Растворимость газов в воде при различных давлениях и температуре. Два основных пути снижения концентрации газов в воде.

Растворимость газов (He, Ne, H₂), молекулы которых имеют небольшие размеры, весьма мала. Растворимость благородных газов резко возрастает с увеличением их молекулярной массы.

Газы, молекулы которых образуют водородные связи и химические соединения с молекулами воды, растворяются весьма хорошо (CO₂, Cl, H₂S, SO₂, NH₃).

Рассмотрим зависмость растворимости газов от давления (рис.1.3.15 и 1.3.16). При давлениях, близких к атмосферному, растворимость газов в воде растет обычно пропорционально давлению. При повышенных давлениях такая зависимость соблюдается для легких газов (водород, гелий) с удовлетворительной точностью до 10 Мпа. При более высоких давлениях растворимость ниже, чем должно быть по линейной зависимости. Рост растворимости тяжелых углеводородных газов (этан и т.д.) замедляется уже при сравнительно невысоких давлениях.

Зависимость растворимости газов в воде от температуры так же неоднозначна. В области низких и умеренных температур оастворимость уменьшается с температурой (рис.1.3.17). С повышением температуры растворимость после минимального значения снова начинает расти (рис.1.3.15, 1.3.16).

Минимум растворимости для наиболее легких газов (гелий, водород, неон) наблюдается при температуре до 50 ^оС, для азота - около 75^оС, для аргона, кислорода, криптона, метана, этана - при температуре 90-100^оС, для диоксида углерода - около 150^оС, для сероводорода - примерно 180^оС. Для полярного газа, образующего эффективные водородные связи с водой, аммиака признаков приближения минимума растворимости не наблюдается при исследованиях до 318^оС.

Наличие отрицательного коэффициента растворимости и минимума растворимости газов в воде используется для дегазации - удаления из питательной воды агрессивных газов (O₂, CO₂). При нагреве воды в деаэраторе до температуры кипения парциальное давление газов над поверхностью воды снижается до нуля и газы переходят из воды в газовую среду. Выделяющиеся газы вместе с частью водяного пара непрерывно удаляются из деаэратора.

Наиболее эффективно удаление газов из воды происходит при температуре кипения, соответствующей минимуму растворимости данного газа. В деаэраторах атмосферного типа (р = 0.12 МПа, t_s = 104^оС) происходит эффективное удаление кислорода, а в деаэраторах повышенного давления (р = 0.7 Мпа, t_s = 165^оC) - диоксида углерода (CO₂).

Процесс термической диаэрации. Требования к термическому диаэратору

Процесс может проводиться с помощью различных способов.

Среди них можно назвать наиболее распространенные:

· Термическая деаэрация.

· Вакуумная деаэрация.

· Десорбционная деаэрация.

Во всех трех случаях принцип разделения воды и растворенных в ней газов основан на разрыве связей между молекулами воды — они рвутся в самых непрочных местах, то есть там, где в воде расположены пузырьки и молекулы растворенных в ней газообразований.

Соответственно, газы высвобождаются из жидкости, и она оказывается подготовленной к дальнейшему применению.

Существует также химическая деаэрация — целью являются молекулы веществ, которые будут разлагаться с выделением газов на дальнейших фазах технологического цикла; в качестве примера можно назвать гидрокарбонат натрия.

В зависимости от характера процессов, протекающих в деаэраторе, к его конструкции предъявляют следующие основные требования:

1) во всех ступенях деаэратора должен обеспечиваться непрерывный процесс, т.е. должны отсутствовать циркуляционные точки, которые могли бы привести к проскоку необработанной воды. Не должно быть застойных зон, особенно в паровом пространстве деаэратора;

2) должен быть обеспечен четкий противоток воды и пара;

3) деаэратор должен вентилироваться необходимым количеством пара. Пар должен содержать минимальное количество газов, удаляемых из воды деаэраторе;

4) при обработке воды в деаэраторе должны быть максимально развиты поверхности контакта фаз и конструкция деаэратора должна обеспечивать многократную обработку воды паром;

5) конструкция деаэратора должна обеспечивать удаление мельчайших пузырьков газа, выделяющихся из воды при нагревании;

6) перед последней ступенью деаэрации вода должна выдерживаться при температуре, близкой к насыщению;

7) конструкция деаэратора должна исключать возможность повторной аэрации обработанной воды;

8) процесс деаэрации должен быть автоматизирован.

27. Основные типы термических деаэрационных установок

Термические деаэраторы принято классифицировать по рабочему давлению и по способу организации соприкосновения фаз.

По рабочему давлению выделяют следующие типы деаэраторов:

- вакуумные, работающие при абсолютном давлении в корпусе от 0,075 до 0,5 атмосфер;

- атмосферные, абсолютное давление в которых варьируется в диапазоне от 1,1 до 1,3 атмосфер;

- повышенного давления, работающие при абсолютном давлении от 5 до12 атмосфер.

Способ организации соприкосновения фаз определяется конструкцией деаэратора. Поскольку в одном и том же деаэраторе, как правило, применяется несколько отличающихся друг от друга по принципу действия деаэрационных устройств, современные деаэраторы являются обычно комбинированными. При этом выделяют следующие основные типы деаэрационных устройств (или отдельных элементов деаэраторов):

-струйные, в которых поверхность раздела фаз образована поверхностью свободно падающих в паровом потоке струй воды;

-барботажные, в которых греющий теплоноситель в виде паровых пузырей распределяется в потоке воды;

-пленочные, где поверхность раздела фаз образуется при пленочном течении воды в паровом потоке;

-капельные, в которых вода распределяется в паровом потоке в виде капель.