CC BY
43
9
С 11 6 X U/ в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 2 (107)
Библиографические ссылки
1. Tie-Min Liu. In situ cyclization reactions during the preparation of highperformance methacrylic acid/acrylonitrile/acrilamide ternary copolymer foam/ Tie-Min Liu, Guang-Cheng Zhang, Guo-Zheng Liang, Ting Chen, Cui Zhang.///Journal of Applied Polymer Science, 2007. Vol. 106. P. 1462-1469.
УДК 546.41:543.2
К.Г. Розвезев, А.И. Михайличенко, И. А. Почиталкина
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ И УВЕЛИЧЕНИЯ СРОКОВ ПРОБЕГА ОБОРУДОВАНИЯ В ПРОЦЕССАХ МЕМБРАННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Influence of constant magnetic field on calcium sulfate and carbonate precipitation were studied. Magnetic field accelerates speed of these salt precipitation. It gives for us opportunity to use this effect in water-purifying process.
Изучено влияние постоянного магнитного поля на кинетику осаждения сульфатов и карбонатов кальция. Установлено, что осаждение солей значительно ускоряется при наложении магнитного поля, что дает возможность использования этого эффекта в процессах водоподго-товки.
В процессе эксплуатации систем теплоснабжения, водоснабжения и водоподготовки, водооборотных циклов и обратноосмотических мембранных установок происходит локальное пересыщение воды солями. Это приводит к образованию солевых отложений на рабочих поверхностях тепло-обменного оборудования, трубопроводов, градирен, мембран и т. д., приводящее к увеличению гидравлического сопротивления трубопроводов и мембран, ухудшению теплообмена, уменьшению производительности, значительному повышению энергозатрат и нарушению параметров работы оборудования. Исходя из вышеизложенного, следует, что решение вопросов защиты оборудования от солевых отложений является актуальной задачей.
Мировая практика и отечественный опыт показывают, что наиболее распространённым методом решения этих проблем является реагентная обработка воды с применением ингибиторов солевых отложений. Однако недостатком реагентной обработки воды является загрязнение водных объектов биогенными компонентами, в основном, органофосфоновыми кислотами и их солями, являющимися действующими веществами большинства ингибиторов. В связи с повышением экологических требований к качеству очистки воды наблюдается сужение границ применения реагентной технологии. Значительный интерес вызывают безреагентные технологии обработки воды, например, с помощью магнитного поля.
Целью работы является создание ресурсосберегающей экологически
9
С Яг в X № в химии и химичесгай технологии. Том XXIV. 2010. №2(107)
безопасной технологии магнитной обработки воды.
Выделение сульфатов, карбонатов кальция и магния из растворов происходит через стадию образования мелкодисперсных, медленно кристаллизующихся, метастабильных осадков. В условиях метастабильного равновесия содержание компонентов в растворе может значительно превышать их равновесные концентрации.
Для сравнения эффективности применения различных приемов обработки воды с целью подавления осадкообразования карбонатов и сульфатов кальция в настоящей работе исследовано влияние ингибиторов, а также напряжённости магнитного поля на процесс кристаллизации.
При введении органофосфоновых кислот или их солей в водную среду происходит их ионизация с образованием органофосфонатных ионов, которые затем взаимодействуют с присутствующими в воде ионами металлов, что в свою очередь, тормозит процесс осаждения.
Ниже представлены кинетические эксперименты по влиянию различных факторов на процесс кристаллизации карбонатов и сульфатов кальция.
. моль
СаБО^ Л
. МОЛЬ
Са304. Л
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
I. МИН.
Рис. 1. Кинетические кривые спонтанного осаждения сульфата кальция из пересьпцеи-ных растворов с различной исходной кон-центрацией соли при 1 = 20°С. Начальная концентрация Са804: 1 - 0,20 моль/л, 2 -0,25 моль/л, 3 - 0,30 моль/л. Кратность пересыщения: 1'~ 13,38 (0,2 моль/л), 2' ~ 16,72 (0,25 моль/л), 3'~ 20,08 (0,3 моль/л).
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
I. МИН.
Рис. 2. Кинетические кривые спонтанного осаждения сульфата кальция из пересыщенных растворов с различной исходной концентрацией соли при 1 = 30 °С. Начальная концентрация Са804: 1 - 0,20 моль/л, 2 -0,25 моль/л, 3 - 0,30 моль/л. Кратность пересыщения: 1'~ 13,38 (0,2 моль/л), 2' ~ 16,72 (0,25 моль/л), 3'~ 20,08 (0,3 моль/л).
В ходе эксперимента нами было проведено исследование влияния температуры на кинетику кристаллизации сульфата кальция из пересыщенного раствора в период активного роста зародышей твёрдой фазы, представленное на рис. 1 и 2. Процесс кристаллизации растворов с различной начальной концентрацией сульфата кальция в пересыщенном растворе происходил при значениях температуры 20 °С и 30°С. В ходе процесса осаждения
9
С 11 6 X и в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 2 (107)
исследуемая система анализировалась титриметрическим методом. Из полученных данных видно, что увеличение температуры ускоряет процесс кристаллизации и тем сильнее, чем выше начальная концентрация сульфата кальция. Характерное отличие кривых 3 и 2 от кривой 1 наглядно проявляется на обоих рисунках 1 и 2.
При исследовании влияния магнитного поля на процесс кристаллизации было создано постоянное магнитное поле при помощи магнитов в виде плоских дисков производства Пышминского опытного завода института ГИРЕДМЕТ. Материал магнита БтСоз, нормальная составляющая вектора магнитной индукции к поверхности 500 мТл. Напряженность постоянного магнитного поля регулировали расстоянием между дисками (шириной кюветы 15 и 35 мм). Магнитные диски прикреплялись к стенкам измерительной ячейки так, чтобы магниты работали на притяжение. Изменение концентраций солей в процессе осаждения в исследуемых системах (два параллельных образца) проводили титриметрическим методам. По полученным данным были построены графические зависимости, представленные на рис. 3 и 4.
Рис. 3. Кинетические кривые спонтанного осаждения сульфата кальция из
пересыщенного раствора в условиях
постоянного маг-нитного поля на притяжение: 1 - без магнит-ного поля,
начальная концентрация Са804 0,3 моль/л; 2 - магнитное поле (кювета 15 мм), начальная концентрация Са804 0,3 моль/л; 3 - магнитное поле, кювета 35 мм, начальная концентрация Са804 0,3 моль/л. Кратность пересыщения ~ 20,07 (0,3 моль/л)
Рис. 4. Кинетические кривые спонтанного осаждения карбоната кальция из пересыщен-ного раствора в условиях магнитного поля, полученные объёмным методом: 1 - без магнитного поля (начальная концен-трация СаСОз 0,00582 моль/л); 2 - магнитное поле, кювета 15 мм (начальная коцентрация СаСОз 0,00582 моль/л); 0 - концентрация СаСОз 1,1103 моль/л, соответствующая растворимости по справочным данным.
Кратность пересыщения 6,00.
Характер полученных зависимостей позволяет сделать вывод о влиянии силы магнитного поля (МП) на исследуемые системы. Наложение магнитного поля существенно ускоряет процесс осаждения солей. Для сульфата кальция кривая кристаллизации имеет явно выраженный индукционный пе-
9
С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №2(107)
риод (в начальный момент времени осаждения). По мере увеличения МП индукционный период сокращается, что приводит к более резкому снятию пересыщения. Влияние МП на осаждение карбоната кальция проявляется в более быстром снятии пересыщения практически до значения растворимости, в то время как полученная конечная концентрация карбоната кальция превышает справочную величину растворимости соли, приводимую в справочниках.
При кристаллизации сульфата кальция снятие пересыщения происходит только до значения 8,00-10"2 моль/л, в то время как его растворимость по справочным данным составляет 1,495-10"2 моль/л; а при кристаллизации карбоната кальция снятие пересыщения происходит до значения 4,00-10"4 моль/л, что ниже его растворимости по справочным данным, равной 1,1-10"3 моль/л. Наблюдаемые эффекты требуют дополнительного изучения. Проведено исследование влияния ингибитора осадкообразования типа АГАС на кинетику осаждения сульфата кальция при мольном отношении СаБОфИнгибитор = 1:0,5. Начальная концентрация сульфата кальция 0,3000 моль/л, концентрация ингибитора 0,1500 моль/л (50%). Полученные данные представлены на рис. 5. Из данных по кинетике осаждения видно, что магнитное поле и ингибитор оказывают на процесс осаждения солей противоположно-направленное воздействие: магнитное поле ускоряет процесс осаждения, а ингибитор - замедляет. Это дает предпосылки для создания двух-стадийного процесса водоподготовки: на первой стадии предполагается удаление примесей с применением постоянного магнитного поля, на второй - с добавкой ингибиторов с уменьшенным расходом реагентов.
Рис. 5. Кинетические кривые спонтанного осаждения сульфата кальция из пересыщенного раствора при 1=20°С: 1 - без ингибитора; 2 - концентрация ингибитора 0,15 моль/л. Кратность пересыщения: ~ 20,08 (0,3 моль/л).
Начальная концентрация Са804 0,3 моль/л.
Дальнейшие исследования направлены на поиск условий по более эффективному влиянию магнитного поля на снятие пересыщения солей (при более высоких значениях напряженности поля, различной структуры поля, различных форм его приложения и других факторов), что даст возможность исключить или свести к минимуму использование реагентов.
