakcje z azotem amonowym, nie tworzy THM – ow, dobrz zabezpiecza wode w sieci, niskie koszty inwestycyjne. Wady: ma właściwości wybuchowe, wymagana jest scisla kontrola pracy generatora, urzadzenia musza być zabezpieczone przed korozja, niezbedne jest transportowanie i magazynowanie subst sluzacych do produkcji, tworzy uboczne produkty.
Ozon – produkowany z powietrza na SUW, bardzo silny utleniacz krotki czas kontaktu, niszcy bakterie , szeroki zakres pH, unieszkodliwia plankton, poprawia właściwości organoleptyczne, nie wchodzi w reakcje z azotem amonowym , uspr przebieg koagulacji i flokulacji, zautomatyzowany proces uzdatniania, Wady: tworzy produkty uboczne, glownie aldeghydy estry alkany, ale w mniejszych ilosciach niż te które powstaja w chlorowaniu, nie zabezpiecza przed wtornym zanieczyszczeniem, urzadzenia musza być odporne na korozje, jest drogi.