Декарбонізація води

При експлуатації систем водо- і теплопостачання найбільш гострою проблемою є внутрішня корозія, яка призводить до скорочення терміну експлуатації обладнання та трубопроводів під дією води, що циркулює в них, містить розчинені гази. До найпоширеніших і найнебезпечніших корозійно-агресивних газів відноситься СО2 (у літературі можна зустріти назви: діоксид вуглецю, вуглекислий газ, вільна вуглекислота тощо).

Велика кількість СО2, що значно перевищує рівноважну, утворюється за рахунок руйнування бікарбонатних іонів при пом'якшенні або демінералізації води з використанням Н-катіонування, підкислення або зворотного осмосу.

Декарбонізація води- це процес видалення з неї СО2 до залишкової концентрації, близької до рівноважної в системі «вода-повітря».

Оскільки парціальний тиск СО2 у повітрі значно менший за рівноважний тиск цього газу у воді, СО2 може десорбуватися (виділятися) з води в повітря. Чим більша поверхня зіткнення фаз вода/повітря, тим ефективніша десорбція СО2.

Принцип дії декарбонізатораполягає у забезпеченні великої поверхні зіткнення фаз вода/повітря та десорбції СО2 з води в повітря.

Як декарбонізатори можуть використовуватися практично будь-які пристрої, що забезпечують високий ступінь диспергування вихідної води і велику площу контакту її з повітрям (протиструмом або прямотоком).

Декарбонізатори часто класифікують за способом контакту фаз вода/повітря:

1. плівкові (з упорядкованою чи невпорядкованою насадкою),

2. барботажні, крапельні (вакуумно-ежекційні або розпилювальні),

Розрахунок параметрів процесу декарбонізації та вибір типу апарату завжди індивідуальні, оскількивихідні дані та граничні умови в кожній окремій технологічній схемі варіюються, наприклад:

Вихідна концентрація CO2 (Прямоточні водоструминні ежектори не ефективні при концентрації СО2 у воді більше 20 мг/л, а часто вона на порядок вища)
Необхідна залишкова концентрація СО2 (Досягнення залишкової концентрації СО2 3-5 мг/л можливе лише на протиточних насадочних декарбонізаторів).
Необхідна енергетична та масообмінна ефективність (Протиповітряні насадочні апарати в 4-6 разів енергоефективніші за прямоточні) і т.п.

Найбільш поширеним типом декарбонізаторів води є протиточні плівкові апарати з невпорядкованою насадкою, які мають високу масообмінну ефективність та низькі експлуатаційні витрати.

Рідше застосовують прямоточні розпилювальні декарбонізатори - у тих випадках, коли складно забезпечити роботу плівкових апаратів без засмічення насадки та в установках водопідготовки котелень з високою лужністю води після Н-катіонітових фільтрів, коли вимоги до залишкової концентрації СО2 перед вакуумною деаерацією відносно невеликі.

Інші типи декарбонізаторів застосовують значно рідше і обґрунтування їх вибору має, як правило, індивідуальний характер.

Протиструмові плівкові декарбонізатори з невпорядкованою насадкою.

Це циліндричні апарати, заповнені так званою насадкою - спеціальними об'ємними фігурами з нержавіючого матеріалу, які мають велику питому поверхню (керамічні кільця ).

Рашига, Палля, сідла Інталокс та ін.)

У такому декарбонізаторі вихідна вода надходить у верхню частину, де струменями рівномірно падає на насадку, поверхнею якої стікає тонкою плівкою в нижню частинуапарату. Знизу апарату, назустріч водному потоку подається повітря, яке захоплює за собою вуглекислий газ, що виділяється з води, і виходить через верхні патрубки.

Залишкова концентрація СО2 у рідкій фазі залежить від температури, швидкості потоку води, типу та обсягу насадки, а також від витрати повітря.

Прямоткові розпилювальні декарбонізатори.

При розробці прямоточних розпилювальних декарбонізаторів передбачалося створити апарати, що відрізняються від насадочних декарбонізаторів меншими габаритами та матеріаломісткістю.

При великій різноманітності конструкцій цих апаратів, всі вони засновані на створенні високошвидкісного потоку крапель води в ежекторі для забезпечення контакту води з великою кількістю повітря.

Принцип роботи (на малюнку показаний двосторонній двосекційний апарат): Вода, що обробляється, розпорошується форсунками в щілинну робочу зону, ежектуючи за собою повітря і забезпечуючи велику поверхню взаємодії фаз. СО2десорбується з води у повітря. Далі оброблена введення надходить у накопичувач і прямує споживачеві, а повітря разом із СО2через краплеуловлювач розсіюються в атмосферу.