CÔNG TY TNHH SẢN XUẤT – THƯƠNG MẠI VÀ DỊCH VỤ SAO VIỆT
Văn phòng giao dịch: Số 2 Ngõ 97 Nguyễn Ngọc Nại - Thanh Xuân - Hà Nội
Email: saovietxulynuoc@gmail.com
Điện thoại: 0989.41.7777 - 0985.22.33.88

Phương pháp kiểm soát và ngăn chặn hình thành cáu cặn của tháp giải nhiệt

Cáu cặn trong các hệ thống nước giải nhiệt làm giảm hiệu quả truyền nhiệt và khả năng vận chuyển của hệ thống phân phối nước. Ngoài ra cáu cặn gây ra việc hình thành các tế bào oxy vi phân. Các tế bào này làm tăng tốc độ ăn mòn và dẫn đến làm hỏng thiết bị. Cáu cặn hình thành dao động từ các màng mỏng đến lượng keo dày tùy thuộc vào loại cáu cặn và cơ chế lắng đọng.

Sự hình thành cáu cặn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các thông số hệ thống, chẳng hạn như nhiệt độ nước, vận tốc, thời gian lưu và vật liệu chế tạo thiết bị. Sự lắng đọng nghiêm trọng nhất gặp phải trong thiết bị xử lý hoạt động với nhiệt độ bề mặt cao và/ hoặc vận tốc nước thấp.

Cáu cặn được hình thành bởi lượng cặn và sự tăng trương tinh thể tại một bề mặt tiếp xúc với nước. Lượng cặn xảy ra khi độ tan được vượt quá với khối lượng lớn hoặc trên bề mặt. Các muối tạo thành cáu cặn phổ biến nhất trên bề mặt truyền nhiệt là những chất có khả năng hòa tan ngược với nhiệt độ.

Mặc dù chúng có thể hòa tan hoàn toàn trong nước có nhiệt độ thấp, các hợp chất này (ví dụ canxi cacbonat, canxi photphat và magie silicat)thay thế bão hòa trong nước có nhiệt độ cao hơn gần bề mặt truyền nhiệt và kết tủa trên bề mặt.

Cáu cặn hình thành không phải lúc nào cũng liên quan đến nhiệt độ. Canxi cacbonat và canxi sunfat co giãn xảy ra trên bề mặt không bị nóng chảy khi độ hòa tan của chúng vượt quá trong nước khối lượng lớn. Bề mặt kim loại là nơi lý tưởng để tạo mầm tinh thể vì bề mặt thô ráp của chúng và vận tốc thấp tiếp giáp với bề mặt. Các tế bào ăn mòn trên bề mặt kim loại tạo ra các khu vực có độ PH cao, thúc đẩy cặn bám hình thành. Khi được hình thành, cặn bắt đầu tạo mầm bổ sung và tăng trưởng tinh thể diễn ra với tốc độ tăng tốc.

Kiểm soát cáu cặn có thể đạt được thông qua hoạt động của hệ thống giải nhiệt ở điều kiện bão hòa hoặc thông qua việc sử dụng hóa chất.

Tháp giải nhiệt

Kiểm soát cáu cặn của hệ thống giải nhiệt

Phương pháp ức chế trực tiếp nhất sự hình thành cáu cặn tháp giải nhiệt là hoạt động ở điều kiện ngập nước, nơi các muối tạo thành cặn hòa tan. Đối với một số muối, nó đủ để hoạt động ở chu kỳ nồng độ thấp và/ hoặc PH kiểm soát. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, vận tốc thấp và độ PH thấp là cần thiết để độ hòa tan không được vượt quá ở bề mặt truyền nhiệt. Ngoài ra, nó là cần thiết để duy trì kiểm soát chính xác ở các chu kỳ PH và nồng độ. Sự thay đổi nhỏ trong hóa học nước hoặc tăng nhiệt có thể dẫn đến việc mở rộng hình thành cáu cặn.

Hóa chất kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt

Việc mở rộng cáu cặn có thể được kiểm soát hiệu quả bằng cách sử dụng các tác nhân cô lập và chelate có khả năng hình thành các phức hợp hòa tan với ion kim loại. Các tính chất kết tủa của các phức hợp này không giống như các ion kim loại. Ví dụ điển hình của vật liệu này là axit ethylenediaminetetraacetic (EDTA) cho độ cứng canxi và polyphosphates cho sắt. Cách tiếp cận này đòi hỏi cân bằng hóa học. Do đó việc sử dụng nó được giới hạn ở các vùng nước có hàm lượng kim loại thấp.

Ngưỡng ức chế

Các tác nhân kiểm soát ức chế cáu cặn ở liều lượng thấp hơn nhiều so với mức cân bằng yêu cầu cho việc loại bỏ hoặc chelation được gọi chất ức chế ngưỡng. Những vật liệu này ảnh hưởng đến động học của sự tạo mầm và sự phát triển tinh thể của muối tạo thành quy mô và cho phép siêu bão hòa mà không có sự hình thành tỷ lệ.

  • Chất ức chế ngưỡng hoạt động theo cơ chế hấp thụ. Khi các cụm ion trong dung dịch trở nên định hướng, các vi tinh thể siêu bền (các cụm ion có định hướng cao) được hình thành. Ở giai đoạn đầu của kết tủa, vi tinh thể có thể tiếp tục phát triển (tạo thành một tinh thể lớn hơn với một mạng lưới được xác định rõ) hoặc hòa tan. Các chất ức chế ngưỡng ngăn chặn hình thành cặn bằng các hấp phụ trên tinh thể mới nổi. Điều này ức chế tăng trưởng hơn nữa và hỗ trợ phản ứng giải thể. Kết tủa hòa tan và giải phóng chất ức chế, sau đó tự lặp lại quá trình này.
  • Chất ức chế ngưỡng làm chậm hoặc làm chậm tốc độ kết tủa. Tinh thể cuối cùng hình thành tùy thuộc vào mức độ siêu bão hòa và thời gian lưu của hệ thống. Sauk hi các tinh thể ổn định xuất hiện, sự tăng trưởng liên tục của chúng bị chậm lại bởi sự hấp thụ chất ức chế. Chất ức chế chặn nhiều bề mặt tinh thể, gây biến dạng trong mạng tinh thể khi sự phát triển tiếp tục. Các biến dạng mạng tinh thể này làm cho chúng không bền, các cặn bám không hình thành bởi vì các tinh thể hình thành trên bề mặt tiếp xúc với nước chảy không thể chịu được lực cơ học tác động bởi nước. Các chất ức chế hấp thụ cũng phân tán các hạt, nhờ vào điện tích tĩnh điện của nó và ngăn chặn sự hình thành các khối kết tụ mạnh.
  • Chất ức chế cặn bám được sử dụng phổ biến nhất là các polymer acrylate có trọng lượng phân tử thấp và các hợp chất photpho hữu cơ. Cả hai lớp vật liệu đều hoạt động như chất ức chế ngưỡng. Tuy nhiên, vật liệu polymer là chất phân tán hiệu quả hơn. Lựa chọn một tác nhân kiểm soát cáu cặn phụ thuộc vào loại kết tủa và mức độ siêu bão hòa của nó. Một chương trình kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt hiệu quả nhất sử dụng cả chất ức chế kết tủa và chất phân tán. Trong một số trường hợp, điều này có thể đạt được với một thành phần duy nhất (ví dụ, các polymer được sử dụng để ức chế calcium phosphate ở PH gần trung tính).

Chỉ số bão hòa Langelier

Tác phẩm của giáo sư Langelier được xuất bản năm 1936 đề cập đến các điều kiện mà tại đó nước cân bằng với calcium cacbonate. Một phương trình được phát triển bởi Langelier làm cho nó có thể dự đoán xu hướng của canxi cacbonat hoặc kết tủa hoặc hòa tan trong các điều kiện khác nhau.

Phương trình biểu thị mối quan hệ của pH, canxi, tổng độ kiềm, chất rắn hòa tan và nhiệt độ vì chúng liên quan đến độ hòa tan của canxi cacbonat trong nước có độ pH 6,5-9,5:

pH s = (pK 2 – pK s ) + pCa 2+ + pAlk

Trong đó:

pH = độ pH mà tại đó nước có hàm lượng canxi và độ kiềm nhất định ở trạng thái cân bằng với canxi cacbonat

K2 = hằng số phân ly thứ hai của axit cacbonic

Ks = hằng số sản phẩm hòa tan cho canxi cacbonat

Những thuật ngữ này là chức năng của nhiệt độ và tổng hàm lượng khoáng sản. Giá trị của chúng cho bất kỳ điều kiện đã cho nào có thể được tính từ các hằng số nhiệt động đã biết. Cả ion canxi và các thuật ngữ độ kiềm đều là logarit âm của nồng độ tương ứng của chúng. Hàm lượng canxi là mol, trong khi độ kiềm là nồng độ tương đương (nghĩa là tương đương chuẩn độ của cơ sở trên mỗi lít). Việc tính toán độ pH đã được đơn giản hóa bằng cách chuẩn bị các thuật ngữ khác nhau.

Sự khác biệt giữa pH thực tế (pHa) của mẫu nước và pH, hoặc pH a – pH s , được gọi là Chỉ số bão hòa Langelier (LSI). Chỉ số này là một dấu hiệu định tính về xu hướng canxi cacbonat lắng đọng hoặc hòa tan. Nếu LSI dương tính, canxi cacbonat có xu hướng lắng đọng. Nếu nó âm tính, canxi cacbonat có xu hướng hòa tan. Nếu bằng không, nước ở trạng thái cân bằng.

LSI chỉ đo xu hướng hoặc động lực để canxi cacbonat kết tủa hoặc hòa tan. Nó không thể được sử dụng như một biện pháp định lượng. Hai vùng nước khác nhau, một vùng có độ cứng thấp (ăn mòn) và vùng kia có độ cứng cao (hình thành tỷ lệ), có thể có cùng Chỉ số bão hòa.

Chỉ số ổn định được phát triển bởi Ryzner cho phép phân biệt giữa hai vùng nước như vậy. Chỉ số này dựa trên một nghiên cứu về kết quả hoạt động thực tế với vùng nước có các Chỉ số bão hòa khác nhau.

Chỉ số ổn định = 2 (pH) – pH a

Khi các vùng nước có Chỉ số ổn định từ 6.0 trở xuống, tỷ lệ tăng và xu hướng ăn mòn giảm. Trong trường hợp Chỉ số ổn định vượt quá 7.0, tỷ lệ có thể không xảy ra. Khi Chỉ số ổn định tăng trên 7,5 hoặc 8,0, xác suất ăn mòn tăng. Việc sử dụng LSI cùng với Chỉ số ổn định góp phần dự đoán chính xác hơn về xu hướng ăn mòn hoặc ăn mòn của nước.

Các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt

  • Các lỗi xảy ra khi các hạt không hòa tan bị lơ lửng trong các mẫu nước tuần hoàn trên bề mặt. Sự tương tác giữa các hạt dễn đến sự hình thành các chất kết tụ.
  • Ở vận tốc thấp, sự lắng đọng của các hạt xảy ra dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Các thông số ảnh hưởng đến tốc độ lắng là kích thước hạt, mật độ chất lỏng và mật độ hạt tương đối và độ nhớt của chất lỏng. Mối quan hệ của các yếu tố này được thể hiện bởi luật của Stokes. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tỷ lệ lắng là kích thước của hạt. Bởi vì điều này, việc kiểm soát ô nhiễm bằng cách ngăn chặn sự tích tụ là một trong những khía cạnh cơ bản nhất của kiểm soát cáu cặn tháp giải nhiệt.
  • Các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào tháp giải nhiệt bằng nước, nhiễm bẩn trong không khí, quá trình rò rỉ và ăn mòn. Hầu hết các chất gây ô nhiễm có thể xâm nhập vào nước dưới dạng các hạt vật chất, chẳng hạn như đất sét, bùn và oxit sắt. Nhôm và sắt hydroxit không hòa tan thâm nhập vào hệ thống từ các hoạt động tiền xử lý nước. Nước giếng khoan có hàm lượng sắt hòa tan cao, sau đó được oxy hóa thành sắt III bằng oxy hòa tan trong nước làm mát tuần hoàn, sắt III gây kết tủa. Quá trình ăn mòn thép cũng là một nguồn cung cấp sắt III do đó góp phần gây ô nhiễm.
  • Cả sắt và nhôm đều gây ra vấn đề vì khả năng hoạt động như chất kết tủa. Ngoài ra các dạng hydroxit hòa tan và không hòa tan của chúng có thể gây ra kết tủa của một số hóa chất xử lý nước, chẳng hạn như orthophosphate.
  • Các chất gây ô nhiễm không khí thường bao gồm các hạt đất sét và bụi bẩn nhưng có thể bao gồm các loại khí như hydrogen sulfide, tạo thành các kết tủa không hòa tan với nhiều ion kim loại.
  • Các chất gây ô nhiễm xâm nhập vào hệ thống như các hạt phân tán mịn, có thể nhỏ đến 1 -100 nm. Các hạt mang điện tích tĩnh điện, gây ra các hạt tích điện tương tự đẩy nhau. Nước lưu chuyển làm tăng nồng độ của các ion phản điện tích có khả năng bị hấp thụ tĩnh điện và hấp thụ vào một hạt tĩnh điện. Khi phản xạ hấp thụ, điện tích ròng của hạt giảm. Các hạt bắt đầu kết tụ và tăng kích thước khi lực đẩy của chúng bị giảm đi.
  • Sau khi các hạt đã lắng xuống, bản chất của cáu cặn phụ thuộc vào sức mạnh của lực hấp dẫn giữa chính các hạt (cường độ kết tụ) và giữa các hạt và bề mặt chúng tiếp xúc. Nếu lực hấp dẫn giữa các hạt rất mạnh và các hạt không bị ngậm nước, cáu cặn dày đặc và được cấu trúc tốt. Nếu lực yếu, cáu cặn mềm và dẻo. Sự lắng đọng tiếp tục miễn là độ bền cắt của cáu cặn vượt quá áp lực cắt của nước chảy.

Lượng hạt xâm nhập và hệ thống làm mát từ nguồn nước cấp có thể được giảm bằng cách lắng lọc. Việc loại bỏ hạt cũng có thể được thực hiện bằng cách lọc nước làm mát tuần hoàn. Những phương pháp này không loại bỏ tất cả các chất lơ lửng ra khỏi nước làm mát. Hiệu quả loại bỏ phụ thuộc vào phương pháp xử lý, vận tốc nước và các chu kỳ tập trung được duy trì trong tháp giải nhiệt.

Vận tốc nước cao: Khả năng vận tốc nước cao để giảm thiểu ô nhiễm phụ thuộc vào bản chất của chất bẩn. Sét và lắng đọng hạt sẽ được loại bỏ hiệu quả hơn bởi vận tốc nước cao hơn so với nhôm và sắt, chúng bám dính hơn và tạo thành các mạng liên khóa với các kết tủa khác. Việc vận hành ở vận tốc nước cao không phải lúc nào cũng là một giải pháp khả thi dể lắng đọng đất sét và bùn do hạn chế về thiết kế, cân nhắc kinh tế và khả năng ăn mòn.

Chất phân tán: Là vật liệu treo các hạt vật chất bằng cách hấp thụ lên bề mặt hạt và truyền tải điện tích cao. Lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt tích điện ngăn cản sự tích tụ, làm giảm sự tăng trưởng của hạt. Sự có mặt của một chất phân tán ở bề mặt hạt cũng ức chế sự bắc cầu của các hạt bởi các kết tủa hình thành trong nước khối lượng lớn. Sự hấp phụ của chất phân tán làm cho các hạt trở nên ưa nước hơn và ít có khả năng bám dính vào các bề mặt. Do đó các chất phân tán ảnh hưởng đến sự tương tác giữa các hạt và bề mặt hạt.

Các chất phân tán hiệu quả nhất và được sử dụng rộng rãi là các polymer anion có trọng lượng phân tử thấp. Công nghệ phân tán đã đạt tới điểm mà tại đó các polymer được thiết kế cho các lớp cụ thể của chất lơ lửng hoặc cho một phổ rộng các vật liệu. Acrylate dựa trên polymer được sử dụng rộng rãi như chất phân tán. Các đặc tính hiệu suất của các polymer acrylate là một chức năng của trọng lượng phân tử và cấu trúc của chúng, cùng với các loại đơn vị monomeric được kết hợp vào xương sống polymer.

Chất hoạt động bề mặt: Các tác nhân làm ướt bề mặt được sử dụng để ngăn ngừa ô nhiễm bởi các hydrocacbon không hòa tan. Chúng hoạt động bằng cách nhũ hóa hydrocacbon thông qua sự hình thành các microdroplets chứa chất hoạt động bề mặt.

Bài viết tham khảo:

 

scroll top