Sınır karbonat sertliği (Hj) olarak adlandırılan değer, serbest CO₃'in bulunmadığı veya minimum olduğu belirli su kalitesi koşulları ve sıcaklıkları altında CaCO₂'in çökelmediği kritik değeri ifade eder. Tipik olarak soğutma suyu sistemlerinde bu değer 2 ila 4,5 mg eşdeğer/L arasında değişir. Bununla birlikte, asit ve kireç önleyicileri ekleyerek, bir soğutma suyu sistemi daha yüksek karbonat sertlik seviyelerini koruyabilir. Bu makale, soğutma suyu için kireç inhibitörleri ile sınır karbonat sertliği arasındaki ilişkiyi açıklayarak su arıtma profesyonelleri için yararlı bilgiler sağlar.
1. Asit İlavesi ve Karbonat Sertliğini Sınırlayın
Makyaj suyuna asit eklenerek karbonat sertliği, daha yüksek çözünürlüğe sahip (CaSO₄ ve CaCl₂ gibi) karbonat olmayan sertliğe dönüştürülür, bu da dolaşımdaki suyun karbonat sertliğini sınır karbonat sertliğinin altındaki bir seviyeye düşürür ve böylece kireçlenmeyi önler. Kimyasal tepkimeler şunlardır:
Aşağıdaki formülde gösterildiği gibi, karbonat sertliğine ve sınır karbonat sertliğine (Hj) dayalı olarak eklenecek asit miktarının hesaplanmasına yönelik bir yöntemi paylaşmaya devam edin.
Formülde:
G eklenen asit miktarıdır, kg/saat;
E, sülfürik asit için E = 49 ve hidroklorik asit için E = 36,5 olan asidin molar kütlesidir;
Qm, dolaşımdaki soğutma suyunun ek su hacmidir, m³/saat;
α asidin konsantrasyonudur;
HB, ilave suyun karbonat sertliğidir, mmol/L;
H′B, asit işleminden sonra ek suyun karbonat sertliğidir, mmol/L.
H′B aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
Formülde: N, konsantrasyon katıdır; Hj, dolaşımdaki soğutma suyu sisteminin mmol/L cinsinden sınırlayıcı karbonat sertliğidir.
Asit eklendikten sonra dolaşımdaki suyun kireç inhibitörü olmadan sınır karbonat sertliği aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
Formülde [O], mg/L cinsinden oksijen tüketimini temsil eder; t, dolaşımdaki suyun sıcaklığını ℃ cinsinden temsil eder.
Hf′, ek suya eklenen asitle işlemden sonra karbonat olmayan sertliktir, mmol/L cinsindendir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
2. Karbonat Sertliğini Sınırlamak İçin Asit Tedavisi ile Ölçek İnhibitörlerinin Kullanımı
Karbonat sertliğini kireç inhibitörleriyle birlikte sınırlamak için asit tedavisi kullanıldığında, kullanılan kireç inhibitörünün türü uygun Hj değerini belirlemelidir. Yaygın kireç inhibitörleri arasında polifosfatlar, organik fosfonatlar (tuzlar) ve poliakrilik asitler bulunur.
Polifosfat Ölçeği İnhibitörleri
Polifosfatlar öncelikle sodyum polifosfatı ifade eder, yaygın olarak kullanılan formlar sodyum heksametafosfat (sodyum polimetafosfat olarak da bilinir) ve sodyum tripolifosfattır. Bu inhibitörler kolloidal parçacıkları dağıtır ve stabilize eder ve kalsiyum ve magnezyum iyonları için güçlü şelasyon yeteneklerine sahiptir. Sodyum polifosfat sadece kireç önleyici olarak işlev görmekle kalmaz, aynı zamanda korozyon önleme özelliklerine de sahiptir. Spesifik özellikler [NaPO₃]'in moleküler yapısına bağlı olarak değişir n , burada n değeri özellikleri belirler. Sodyum heksametafosfat, [NaPO₃]₆ONa₂ kimyasal formülüne sahiptir ve bir sodyum metafosfat polimeridir (NaPO₃). Bir kireç inhibitörü olarak kullanıldığında, dolaşımdaki suyun sınırlayıcı karbonat sertliği Hj aşağıdaki formülle tahmin edilebilir. Sodyum heksametafosfatın tipik dozajı 1 ila 5 mg/L arasında değişir ve üst sınır yüksek karbonat sertliğine sahip su için kullanılır. Sodyum tripolifosfat (Na₅P₃O₁₀), tipik dozajı 2 ila 5 mg/L ve Hj = 5 mmol/L olan kalsiyum iyonlarını şelatlama konusunda güçlü bir yeteneğe sahiptir.
Polifosfatların dezavantajı, polifosfat hidrolizi olarak bilinen bir işlem olan suda ortofosfatlara ayrışma eğilimleridir. Hidroliz derecesi pH, sıcaklık, zaman ve mikrobiyal aktivite gibi faktörlerden etkilenir. Hidroliz, su sıcaklığı ve temas süresi ile pozitif korelasyon gösterir, ancak nispeten yavaş bir oranda meydana gelir ve tipik hidroliz oranları %11 ile %35 arasındadır.
Organik Fosfonatlar ve Tuzları
Bu ölçek inhibitörleri etkilidir ve aynı zamanda korozyon inhibisyonu sağlayarak onları çift amaçlı inhibitörler haline getirir. Özelliklerinin çoğu polifosfatlara benzer, ancak daha yüksek sıcaklıklarda bile daha kararlıdırlar ve hidrolize daha az eğilimlidirler. Bununla birlikte, organik fosfonatlar bakır için aşındırıcı olabilir, bu nedenle bakır ısı eşanjörü sistemlerinde kullanım için uygun değildir. Yaygın olarak kullanılan organik fosfonatlar ve bunların tuzları arasında hidroksietiliden difosfonik asit (HEDP), aminotrimetilen fosfonik asit (ATMP) ve etilendiamintetra(metilenfosfonik asit) (EDTMP) bulunur. Polifosfatlarla birlikte kullanıldığında, bu inhibitörler sinerjistik bir etkiye sahip olabilir, dolaşımdaki suyun sınırlayıcı karbonat sertliğini arttırır ve her bir maddenin dozajını azaltır. Bu inhibitörler için tipik sınırlayıcı karbonat sertliği aşağıdaki gibidir:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polikarboksilat Polimerleri
Polikarboksilat polimerleri, karboksil fonksiyonel grupları (karboksil grupları) veya karboksilik asit türevlerini içeren polimerlerdir. Karboksilat anyonu (COO⁻), M'nin tek değerlikli bir katyonu, hidrojeni veya bir amin grubunu temsil ettiği bu polimerlerin özelliklerini belirler. Karboksilat grubu suya verildikten sonra COO⁻ ve M⁺'e ayrışır ve COO⁻ ölçek inhibisyonundan sorumludur. Yurt içinde kullanılan yaygın polikarboksilat ölçekli inhibitörler arasında poliakrilik asit, sodyum poliakrilat, polimetil metakrilat, akrilik asit ve hidroksipropil akrilat kopolimerleri, akrilik asit ve akrilat kopolimerleri ve hidrolize poli(maleik asit) (anhidrit) bulunur. Tipik dozajlar ve bunlara karşılık gelen sınırlayıcı karbonat sertliği değerleri aşağıdaki gibidir:
Poliakrilik asit: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Sodyum poliakrilat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(maleik asit): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Özet
Dolaşımdaki soğutma suyu sistemlerinde sınırlayıcı karbonat sertliğinin kontrol edilmesiyle kireç oluşumu önlenebilir. Asitlerin ve kireç inhibitörlerinin uygun dozajını hesaplamak için yukarıdaki yöntemlerin kullanılması, sistemin belirli çalışma koşulları altında izin verilen sınırlayıcı karbonat sertliği ile birlikte, kimyasal maliyetleri azaltırken ölçeklendirme sorunlarını önlemeye yardımcı olur.
