پاورپوینت آب وعوامل تاثیر گذاربرروی این ماده

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بسم الله الرحمن الرحیم

اسلاید 2 :

آب وعوامل تاثیر گذاربرروی این ماده

اسلاید 4 :

مقدمه:
آب مهمترین سیال در حرارت و برودت است که وظیفه انتقال گرما در مبدلهای حرارتی را به عهده دارد . در برجهای خنک کن ، بویلرها و چیلرها از آب به عنوان مایع مبدل استفاده می شود به طوریکه گردش آب موجب تبادل حرارتی می گردد . معمولا آب استفاده شده در کاربردهای حرارتی و برودتی از نوع آب سخت است ، آبهای سخت تشکیل پوسته کربنات کلسیم می دهند که مشکلات متعددی را بوجود می آورد . این پوسته به شکل رسوب بر روی سطوح داخلی لوله های حامل آب باعث کاهش ظرفیت انتقال جریان آب و انتقال جریان حرارت می شود . هنگامی که آبهای سخت حرارت داده می شوند تشکیل پوسته ، خیلی سریعتر انجام می گیرد که مشکلات زیادی را در بویلرها و آبگرمکن ها به وجود می آورند.

یک پوسته به قطر یک میلیمتر بر روی سطوح گرم کننده یک آب گرم کن بصورت عایق حرارتی عمل کرده و در نتیجه تقریبا 10% افزایش هزینه به وجود خواهد آمد. معمولا کاتیونهای کلسیم و منیزیم در آب عامل رسوب هستند کاتیون کلسیم صرفنظر از نمک های آن که شامل سولفات کلسیم ، کلرو کلسیم و سایر نمکهای کلسیم می شود سختی کلسیم را تشکیل می دهند . همانطور کاتیون منیزیم باعث سختی منیزیم می گردد و چون عامل اصلی سختی آب ترکیبات معدنی این دو عنصر است لذا بطور کامل فرض می گردد که سختی کل آب از سبک کردن به کمک آب آهک و خاکستر کربنات سدیم و سبک کردن با استفاده از مبادله کننده های یونی به وجود می آید .

اسلاید 5 :

عناصر ایجاد کننده سختی آب
صابون عمدتا توسط کلسیم و منیزیم قابل ترسیب است، ولی به غیر از آنها فلزات دیگری نظیر آلومینیوم ، آهن ، منگنز ، استرانسیم و روی نیز در ایجاد سختی آب شرکت میکنند، ولی از این نظر که دو عنصر اولی در مقادیر زیاد در آبهای طبیعی وجود دارند، لذا سختی آب بطور عمده بر اساس این دو سنجیده میشود. ولی با وجود این ، اگر مقادیر فلزات دیگر قابل توجه باشد، باید آنها را نیز محسوب داشت.

اسلاید 6 :

محاسبه سختی آب
مقدار سختی آب ، برحسب اکیوالانهای کربنات کلسیم آنها محاسبه و بیان میشود.
تقسیم بندی سختی آب
انواع سختي:

1-    سختي كلسيم CaH Calcium Hardness

2-    سختي منيزيم MgH   Magnesium Hardness

3-    سختي كل TH   Total Hardness

4-    سختي دائم Permanent Hardness

5-    سختي موقت  Temporary Hardness

سختي كل (TH) مجمع مقدار كلسيم  (2+Ca) و منيزيم (2+Mg) مي باشد.

سختي دائم يا سختي غيركربناتي (Noncarbonated Hardness) شامل سختي بدون نمك هاي بي كربناتي (مانند كلرور ، سولفات و غيره) مي باشد.

سختي موقت يا سختي كربناتي (carbonated Hardness) شامل بي كربنات كلسيم و منيزيم است و از تفاوت سختي كل (TH) و سختي دائم بدست مي آيد. 

سختي كل با حرارت دادن از بين نمي رود ولي سختي موقت همانطور كه از نام آن پيدا است با حرارت دادن از بين  ميرود.

سختي موقت (سختي كربناتي ) كه بي كربنات كلسيم و منيزيم است با حرارت يا ازدياد pH مي توان  آن راكاهش داد

حرارت     Ca2+ + 2 HCO3- →  CaCO3 + H2CO3
حرارت     Mg2+ + 2 HCO3- →  MgCO3 + H2CO3
PH ازدیاد    HCO3- + OH- →  H2O + CO32-

اسلاید 7 :

طبقه بندی آب از نظر سختی
در بعضی از طبقه بندیها حداکثر سختی آبهای قابل شرب ، 300 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم تعیین شده است.

اسلاید 8 :

املاح غیر تاثیر گذار در سختی
املاحی که در تولید سختی موثر نیستند، عبارتند از:

اسلاید 9 :

روشهای نرم کردن آب:
1- الکترو دیالیز
2- تقطیر ،
3- انجماد
4- اسمز معکوس
وجود دارد که به علت پیچیدگی و گران بودن فقط در شرایط خاص بکار برده می شود .
در روشهای معمول از مواد افزودنی استفاده می شود که علاوه بر پایین بودن بازدهی مشکلات زیست محیطی نیز ایجاد می گردد .
5- روش سختی گیری رزینی
6- در حال حاضر سختی گیری و رسوب زدایی مغناطیسی به عنوان یک روش غیر شیمیایی و بدون نیاز به مواد شیمیایی افزودنی به آب و سازگار با محیط زیست با خواص بسیار مفید دیگر برای صنایع مختلف همواره به عنوان جایگزین مناسبی برای روشهای پیشین مطرح است

اسلاید 10 :

اصول سختی گیری و رسوب زدایی مغناطیسی:در این تکنولوژی از میدان مغناطیسی بعنوان مانعی جهت جلوگیری از تشکیل رسوب بر دیواره سطوح حامل آبهای سخت استفاده می شود . انتقال میدان مغناطیسی به داخل لوله های حاوی آبهای سخت بوسیله یک سختی گیر مغناطیسی با قدرتی معادل 12000گوس صورت میگیرد .

برای تحلیل عملکرد رسوب زدایی لازم است که ساختار مولکولی آب مورد توجه بیشتر قرار گیرد .
مولکولهای آب ذراتی دو قطبی هستند. اتم اکسیژن با جذب الکترونهای باند کوالانت خاصیتی منفی پیدا کرده و نقش قطب منفی را بازی میکند در حالی که اتمهای هیدروژن با داشتن هسته مثبت تنها یک الکترون در گردش دارد لذا هنگامیکه الکترون آن در باند کوالانت توسط اتم اکسیژن جذب می شود خاصیت مثبت پیدا کرده و نقش قطب مثبت دو قطبی را بازی میکند .

به همین دلیل مولکولهای دو قطبی آب یکدیگر را از طرف قطبهای مخالف جذب کرده و تشکیل پیوندهای هیدروژنی یا نیروی واندروالس را میدهند . اشکال سختی آب وابسته به همین پیوند می باشد در فاز بخار این پیوند بسیار ضعیف است در حالیکه در فازهای مایع و جامد این پیوند به ترتیب متوسط و قوی است . هنگامیکه یک نمک در آب حل میشود همین خاصیت دو قطبی بودن باعث تجزیه نمک به یونهای مثبت و منفی و جذب و احاطه آن توسط مولکول آب میشود به این فرایند حل شدن در آب یا هیدراته شدن می گویند هر چه تعداد مولکولهای آزادی که کم تر در پیوند هیدروژنی شرکت کرده باشند بیشتر باشد خاصیت هیدراته شدن بیشتر بوده و حلالیت آب بالاتر میرود .

به دو دلیل حلالیت آب افزایش پیدا میکند :

اولا با تشکیل کریستالهای خنثی ، فراوانی مولکولهای آزاد آب بیشتر میشود زیرا مولکولهایی که درگیر فرایند حلالیت یا هیدراته شدن بوده اند ، آزاد می شوند.
افزایش درصد مولکولهای آزاد در اثر میدان مغناطیسی است . میدان مغناطیسی باعث وارد شدن نیرو به مجموعه ای از مولکولهای آب که تشکیل پیوند هیدروژنی داده اند میشود .
با افزایش فراوانی مولکولهای آزاد آب ، خاصیت حلالیت به شدت افزایش پیدا کرده و آب شروع به حل کردن رسوبهای پیشین موجود در دیواره ها میکند ، به این ترتیب فرایند رسوب زدایی به مرور زمان تکمیل تر می شود

اسلاید 11 :

سختی گیرهای مغناطیسی و چیلرها:
در تاسیسات حرارتی و برودتی ، چیلر یکی از ضروری ترین و گران قیمت ترین اجزاء سیستم می باشد که در صورتیکه از نوع آب خنک باشد معمولا از یک برج خنک کن در کنار آن استفاده می شود که همین امر باعث انتقال مشکلات سختی و رسوب آب از برج خنک کن به چیلر می شود که زیان حاصل از این فرایند در چیلرها به مراتب سنگین تر و گران تر از برجهای خنک کن است . کاهش بازدهی چیلرها ، ایجاد رسوب در لوله های مسی کندانسور ، ایجاد خوردگی و فرسایش در چیلر ، نیاز به اسید شویی و هزینه ناشی از آن از عمده ترین مشکلاتی است که در اثر سختی و رسوب در چیلرها ظاهر میشود . در صورتیکه از فن آوری سختی گیری مغناطیسی در چیلرها به خصوص در ورودی کندانسور آنها استفاده شود ، نه تنها از بروز لایه های رسوب در آنها جلوگیری می شود بلکه به مرور زمان رسوبهای موجود نیز از بین رفته و نیاز به سختی گیری شیمیایی یا اسید شویی برطرف می شود . همچنین این امر باعث افزایش بازدهی برودتی چیلر شده و به مرور زمان شاهد افت راند مان سیستم نخواهیم بود

اسلاید 12 :

سختی گیری مغناطیسی در بویلرها:

معمولا بین اجزاء موتور خانه دیگ های آب داغ و بخار به علت کاهش حلالیت مواد معدنی در آب با افزایش دما بیشترین رسوب را تولید می کنند . یعنی با افزایش دما میزان حلالیت کربنات کلسیم و منیزیم که عمده ترین مواد سازنده رسوب هستند کاهش پیدا کرده و به صورت لایه ای سخت که عایق حرارتی نیز محسوب می شود در دیواره ها تشکیل می شوند . داده های آماری نشان می دهند که در صورت تشکیل لایه رسوب به اندازه یک شانزدهم اینچ به اندازه پانزده درصد به میزان سوخت مصرفی افزوده خواهد شد . در صورت استفاده از سختی گیر مغناطیسی در بویلر ها میتوان بسیاری از اثرات مضر و مخرب سختی را رفع نمود که از مهمترین مزایای کاربرد فن آوری میتوان به مواد ذیل اشاره نمود:

1- کاهش مصرف سوخت:
با شروع فرایند سختی گیری مغناطیسی در بویلرها شاهد کاهش مصرف سوخت بین 5% تا 12% خواهیم بود که علت عمده این امر رفع اثرات مخرب سختی کاهش پیوند هیدروژنی مولکولهای آب و افزایش بازدهی بویلرها به دلیل افزایش ضریب تبادل حرارتی مولکولهای آب است .

2- عدم نیاز به سختی گیرهای معمولی:با استفاده از روش سختی گیری مغناطیسی میتوان به راحتی سختی گیرهای معمول و تاسیسات مربوط به آنها را که عمدتا از نوع تعویض یونی ( سختی گیرهای رزینی ) هستند را حذف نمود و مهمتر اینکه شاهد فرایند رسوب زدایی نیز خواهیم بود به عبارت دیگر با گذشت زمان رسوب های موجود در سیستم نیز به مرور از بین می روند که این فرایند با روشهای معمول امکان پذیر نیست .

اسلاید 13 :

نگهداری آسان و اقتصادی بویلر:
در بویلرها به دلیل بالا بودن دمای آب میزان رسوب تشکیل شده بیشتر از قسمتهای دیگر موتور خانه ها است و با توجه به اینکه تقریبا انرژی اصلی تاسیسات از طریق بویلرها تامین می شود لذا نگهداری و راهبری این قسمت بسیار مهم و حائز اهمیت است معمولا خاموش کردن بویلرها ، سرویس آن و راه اندازی مجدد آنها یکی از پر هزینه ترین مراحل نگهداری است که علاوه بر صرف هزینه مواد شیمیایی و هزینه های انسانی ، هزینه توقف کل تاسیسات را که از انرژی بویلرها استفاده می کردند را نیز به سیستم تحمیل میکند . در صورت نصب سختی گیر های مغناطیسی علاوه بر رفع مشکل سختی و رسوب آب هزینه نگهداری ، مخارج توقف و راه اندازی مجدد سیستم نیز بر تاسیسات تحمیل نمی شود

کاهش آب مصرفی بویلرها:

با توجه به کمبود آب ، میزان آب مصرفی در تاسیسات یکی از مهمترین مسائلی است که پروژه های مسکونی و صنعتی با آن روبرو هستند . یکی از مهمترین دلایل افزایش مصرف آب در چنین مواردی استفاده از آبهای سخت است که علاوه بر کاهش بازدهی مبدلها جهت حفظ کیفیت آب نیاز تخلیه مقدار زیادی از آب بویلرها است که این امر به نوبه خود باعث مصرف مقدار زیادی آب در تاسیسات میشود

اسلاید 14 :

در صورت استفاده از فن آوری سختی گیری مغناطیسی می توان از آبهای سخت به صورت مستقیم در تاسیسات و بخصوص بویلرها استفاده نمود که به دلیل عدم نیاز به تخلیه حذف فیزیکی مشکلات سختی و رسوب ، میتوان در میزان آب مصرفی به مقدار زیادی صرفه جویی نمود .

اسلاید 15 :

سختی گیری رزینی

اسلاید 16 :

اجزاء دستگاه

اسلاید 17 :

برای سختی زدایی معمولاً از دستگاههای سختی گیر استفاده می شود. دستگاه شامل یک استوانه فلزی است که در داخل آن مواد موثر در سختی زدایی (رزین های تبادل یونی) قرار گرفته است رزینهای مزبور می توانند یونهای منیزیم و کلسیم را با یون سدیم مبادله نمایند، ضرورت دارد که رزین نو در دستگاه قرار گیرد و بعد از شستشو به فعال کردن و احیا رزین اقدام شود. راه اندازی، بهره برداری و تجدید بار دستگاه سختی زدایی ممکن است دستی یا با فرمان الکترونیکی به طور خودکار انجام گیرد.

مواد کاربرد سختی گیرها :

کاهش سختی آبهای آشامیدنی ( طبق استاندارد WHO ) مقدار سختی را در آبهای مصرفی بر حسب ca co3 معادل250 میلی گرم پیشنهاد شده است.
حذف سختی آب دیگ های بخار
حذف یا کاهش سختی آب در سیستم گرمایش و سرمایش
حذف یا کاهش سختی آب در صنایع نساجی و رنگرزی و..

اسلاید 18 :

مشخصات دیگر دستگاه سختی گیر رزینی:
در توليد اين دستگاه از ورقهاي فولادي  ST37 و يا ورقهاي گالوانيزه در ضخامتهاي معين استفاده ميگردد .
در انواع ساخته شده با ورق فولادي ، سطوح داخلي مخازن رزين پس از ساخت به وسيله رنگهاي اپوكسي پوشش داده و سطوح خارجي نيز رنگ آميزي روغني ميگردد
كف مخازن از نوع دو جداره بوده و مجهز به كلكتور مخصوص ميباشند و از صافي هاي پلاستيكي مخصوص جهت هدايت آب به خروجي استفاده ميگردد.
شيرآلات كنترل دستگاه در سه نوع دستي ،اتوماتيك و نيمه اتوماتيك عرضه ميگردند
به جهت بازرسي و سرويس ، دريچه هاي سر ر و (HEADHOLE) و  دست رو(HANDHOLE)  ، بر روي دستگاه سختي گير تعبيه گرديده است.
مخازن مورد استفاده براي احياء رزين (مخازن نمك) ، از نوع پلاستيكي و مجهز به فلوتر ميباشند .
هر دستگاه مجهز به فشار سنج ، شير هواگيري و شير نمونه گيري و تخليه ميباشد
 رزين دستگاه از نوع مرغوب و با ظرفيت بالا انتخاب ميگردد

اسلاید 19 :

واحدهای بکار رفته در سختی آب
در صورتی که مقادیر کاتیونهای مختلف برحسب میلی گرم بر لیتر (ppm) در دست باشد، معمولا جهت سهولت ، به کمک فاکتورهایی که از تقسیم وزن مولکولی کربنات کلسیم به وزن اتمی هر یک از عناصر بدست آمده ، کلیه این مقادیر برحسب کربنات کلسیم محاسبه و بیان میگردد. سختی آب ، معمولا بر حسب ppm یعنی mg/lit بیان میشود. علاوه بر این ، واحدهای آلمانی ، انگلیسی ، فرانسوی ، آمریکایی را نیز در بیان آن بکار میبرند؛هر یک از درجات فوق به ترتیب برابر 17.9 و 14.3 و 10 و 17.2 میلی گرم در لیتر کربنات کلسیم است

اسلاید 20 :

دید کلی
بطور طبیعی ، املاح متعددی در آب وجود دارند، ولی علاوه بر این املاح ، بعضی مواد شیمیایی در خلال فرآیند تصفیه به آب علاوه میگردند، از اینرو است که در پایان تصفیه و یا بطور کلی قبل از مصرف آبها، باید از نظر کیفی کنترل شوند. در مورد بعضی از این املاح توضیحاتی داده میشود.