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Processi di depurazione nell'acqua grezza Azione dell'acqua in
caldaia: incrostazioni, corrosioni, trascinamenti. Importanza del
trattamento dell'acqua (reintegro del vapore usato e perduto-
condense recuperate). Trattamento interno (acqua bruta con aggiunta
di prodotti chimici) o trattamento esterno (filtrazione,
demineralizzazione e degasazione) Maggiore è la pressione e la
temperatura in caldaia e quindi la potenzialità, maggiore è la
purificazione necessaria. Trattamento interno All'acqua vengono
aggiunte particolari sostanze capaci di far precipitare,
all'interno della caldaia, i costituenti la durezza sotto forma di
fanghi, melme, ecc. I fanghi vengono rimossi mediante spurghi e
lavaggi. Sistemi di depurazione: 1) Sistema a soda Solvay (soda
caustica). Si immette NaOH, che si trasforma in Na2CO3 : 12 g per
m3 di acqua e per ogni grado di durezza permanente. Reazioni:
Ca(HCO3)2 + 2 NaOH → Na2CO3 + CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + 4 NaOH → 2
Na2CO3 + Mg(OH)2 + 2 H2O CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4 Inoltre ad
alta temperatura Na2CO3 + H2O → 2NaOH + CO2 La CO2 è dannosa, viene
trascinata con il vapore: la dissociazione continua. I carbonati di
calcio e il magnesio idrato tendono a depositarsi. Meglio il
sistema a fosfato 2) Sistema a fosfato trisodico Na3PO4 (costa più
della soda): in commercio Na3PO4.12H2O o Na3PO4.10H2O. 30 g di
fosfato per m3 di acqua e per grado di durezza permanente. Si passa
così dai sali incrostanti ai sali non incrostanti. 3 Ca(HCO3)2 + 2
Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 3 Na2CO3 +3 H2O + 3 CO2 3 CaCO3 + 2 Na3PO4 →
Ca3(PO4)2 + 3 Na2CO3 3 CaSO4 + 2 Na3PO4 → Ca3 (PO4)2 + 3 Na2SO4 3
CaCl2 + 2 Na3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6 NaCl idem per il Mg. È opportuno
dosare il fosfato in leggero accesso (in particolare quando la
caldaia entra in funzione). La depurazione con fosfato è indicata
particolarmente quando abbiamo un elevato tenore di silicati,
perché vengono in buona parte abbattuti. Anche il ferro precipita
come fosfato. In effetti le reazioni sono molto più numerose e
complesse. Concludendo, il fosfato esplica molteplici funzioni: 1)
Evita le incrostazioni in caldaia dovute a durezza residua. Infatti
il calcio si trasforma in fosfato tricalcico che dà luogo ad un
precipitato polverulento, che non ingenera
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incrostazioni. 2) Esercita un'azione protettiva contro gli
attacchi caustici (NaOH) 3) Regola il pH (meglio della soda) 4) In
presenza di magnesio agisce come desilicante: si forma
fosfosilicato di magnesio, non incostante. Quindi il fosfato
trisodico, per questi vantaggi, viene molto usato come correttivo
in caldaia e nei processi di addolcimento (eliminazione di calcio e
magnesio). I trattamenti interni, usati in impianti di potenzialità
limitata, non eliminano però i sali in caldaia e favoriscono spesso
i fenomeni di schiumeggiamento e sollevamento. Bisognerà quindi
tenere sotto controllo: -acqua di alimentazione → durezza -acqua di
caldaia → durezza, alcalinità salinità (con misure di densità o di
conduttività) Trattamento esterno E’ usato per grossi generatori
a)Trattamento a calce soda ( Ca(OH)2 e Na2CO3) Il trattamento può
essere fatto a freddo e a caldo (80 ÷ 100 °C); a freddo è quasi
abbandonato → fosfato trisodico. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2 CaCO3 + 2
H2O CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + 2 NaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 +
CaCl2 Mg(OH)2 precipita ed esercita un’azione flocculante sugli
altri prodotti insolubili. b) Trattamento a fosfato trisodico, a
caldo (con ritorno di spurghi di caldaia) Si hanno le azioni già
viste: si elimina la durezza permanente e si può ottenere acqua con
durezza 0. Si procede in due tempi: 1) primo raddolcimento usando
gli spurghi alcalini di caldaia. La soda reagisce con i bicarbonati
di Ca e Mg secondo le solite reazioni. Avremo carbonato di calcio e
idrato di magnesio che precipitano, carbonato e solfato di sodio in
soluzione. 2) Intervento del fosfato trisodico, che agisce sui sali
di Ca e Mg formando fosfati, che precipitano e si eliminano
mediante scarichi di fondo; in caldaia vanno solo i sali di Na
(sodio). c) Trattamento con resine scambiatrici di ioni Principio:
si sfrutta la proprietà che hanno speciali corpi (zeoliti
(silicati), resine…) di effettuare uno scambio tra gli ioni
depositati sulla loro superficie e quelli contenuti nell'acqua,
quando questa viene a contatto con essi. Avremo due classi
principali di resine scambiatrici di ioni: cationiche: scambiano i
cationi anioniche: scambiano gli anioni resine cationiche → R.H2
carattere acido resine anioniche → R.OH carattere basico Importante
di una resina e la "capacità di scambio": si esprime in grammi di
carbonato di calcio CaCO3 per litro di resina e misura
quantitativamente gli ioni scambiati. Molto importante è la
resistenza meccanica dei granuli di resina, sottoposti in esercizio
a sollecitazioni meccaniche e chimiche che possono provocarne lo
sgretolamento. Possiamo avere due tipi di trattamento:
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1) a scambio di basi 2) demineralizzazione con resine cationiche
ed anioniche 1) Scambio di basi Si utilizzano resine cationiche
(zeoliti, permutiti,…). Sono allo stato sodico: R.Na2 Gli ioni
calcio e magnesio Ca++ e Mg++ vengono scambiati con lo ione sodio
Na+. I carbonati e solfati di Ca e Mg vengono sostituiti da
carbonati e solfati di Na, solubili. Eliminiamo la durezza ma la
salinità permane. Bisogna quindi tenere sotto controllo
l'alcalinità. La resine vengono rigenerate con una soluzione di
NaCl, cloruro di sodio. 2) Demineralizzazione La resine cationiche
trasformano i sali in acidi liberi, successivamente la resine
anioniche trattengono i radicali acidi → otteniamo così un'acqua
esente da sali. Vediamo il meccanismo: Torre cationica R.H2 + CaSO4
⇔ R.Ca + H2SO4 Rigenerazione: H2SO4 o HCl al 2 ÷ 5% R.Ca + 2 HCl ⇔
R.H2 + CaCl2 Torre anionica 2 R.OH + H2SO4 ⇔ R.SO4 + 2 H2O
Rigenerazione: NaOH al 2% o Na2CO3 al 10% R.SO4 + 2 NaOH ⇔ 2R.OH +
Na2SO4 L'acido, è ovvio, non deve andare in caldaia (corrosioni):
bisogna quindi fare molta attenzione e controllare il pH. Inoltre
bisogna tener presente che l'acqua demineralizzata è fortemente
corrosiva, perché satura di ossigeno e priva di sostanze
inibitrici. Bisogna quindi degasarla, anche nel caso che l'acqua
demineralizzata, dopo un miscelamento, subisca un ulteriore
degasazione. Riepilogando, i principali vantaggi della
demineralizzazione sono:
1. produzione di acqua molto pura 2. eliminazione completa della
CO2 3. soppressione della distillazione 4. non occorre
somministrare calore → indipendenza dal funzionamento delle caldaie
5. elasticità nella produzione (punte molto variabili)
Svantaggi • non trattiene le sospensioni colloidali (tra cui
sostanze organiche e parte della
silice). Le sostanze colloidali presenti nell'acqua da trattare
isolano la superficie attiva dei granuli rendendola inefficiente.
L'acqua da depurare deve avere torbidità molto bassa (inferiore a
cinque ppm di SiO2). In caso contrario necessita un filtro
chiarificatore.
• costo elevato delle resine • necessità di un certo reintegro
annuo per sopperire alle perdite in esercizio • consumo elevato di
reagenti quando l’acqua ha elevata salinità • pericolo che, a causa
di un errore di manovra, una deficienza di controllo o una
segnalazione errata degli strumenti di misura, venga inviata
acqua molto aggressiva agli apparecchi utilizzatori.
d) Distillazione È stato l'unico mezzo usato in passato per
produrre acqua pura. Con la distillazione non si ottiene un’acqua
completamente esente da sali. Infatti, nell’evaporazione si
verificano sempre dai trascinamenti di sali, che si ritrovano poi
nel condensato. Per limitare i
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trascinamenti, si tiene basso il coefficiente di vaporizzazione
specifica e si utilizzano svariati altri accorgimenti analogamente
a quanto si fa per i corpi cilindrici delle caldaie. Ricordiamo che
un distillatore funziona sostanzialmente come una caldaia e quindi
soffre degli stessi inconvenienti. Si ricorre sempre alla
distillazione nel caso di acque ad elevato contenuto salino (acqua
di mare, per esempio) dove la demineralizzazione è economicamente
svantaggiosa per elevato consumo di reagenti richiesta. e)
Degasazione E l'operazione con cui si eliminano i gas disciolti
nell'acqua e cioè in particolare ossigeno e anidride carbonica. La
degasazione deve essere tanto più spinta quanto più pressione e
temperatura sono elevate (pressioni maggiori di 10 bar). L'acqua
degasata è avidissima di gas e basta anche un brevissimo contatto
con l'aria perché l'effetto della degasazione sia annullato. È
importante quindi evitare zone in depressione (pompe, rami
aspiranti, eccetera) e mantenere leggere sovrapressioni (serbatoi,
tubi di adduzione). La solubilità di un gas nell'acqua è
direttamente proporzionale alla pressione e inversamente alla
temperatura (e su questo si basano i degasatori termici). La
degasazione può essere effettuata per 1)via fisica → meccanica (o
aerazione) o termica 2) via chimica 1) degasazione a caldo → in
pressione o in depressione 2) degasazione chimica → idrazina N2H4 e
Na2SO3 Ricordiamo poi un altro accorgimento → trucioli metallici
(il ferro si ossida e fissa l'ossigeno).
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Vapore
Serbatoio Alimento
Alla Pompa AI imen re_.."..
Fig. 21 - Rappresentazione achematiea di un degasatore a
caldo,
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ACCESSORIUgelli atomizzatori
Riempimento a piatti forati o cassette
Valvola di sicurezza
Valvola di sfiato
Gruppo di riduzione vapore
Indicatore di livello
Loop controllo acqua di make-up
Troppo-pieno
Scale, passerelle e coibentazione
mantenuta attraverso l'azione di una valvola di tipo
auto-azionato o in alternativa attraverso una valvola di
regolazione sulla linea vapore, comandata da un trasmettitore di
pressione. Il trasmettitore di livello posizionato sul serbatoio di
accumulo comanda invece la valvola di regolazione sulla linea acqua
di make-up. Un termometro ed un manometro visualizzano le
condizioni operative dell'apparecchiatura.
Divisione Trattamento AcqueartesSede Operativa di SalernoZona
Industriale Loc. Staglioni - 84020 Oliveto Citra (SA) - ITel.
+39-0828995292 - Fax +39-0828995490e-mail:[email protected] -
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Artes Ingegneria S.p.A.
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S.p.A.
Divisione Trattamento Acque artes
UNIVERSITA’ DI FIRENZEFacoltà di Ingegneria
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Dipartimento di Energetica “S.Stecco”Sezione di Macchine
Corso: SISTEMI ENERGETICI - Classe: INGEGNERIA INDUSTRIALE,
Laurea: INGEGNERIA MECCANICA
Scambiatore a miscela (Degasatore) - 1
La rigenerazione si può effettuare anche con uno scambiatore a
miscelaLe due portate (spillamento
ed acqua di alimento) sono miscelate in proporzioni tali da
ottenere le condizioni di saturazione (liquido sotto; vapore
sopra); il liquido estratto non è sottoraffreddato
La pressione dell’acqua di alimento e quella dello spillamento
devono essere uguali