สารยับยั้งตะกรันสําหรับน้ําหล่อเย็นและความแข็งคาร์บอเนตจํากัด

สิ่งที่เรียกว่าความกระด้างของลิมิตคาร์บอเนต (Hj) หมายถึงค่าวิกฤตที่ CaCO₃ ไม่ตกตะกอนภายใต้สภาวะและอุณหภูมิคุณภาพน้ําที่เฉพาะเจาะจง โดยที่ CO₂ อิสระหายไปหรือน้อยที่สุด โดยทั่วไป ในระบบน้ําหล่อเย็น ค่านี้จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 ถึง 4.5 มก. เทียบเท่า/ลิตร อย่างไรก็ตาม ด้วยการเติมสารยับยั้งกรดและตะกรัน ระบบน้ําหล่อเย็นสามารถรักษาระดับความแข็งของคาร์บอเนตให้สูงขึ้นได้ บทความนี้จะอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสารยับยั้งตะกรันสําหรับน้ําหล่อเย็นและความแข็งของคาร์บอเนตที่จํากัด โดยให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์สําหรับผู้เชี่ยวชาญด้านการบําบัดน้ํา

1 การเติมกรดและจํากัดความแข็งของคาร์บอเนต

ด้วยการเติมกรดลงในน้ําแต่งหน้า ความแข็งของคาร์บอเนตจะถูกแปลงเป็นความแข็งที่ไม่ใช่คาร์บอเนตซึ่งมีความสามารถในการละลายสูงกว่า (เช่น CaSO₄ และ CaCl₂) ซึ่งจะลดความแข็งของคาร์บอเนตของน้ําหมุนเวียนให้อยู่ในระดับที่ต่ํากว่าขีดจํากัดความแข็งของคาร์บอเนต ดังนั้นจึงป้องกันการปรับขนาด ปฏิกิริยาเคมี มีดังนี้

แบ่งปันวิธีการคํานวณปริมาณกรดที่จะเติมต่อไปโดยพิจารณาจากความแข็งของคาร์บอเนตและความแข็งของลิมิตคาร์บอเนต (Hj) ดังแสดงในสูตรต่อไปนี้

ในสูตร:
G คือปริมาณกรดที่เติม, กิโลกรัม/ชั่วโมง;
E คือมวลโมลาร์ของกรด สําหรับกรดซัลฟิวริก E = 49 และสําหรับกรดไฮโดรคลอริก E = 36.5;
Qm คือปริมาตรน้ําเสริมของน้ําหล่อเย็นหมุนเวียน, m³/h;
α คือความเข้มข้นของกรด;
HB คือความแข็งคาร์บอเนตของน้ําเสริม, มิลลิโมล/ลิตร;
H′B คือความแข็งคาร์บอเนตของน้ําเสริมหลังการบําบัดด้วยกรด มิลลิโมล/ลิตร

H′B สามารถคํานวณได้ดังนี้

ในสูตร: N คือความเข้มข้นทวีคูณ; Hj คือความแข็งคาร์บอเนตที่จํากัดของระบบน้ําหล่อเย็นหมุนเวียนในหน่วยมิลลิโมล/ลิตร

ขีด จํากัด ความแข็งคาร์บอเนตของน้ําหมุนเวียนหลังจากเติมกรดโดยไม่มีสารยับยั้งตะกรันสามารถคํานวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ในสูตร [O] แสดงถึงปริมาณการใช้ออกซิเจนในหน่วย มก./ลิตร t แสดงถึงอุณหภูมิของน้ําหมุนเวียนในหน่วย ℃

Hf′ คือความแข็งที่ไม่ใช่คาร์บอเนตหลังการบําบัดด้วยกรดที่เติมลงในน้ําเสริม มีหน่วยเป็น มิลลิโมล/ลิตร และสามารถคํานวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

2 การใช้สารยับยั้งตะกรันพร้อมการบําบัดด้วยกรดเพื่อจํากัดความแข็งของคาร์บอเนต

เมื่อใช้การบําบัดด้วยกรดเพื่อจํากัดความแข็งของคาร์บอเนตร่วมกับสารยับยั้งตะกรัน ประเภทของตัวยับยั้งตะกรันที่ใช้ควรกําหนดค่า Hj ที่เหมาะสม สารยับยั้งระดับทั่วไป ได้แก่ โพลีฟอสเฟต ฟอสโฟเนตอินทรีย์ (เกลือ) และกรดโพลีอะคริลิก

สารยับยั้งสเกลโพลีฟอสเฟต

โพลีฟอสเฟตส่วนใหญ่หมายถึงโซเดียมโพลีฟอสเฟต รูปแบบที่ใช้กันทั่วไปคือโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟต (หรือที่เรียกว่าโซเดียมโพลีเมตาฟอสเฟต) และโซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต สารยับยั้งเหล่านี้จะกระจายและทําให้อนุภาคคอลลอยด์เสถียร และมีความสามารถในการคีเลชั่นที่แข็งแกร่งสําหรับแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออน โซเดียมโพลีฟอสเฟตไม่เพียงแต่ทําหน้าที่เป็นตัวยับยั้งตะกรันเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติยับยั้งการกัดกร่อนอีกด้วย คุณสมบัติเฉพาะจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลของ [NaPO₃] _น , โดยที่ค่าของ n เป็นตัวกําหนดคุณลักษณะ โซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตมีสูตรทางเคมี [NaPO₃]₆ONa₂ และเป็นโพลีเมอร์ของโซเดียมเมตาฟอสเฟต (NaPO₃) เมื่อใช้เป็นตัวยับยั้งตะกรัน ความแข็งคาร์บอเนตจํากัด Hj ของน้ําหมุนเวียนสามารถประมาณได้โดยสูตรต่อไปนี้ ปริมาณโซเดียมเฮกซาเมตาฟอสเฟตโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 1 ถึง 5 มก./ลิตร โดยขีดจํากัดบนใช้สําหรับน้ําที่มีความแข็งคาร์บอเนตสูง โซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต (Na₅P₃O₁₀) มีความสามารถสูงในการคีเลตแคลเซียมไอออน โดยปริมาณโดยทั่วไปคือ 2 ถึง 5 มก./ลิตร และ Hj = 5 มิลลิโมล/ลิตร

ข้อเสียเปรียบของโพลีฟอสเฟตคือแนวโน้มที่จะสลายตัวเป็นออร์โธฟอสเฟตในน้ํา ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าโพลีฟอสเฟตไฮโดรไลซิส ระดับของการไฮโดรไลซิสได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น pH อุณหภูมิ เวลา และกิจกรรมของจุลินทรีย์ ไฮโดรไลซิสมีความสัมพันธ์เชิงบวกกับอุณหภูมิของน้ําและเวลาสัมผัส แม้ว่าจะเกิดขึ้นในอัตราที่ค่อนข้างช้า โดยมีอัตราการไฮโดรไลซิสโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 11% ถึง 35%

ฟอสโฟเนตอินทรีย์และเกลือของพวกมัน

สารยับยั้งตะกรันเหล่านี้มีประสิทธิภาพและยังให้การยับยั้งการกัดกร่อน ทําให้เป็นสารยับยั้งอเนกประสงค์ คุณสมบัติหลายอย่างคล้ายกับโพลีฟอสเฟต แต่มีความเสถียรมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะเกิดไฮโดรไลซิสน้อยกว่า แม้ที่อุณหภูมิสูงกว่าก็ตาม อย่างไรก็ตาม ฟอสโฟเนตอินทรีย์สามารถกัดกร่อนทองแดงได้ จึงไม่เหมาะสําหรับใช้ในระบบแลกเปลี่ยนความร้อนของทองแดง ฟอสโฟเนตอินทรีย์ทั่วไปและเกลือที่ใช้ในประเทศ ได้แก่ กรดไฮดรอกซีเอทิลดีนไดฟอสโฟนิก (HEDP), กรดอะมิโนไตรเอทิลีนฟอสโฟนิก (ATMP) และเอทิลีนไดเอมีนเตตรา (กรดเมทิลีนฟอสโฟนิก) (EDTMP) เมื่อใช้ร่วมกับโพลีฟอสเฟต สารยับยั้งเหล่านี้สามารถมีผลเสริมฤทธิ์กัน ปรับปรุงความแข็งคาร์บอเนตที่จํากัดของน้ําหมุนเวียน และลดปริมาณของสารแต่ละชนิด ความแข็งคาร์บอเนต จํากัด โดยทั่วไปสําหรับสารยับยั้งเหล่านี้มีดังนี้:

HEDP: Hj = 8 มิลลิโมล/ลิตร

ATMP: Hj = 9 มิลลิโมล/ลิตร

EDTMP: Hj = 8 มิลลิโมล/ลิตร

โพลีคาร์บอกซิเลทโพลีเมอร์

โพลีคาร์บอกซิเลทโพลีเมอร์เป็นโพลีเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันคาร์บอกซิล (หมู่คาร์บอกซิล) หรืออนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิก คาร์บอกซิเลตแอนไอออน (COO⁻) กําหนดคุณลักษณะของโพลีเมอร์เหล่านี้ โดยที่ M แทนโมโนวาเลนต์ไอออนบวก ไฮโดรเจน หรือหมู่เอมีน หลังจากนําลงไปในน้ํา หมู่คาร์บอกซิเลทจะแยกตัวออกเป็น COO⁻ และ M⁺ โดย COO⁻ มีหน้าที่ในการยับยั้งตะกรัน สารยับยั้งสเกลโพลีคาร์บอกซิเลททั่วไปที่ใช้ในประเทศ ได้แก่ กรดโพลีอะคริลิก, โซเดียมโพลีอะคริเลต, โพลีเมทิลเมทาคริเลต, โคโพลีเมอร์ของกรดอะคริลิกและไฮดรอกซีโพรพิลอะคริเลต, โคโพลีเมอร์ของกรดอะคริลิกและอะคริเลต และโพลีไฮโดรไลซ์ (กรดมาเลอิก) (แอนไฮไดรด์) ปริมาณโดยทั่วไปและค่าความแข็งคาร์บอเนต จํากัด ที่สอดคล้องกันมีดังนี้:

กรดโพลีอะคริลิก: 1–9 มก./ลิตร, Hj = 5.5–10 มิลลิโมล/ลิตร

โซเดียมโพลีอะคริเลต: 1–8 มก./ลิตร, Hj = 5.8–9 มิลลิโมล/ลิตร

โพลี (กรดมาเลอิก): 1–5 มก./ลิตร, Hj = 5–8.5 มิลลิโมล/ลิตร

สรุป

ด้วยการควบคุมความแข็งคาร์บอเนตที่จํากัดในระบบน้ําหล่อเย็นหมุนเวียน จึงสามารถป้องกันการเกิดตะกรันได้ การใช้วิธีการข้างต้นในการคํานวณปริมาณที่เหมาะสมของกรดและสารยับยั้งตะกรัน ควบคู่ไปกับการจํากัดความแข็งของคาร์บอเนตที่อนุญาตของระบบภายใต้สภาวะการทํางานเฉพาะ ช่วยป้องกันปัญหาการปรับขนาดในขณะเดียวกันก็ลดต้นทุนทางเคมีด้วย