Файл: Г.В. Ушаков Контрольные задачи по курсу Водоподготовка и методические указания по их выполнению.pdf

7

зацию щелочности. Чаще всего в качестве индикаторов для определения щелочности воды пользуются метилоранжем и фенолфталеином; поэтому различают щелочность по метилоранжу Щм, на-

зываемую также общей щелочностью, и щелочность по фенолфталеину Щф. Между этими величинами имеются различные соотно-

шения в зависимости от характера щелочности.

Так, если анализируется раствор едкого натра, то Щф = Щм; если раствор соды, то Щф = 0,5Щм; если раствор, содержащий только бикарбонаты, то Щф = 0 и т. д. Руководствуясь соотношением между Щф и Щм, можно определить, какими именно соеди-

нениями обусловлена щелочность данного водного раствора. Однако часто для решения этой задачи требуются и дополнительные сведения, в частности необходимо знать концентрацию ионов SiO32- или HSiO3-, знание содержания гуматов, фосфатов и т. д.

Если в воде могут присутствовать из щелочных соединений только гидраты, т.е. NаОН, Са(ОН)2 или Мg(ОН)2, затем карбонаты Nа2СО3, СаСО3, МgСО3 и, наконец, бикарбонаты, т. е. NаНСО3, Са(НСО3)2 и Мg(НСО3)2, то, обозначая эти щелочности соответственно через гидратную щелочность Щг, карбонатную - Щк и би-

Так как в воде бикарбонаты и гидраты взаимно нейтрализуют-

ся:

NаОН+NаНСОз=Nа2СОз+Н2О,

то эта система уравнений распадается на две самостоятельные. Первая система

относится к тому случаю, когда в воде отсутствуют бикарбонаты и когда Щф > 0,5Щм.

Вторая система:

8

соответствует тому случаю, когда присутствуют бикарбонаты и отсутствуют гидраты; при этом Щф < 0,5Щм. Все возможные вари-

анты Щг, Щк и Щб представлены в табл. 2, в которой даны так-

же и формулы для вычисления этих величин, исходя из значений

Щф и Щм.

Конечно, соотношениями, приведенными в табл. 1, можно пользоваться лишь тогда, когда щелочность заведомо обусловлена лишь гидратами или бикарбонатами и карбонатами. Соотношения существенно усложняются, если присутствуют также фосфаты, гуматы и силикаты.

Таблица 2 Варианты систем, состоящих только из гидратной, карбонатной и

бикарбонатной щелочностей

2.4. Накипеобразование

Независимо от характера потребления воду на электростанциях и в промышленных котельных подвергают нагреванию или охлаждению; в ряде случаев в нее вводят те или иные реагенты. Как следствие воздействия на воду тепла и реагентов, а также из-за упаривания ее в паровых котлах в ней протекают различные физи- ко-химические процессы, в результате чего одни соединения разрушаются, а другие образуются. Это ведет во многих случаях к возникновению различных труднорастворимых веществ, которые и выделяются из пересыщенных растворов в виде осадка, т. е. твердого вещества или, как часто говорят, в виде твердой фазы. Такими

9

веществами являются соединения кальция и магния, а также продукты коррозии железа и медных сплавов.

Как известно, образование и выпадение осадка происходит только из пересыщенных растворов того или иного соединения. Следовательно, выпадение твердой фазы из раствора становится возможным лишь при определенных условиях. Одно из этих условий заключается в соблюдении правила произведения растворимости.

Если через КА обозначить труднорастворимое соединение

(соль), в котором К+ означает катион, а А− - анион, то для насыщенного раствора этого соединения имеет место следующее равенство:

которое достаточно точно для сравнительно разбавленных растворов; [K +] и [A−] означают концентрации соответственно ка-

тиона и аниона, выраженные в г-ион/л.

Физический смысл этого равенства заключается в том, что в насыщенном растворе труднорастворимого вещества произведение концентраций находящихся в растворе ионов, из которых состоит это вещество, при данной температуре есть величина постоянная (const). Эта величина называется произведением растворимости

(ПР).

Следовательно, если [K +][A−] < ПР - раствор ненасыщен и

осадок выпадать не будет; при [K +][A−] > ПР - выпадение осадка,

вообще говоря, оказывается неизбежным. Численное значение величины ПР различно для различных соединений; для каждого данного вещества величина ПР зависит от температуры раствора.

Если труднорастворимое вещество имеет формулу Kn Am КnАm, то уравнение для произведения растворимости примет

следующий вид:

Например, для Са(ОН)2 следует написать [Ca2+][OH −]2 = ПР, а

для СаСО3 - [Ca2+][CO32−] = ПР.

Следует обратить внимание на то, что по правилу произведения растворимости для образования осадка, например СаСО3, совсем не обязательна высокая концентрация в растворе именно иона

10

кальция. Осадок СаСО3 может выпасть и при малом значении [Ca2+], т. е. при малой жесткости раствора, если концентрация карбонатного иона [CO32−] будет столь большой, чтобы произведе-

ние [Ca2+][CO32−] превысило величину ПР при данной темпера-

туре.

Если известна величина ПР, то можно определить растворимость S вещества в г-моль/л, которая, например, для веществ типа КА будет равна

Выпадение осадков (кристаллизация) может происходить непосредственно на поверхностях нагрева. Такое явление называется первичным процессом накипеобразования, в результате которого возникают обычно твердые накипные отложения. Вторичный процесс накипеобразования характеризуется тем, что осадки вначале выпадают в толще котловой воды, а в последующем возникшие взвешенные частицы образуют прочно сцепленные с поверхностью нагрева вторичные отложения.

Количество, вносимых в котел накипе- и шламообразователей, за период времени t может быть определено по формуле

где Жо - концентрация накипеили шламообразующих веществ в

Эк - численное значение эквивалента для рассматриваемого веще-

ства или средневзвешенное его значение для данной группы веществ; Dпв− количество питательной воды, т/ч.

На практике величина t может равняться 7000-8000 ч, когда вскрытие котла и чистка внутренних поверхностей нагрева проводятся один раз в год. Естественно поэтому, что даже при малых значениях Жо получаются большие величины Вр, особенно для

котлов высокой производительности Dп.в.

Паровой котел по отношению к накипе- и шламообразующим веществам является до некоторой степени суммирующим, собирающим аппаратом. Опыт эксплуатации показывает, однако, что далеко не все вещества, попадающие в котел, остаются в нем в виде