حذف سختی آب در تاسیسات تهویه مطبوع

۵ ماه قبل ۱۶۷ ۰

سختی آب به صورت غلظت کاتیون های فلزی چند ظرفیتی در محلول تلقی میشود. سختی آب به دو گروه سختی کربناتی و غیرکربناتی تقسیم می شود. سختی کربناتی به دلیل یون های کلسیم و منیزیم ایجاد می شود. این یون ها نسبت به حرارت حساس هستند و در دمای بالا فوراً رسوب مینمایند. سختی ناشی از این یون ها را سختی موقت آب می گوئیم زیرا این نوع سختی با حرارت دادن حذف میشود. نوع دیگر سختی آب، سختی دائم است که از نمک های سولفات، کلرید و نیترات ناشی میشود و با جوشاندن قابل حذف نیست. مجموع سختی دائم و موقت را سختی کل می­گوئیم. در تجهیزات و مدارهای گرمایش و سرمایش، سختی موقت به دلیل ایجاد رسوب، همواره یک دشمن جدی تلقی میشود. هزینه حذف سختی آب بسیار کمتر از هزینه مقابله با پیامدهای ناشی از آن است. سختی گیرهای مورد استفاده در تاسیسات عمدتا به دو گروه سختی گیر رزینی و سختی گیر مغناطیسی تقسیم می شوند که در ادامه آنها را توضیح می­دهیم.­

سختی گیر رزینی

در فرآیند سختی گیری به منظور حذف یون های کلسیم و منیزیم آب سخت از میان رزین های تبادل کننده یون که در دستگاه وجود دارد عبور می­نماید. رزین تبادل یون سدیم خود را با کلسیم و منیزیم موجود در آب جابه جا می­نماید به گونه ای که آب عبور کرده از رزین فاقد سختی موقت و فقط دارای یون های سدیم (سختی دائم) می­باشد. در واقع در سختی گیر رزینی، سختی آب حذف نمی­شود بلکه سختی موقت که برای تجهیزات آسیب زا است با سختی دائم جانشین می­گردد. رزین سختی­گیر دارای ظرفیت محدود می­باشد. پیش از آنکه ظرفیت رزین سختی گیر اشباع گردد باید عملیات احیا رزین با محلول کلرید سدیم یا همان بلورهای نمک انجام شود.  شکل زیر تصویر یک رزین مورد استفاده در سختی گیر رزینی را نشان می دهد.

رزین سختی گیر

 

 وقتی که رزین با محلول نمک شستشو داده شود مجدداً یون های سدیم در ساختار آن قرار می­گیرند و رزین می­تواند دوباره عملیات حذف سختی موقت را انجام دهد. یک رزین می­تواند دفعات بسیار زیادی احیا شده و مجدداً در مدار سختی­گیر قرار بگیرد. شکل زیر اجزا اساسی یک سختی گیر رزینی را نشان می­دهد.

سختی گیر

ظرفیت یک سختی­گیر رزینی مقدار  جرم ذرات جامد(یون های کلسیم و منیزیم) آب است که سختی گیر میتواند در فاصله بین دو احیا خود آنها را با یون سدیم جانشین نماید. ظرفیت سختی­گیر رزینی معمولا با واحد گرین grain بیان می­شود. قبل از آنکه به توضیح روش محاسبه این ظرفیت بپردازیم باید به این سوال اساسی پاسخ داد که گرین چیست؟

واحد سختی در سیستم آمریکایی گرین در گالن است. هر یک gpg معادل وجود یک گرین (8.64 میلی‌گرم) کربنات کلسیم در یک گالن (78.3 لیتر) آب است. بنابراین یک سختی گیر به ظرفیت 50.000 گرین می‌تواند 50.000 گالن آب با سختی gpg 1 را تعویض یون کند و سپس باید وارد سیکل احیاء شود. با توجه به این توضیحات می‌توان دریافت که برای محاسبه ظرفیت سختی‌گیر به سختی کل آب و دبی آب سیستم نیاز است. برای مثال چنانچه به نرم سازی 100 گالن در دقیقه آب با سختی gpg 7 احتیاج باشد:

700=gpm100× gpg7

 به 700  گرین در دقیقه ظرفیت سختی‌گیری احتیاج داریم. حال چنانچه بخواهیم سیکل عملکرد دستگاه 10 ساعت باشد:

420000=10×60×700

به یک سختی گیر به ظرفیت 420.000 گرین احتیاج است. بنابراین برای محاسبه ظرفیت سختی گیر می‌توان از رابطه زیر استفاده نمود:

gpg×gpm×T(min)=Softener grain

از آنجاییکه واحد سختی در کشورمان ppm(قسمت در میلیون) است و هر gpg معادل ppm1/17 است فرمول محاسبه سختی گیر به شکل زیر بدست می‌آید:

ظرفیت سختی گیر

در این رابطه سختی کل به قسمت در میلیون و دبی به گالن در دقیقه و T زمان بین دو احیا بر حسب دقیقه می ­باشد.

همچنین با تبدیل گالن در دقیقه به متر مکعب بر ساعت و دقیقه به ساعت فرمول نهایی به شکل در می‌آید:

ظرفیت سختی گیر

زمان مورد استفاده در فرمول بنابر نظر طراح بوده و حداقل برابر یک روز کاری محاسبه می‌شود تا حین کار دیگ‌خانه نیاز به خارج کردن دستگاه از مدار نباشد. البته از آنجاییکه سیکل احیاء نسبتاً طولانی بوده و آب زیادی مصرف می‌کند و برای ایجاد ضریب اطمینان در احیاء کامل همواره مقداری آب اضافه بر نیاز نیز استفاده می‌شود هر چه بازه زمانی بین دو احیاء بیشتر باشد در مصرف آب و انرژی صرفه‌جویی خواهد شد.

حال که ظرفیت سختی گیر بدست آمد سوال اینجاست که به چه میزان رزین و نمک احتیاج داریم و ابعاد مخزن به چه ترتیب است؟ 

برای انتخاب رزین می‌بایست به جدول ارائه شده توسط سازنده مراجعه و ظرفیت آنرا محاسبه نماییم. اما به عنوان محاسبات سرانگشتی و نسبتاً دقیق برای رزین‌های کاتیونی قوی به ازاء هر 25 لیتر(یک کیسه رزین) می‌توان ظرفیتی معادل28.000 گرین را در نظر گرفت. نمک مورد نیاز برای احیاء سختی‌گیر طبق استاندارد ANSI44 باید دارای چنان کیفیتی باشد که بتواند با ازاء هر پوند(453گرم) 3350 گرین رزین را احیاء نماید. که البته در کشورمان این عدد با فاصله‌ای نسبتاً زیاد برابر5000 گرین به ازاء هر کیلوگرم نمک محاسبه می‌شود. که این یعنی یک دستگاه 400.000 گرین برای احیاء به 80 کیلوگرم نمک احتیاج دارد. در حالی که طبق استاندارد این احیاء می‌بایست با حداکثر 54 کیلوگرم نمک انجام شود.

سختی گیر

مثال 1 : اگر 8.8 گالن بر دقیقه آب از یک سختی گیر رزینی عبور نماید و سختی آب ورودی به سختی گیر 540ppm و فاصله زمانی بین دو احیا 48 ساعت باشد. سختی لازم برای این سختی­گیر چند گرین است؟

ظرفیت سختی گیر

نکته : ظرفیت یک سختی گیر رزینی به حجم و کیفیت رزین آن وابسته است.

سختی گیر مغناطیسی

با اتصال سختی گیر مغناطیسی به جداره لوله ها در هنگام عبور آب با سرعت خطی مناسب از محدوده این سختی­گیر، به دلیل میدان مغناطیسی که این سختی­ گیر ایجاد کرده است عملیات هسته زدایی و کریستالیزاسیون یون های کلسیم   Ca و منیزیم Mg انجام می ­شود. در واقع با تاثیر میدان مغناطیسی یون های کلسیم تغییر شکل می ­دهند و به توده ای از میکروکریستال ها تبدیل می شوند که در آب شناور باقی می­ مانند و دیگر رسوب نخواهند کرد. این خاصیت حداکثر تا 72 ساعت بعد از عبورآب از میدان سختی­ گیر وجود خواهد داشت و پس از آن یون ها به ساختار قبلی خود برمی­ گردند. این سختی گیر نیز مانند سختی گیر رزینی، در سختی کل آب هیچ تغییری ایجاد نمی­کند. در هر دو نوع سختی­ گیر بیان شده در صورت اندازه­ گیری سختی کل، مقدار آن قبل و بعد از دستگاه سختی­گیر، بدون تغییر است.

 

نگارش : رضا جعفری زاده، علیرضا اعتماد

منبع: دستنامه گرمایش، نشر نوآور، پیمان ابراهیمی، علیرضا اعتماد، علی فاضل


۰ دیدگاه