Кинетические характеристики превращения гидрокарбоната кальция в карбонат и перехода последнего в твердую фазу в присутствии инородных для модельной системы добавок

• Автор: Пшеничникова, Вера Георгиевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 164 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Некоторые сведения о механизме превращения

гидрокарбоната кальция в карбонат.

1.2. Изменение системы по ходу превращения гидрокарбоната кальция в карбонат и перехода последнего в твердую фазу.

1.3. Внос извне и формирование в системе центров кристаллизации карбоната кальция

1.4. Ингибирование и другие пути воздействия органических и минеральных добавок в процессе превращения гидрокарбоната

кальция в карбонат и перехода последнего в твердую фазу

1.5. Сорбционная способность волокнистых материалов и ее

характер исти ки.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. Характеристика реагентов, добавок и иных химических материалов, использованных для эксперимента и контроля
за ходом его протекания
2.2. Получение раствора гидрокарбоната кальция и стабилизация
его характеристик
2.3. Описание экспериментальных установок и методик
проведения эксперимента
2.4. Статистическая обработка проводимых измерений и полученных
в эксперименте параметров и закономерностей
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ рНМЕТРИЧЕСКОЙ КРИВОЙ ПРИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ УВОДЕ ИОНОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ ЖИДКОЙ
ФАЗЫ ЗА СЧЕТ АДСОРБЦИИ НА ТВЕРДОМ АДСОРБЕНТЕ.
3.1. Изменение и кинетические закономерности убыли
соединений кальция в растворе в присутствии различных
волокнистых материалов.
3.2. Влияние кожевенных и резиновых материалов на характеристики рНметрической кривой и кинетической кривой
убыли соединений кальция в жидкой фазе.
3.3. Поиск моделей для изучения закономерностей адсорбции
ионов кальция волокнистыми и кожевенными материалами.
ГЛАВА 4. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДР0КАРБАТА КАЛЬЦИЯ В КАРБОНАТ И ПЕРЕХОДА ПОСЛЕДНЕГО В ТВЕРДУЮ ФАЗУ В ПРИСУТСТВИИ ВОДОРАСТВОРИМЫХ
МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК
4.1. Ингибирующие свойства солей меди и никеля и их
характери стики
4.2. Влияние добавок минеральных солей на характеристики процесса превращения гидрокарбоната кальция в карбонат и
перехода последнего в твердую фазу
4.3. Некоторые характеристики влияния медной, никелевой
и цинковой поверхности перемешивающего устройства.
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДРОКАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ В КАРБОНАТ И ПЕРЕХОДА ПОСЛЕДНЕГО В ТВЕРДУЮ ФАЗУ
5.1. Влияние добавок индивидуальных водорастворимых органических соединений на процесс превращения гидрокарбоната кальция в карбонат его количественные характеристики
5.2. Влияние добавок некоторых индивидуальных
водонерастворимых органических соединений.
5.3. Влияние добавок сложных органических композиций на характеристики рНметрической кривой и перехода
карбоната кальция в твердую фазу
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Инкрустация солей жесткости протекает в природных, оборотных, пластовых и сточных водах. Каждая из этих вод имеет свою временную и постоянную жесткость, свое индивидуальное состояние углекислотного равновесия, свой качественный и количественный состав минерапизирующих веществ, индивидуальные наборы жидких и твердых примесей органических и неорганических соединений. К тому же каждая из таких вод в процессе своего перемещения и технологических операций контактирует с твердыми поверхностями коммуникаций и оборудования, представленными различными материалами, имеющими различную шероховатость, свои наборы гидродинамических сопротивлений, разную степень загрязненности, а следовательно и далеко не одинаковую поставку твердых и иных примесей в систему. Более того, указанные воды имеют разную температуру, а температура поверхности, с которой они контактируют, может существенно отличаться от температуры самой воды. Наконец, каждая из вод в процессе своего использования или переработки перемещается, причем диапазон скоростей перемещения может варьироваться в очень широких пределах.
Все перечисленные выше факторы имеют прямое отношение к процессу превращения гидрокарбоната кальция в карбонат и переходу последнего в твердую фазу. Одни из них благоприятствуют последнему, другие, наоборот препятствуют. Влияют они и на эффективность используемых путей борьбы с инкрустацией солей жесткости. Особенно это касается наиболее прогрессивного и наименее затратного способа ингибиторов. Поэтому передки случаи, когда прекрасный ингибитор в одних системах и условиях становится практически неэффективным в других, и наоборот. Л сам подбор ингибиторов пока приходится вести методом простого перебора.
Чтобы подбор ингибиторов стал прогнозируемым, нужно накопить определенную базу данных о путях влияния различных добавок на углекислотное равновесие системы превращающегося в карбонат гидрокарбоната кальция как неосложненного, так и осложненного переходом последнего в твердую фазу, выявить и количественно охарактеризовать весь набор путей влияния таких до
бавок на кинетические и балансовые характеристики процесса, определить, какие из них благоприятствуют тому или иному конечному результату, сформулировать требования, которые являются обязательными, чтобы у добавки проявился устойчивый ингибирующий эффект. Решение некоторых задач в указанном направлении и представляет предмет данной диссертационной работы.
ОБЩАЯ ХАРАК ТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ


Это и определяет перспективность данного метода как основного для массового использования во многих практически важных областях. Главный его недостаток подбор ингибиторов все еще ведется практически полностью эмпирически. Это является непосредственным следствием недостаточной изученности механизма и кинетических закономерностей превращений гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов в карбонат в разбавленных водных растворах и широким диапазоном условий протекания . Прибегая к часто используемой форме записи гомогенного гетерофазного химического процесса механизм превращения гидрокарбоната в карбонат можно представить следующим образом 2. СаНС С СаС НС Са2С5 СаС и т. В объеме жидкой фазы концентрация реакционного С отвечает состоянию динамического равновесия системы быстрых обратимых последовательнопараллельных реакций в растворе. В объеме реакционной смеси состояние динамического равновесия не нарушается. Следовательно, можно считать, что превращение гидрокарбоната кальция в карбонат здесь не протекает . Вблизи от поверхности контакта жидкой и все время обновляемой газовой фазы расположена зона нарушения состояния динамического равновесия записанной выше системы обратимых химических реакций в растворе за счет необратимой массопередачи С из жидкой фазы в указанную газовую фазу. Это и есть зона протекания рассматриваемого химического превращения, лимитирующей стадией которого является массопередача реакционного С из жидкой фазы в газовую ,. В рассматриваемом случае есть еще одна гетерофазность, обусловленная массопередачсй СаСОз из жидкой фазы в твердую. Эта стадия также оказывает определенное воздействие на скорость процесса в целом, но лимитирующей стадией превращения гидрокарбоната кальция в карбоната она не является . С кинетической точки зрения превращение гидрокарбоната кальция в карбонат представляет собой направленное смещение равновесия записанной выше системы последовательнопараллельных реакцийстадий в жидкой фазе как следствие изменения концентрации растворенного С при контакте данного раствора с газовой фазой, в процессе которого диоксид углерода уходит в газовую фазу, что в дальнейшем индуцирует переход образовавшегося карбоната кальция из пересыщенного раствора в твердую фазу в виде суспензии и отложений на поверхностях . Км коэффициент массопередачи С из жидкой в прогонную газовую фазу Гж. Сас, Са1 концентрация оксида углерода соответственно в объеме и равновесная с содержанием С в проточной газовой фазе. СО2ач0, 1. УКмРж. Сач 1. Отвечающую состоянию динамического равновесия концентрацию диоксида углерода в растворе, то есть Сая можно представить в виде функции НС и Са2. Это приводит к тому, что кинетическое уравнение для лимитирующей стадии теряет вид уравнения массопередачи и приобретает вид обычного кинетического уравнения для простой химической реакции. ЭфНСОз2, 1. При этом отмечается, что уравнение 1. При превращении гидрокарбоната кальция в карбонат уравнение 1. УсЦСаск к2Са 1. АУс1Сс1т к,НСОз2 1. Са0Стгаз Сао где к, 1. Для гидрокарбонатов щелочных металлов уравнение 1. Ькэф. Следует обратить внимание на одинаковые структуры констант скоростей и к2 уравнение 1. Различия в них лишь в коэффициентах массопередачи. В литературе они, как правило, не рассматриваются и не обсуждаются, хотя численные значения к, и к2 различны к обычно больше к2 ,,. При переходе от механического перемешивания к пневматическому эти различия заметно возрастают. Описанные в литературе сведения показывают, что уравнения 1. В частности, при использовании механического или пневматического перемешивания, в большом диапазоне температур ,, , в отсутствие и в присутствии минерализующих добавок ,,, добавок различных органических соединений , ингибиторов инкрустации солей жесткости , , , и т. Все приведенные в схеме механизма реакции являются обратимыми. Большинство их относится к реакциям ионного типа, быстро протекающими и контролируемые диффузией частиц в жидкой фазе . В литературе приведены следующие значения констант равновесия рассматриваемытх реакций нумерация принята по схеме механизма процесса на стр. Известны следующие значения К.