اکسیژن زدا

اکسیژن زدا : سیستم های دیگ بخار (بویلر) در فرآیند کاریشان با دو گاز اکسیژن و دی اکسید کربن محلول در آب ورودی به آنها مواجه هستند. وجود این گازها موجب ایجاد خوردگی در دیگهای بخار و سامانه های حرارتی میگردد و در بلند مدت دستگاه را از کار خواهد انداخت معمولا اکسیژن محلول در آب را به دو صورت فیزیکی و شیمیایی رفع می.کنند هوا زدایی مکانیکی و حرارتی از جمله روش های فیزیکی و استفاده از مواد شیمیایی مانند DEHA ، سولفیت سدیم ، کربوهیدروزاید و هیدرازین جز روشهای شیمیایی حذف اکسیژن می باشد.

دستگاه گاز زدا( دی اریتور) با افزایش دمای آب قبل از وارد شدن آب به دیگ بخار میتواند بخش عمده اکسیژن موجود در آب را از آن جدا کنداما لازم است که بقیه اکسیژن از طریق مواد شیمیایی جدا وغیر فعال شود.

هوا زدایی شیمیایی Scavenging

اگر چه هوا زداهای مکانیکی و حرارتی قادر به حذف مقادیر ملاحظه ای از اکسیژن محلول میباشد لیکن باقیمانده اکسیژن محلول میباید توسط مواد شیمیایی حذف گردد.

مواد شیمیایی حذف کننده اکسیژن محلول در آب از ۷ نظر قابل بررسی میباشد:

واکنش با اکسیژن

پسیو نمودن سطح فلز غیر فعال نمودن

تجزیه شیمیایی Decomposition در اثر فشار و حرارت

فراریت یا نرخ پراکندگی Distirbution rate

جامدات محلول در آب

سمیت و محیط زیست

قیمت تمام شده برای مصرف کننده

سولفیت سدیم (Na₂SO₃)

اولین روش اکسیژن زدایی آب دیگ بخار مورد استفاده قرار میگیرد و مکانیزم عملکرد آن به شرح ذیل میباشد:

Na2SO₃ + O₂ + Heat ₂ Na₂SO₄ .

واکنش فوق با افزایش دما افزایش pH و وجود کاتالیست تسریع میگردد.

سولفیت سدیم هیچگونه خاصیت غیر فعال کردن سطح فلز از خود نشان نمیدهد.

سولفیت سدیم و سولفات سدیم در آب بویلر باقیمانده و موجب افزایش مقدار جامدات محلول در آب (TDS) میگردند. در واقع با افزایش TDS ضریب غلظت دیگ در سطح پایینتری قرار گرفته نیاز به آب جبرانی بیشتر زیرآب بالاتر و اتلاف انرژی بیشتری خواهد بود TDS بیشتر نیز احتمال Carry Over در دیگ را افزایش خواهد داد.

سولفیت سدیم از خوردگی اکسیژن در مسیر آب ورودی تا دیگ جلوگیری میکند ولی تاثیری برروی قسمتهای بعد از بویلر ندارد. سولفیت سدیم در صورت تجزیه به گوگرد و سولفور دی اکسید (SO₂) تبدیل میگردد. با حل شدن SO₂ در آب اسید سولفوریک تشکیل که موجب خوردگی میگردد.

سولفیت سدیم به دلیل عدم فراریت توانایی جلوگیری و یا کاهش خوردگی در قسمتهای بعد از دیگ را ندارد.

همچنین محصول واکنش سولفات است که میتواند ایجاد نمکهای سولفات کرده و مشکل ساز شود.

این ماده از سمیت بالایی برخوردار نمیباشد و از آنجا که فرار نیست در فاز بخار یا کندانس وجود ندارد وقابل تولید بخار مصرفی صنایع نساجی و غذایی میباشد.

مقدار مصرف عمل سولفیت سدیم ۹۸درصد به میزان ۸ قسمت سولفیت سدیم به ازای هر قسمت اکسیژن است. با این حال برای دیگهای فشار پایینتر از psi ۶۰۰ مقدار باقیمانده سولفیت سدیم بر مبنای s0₃ در آب دیگ بخار باید در محدوده 30ppm الی 50ppm حفظ گردد. معمولا در دیگهای بخار با فشار کمتر از psi 900 کاربرد دارد .

هیدرازین

دردهه ۱۹۵۰ برای حذف اکسیژن به بازار معرفی گردید و از دهه ۶۰ به عنوان یک اکسیژن زدای موفق برای فشارهای بالا مورد عمومی قرار گرفت سرعت واکنش هیدرازین به افزایش دما pH آب و حضور کاتالیست نسبت مستقیم دارد.

هیدرازین یک پسیو کننده عالی برای سطح فلز میباشد به عبارتی موجب ایجاد مگنتیت Fe₃O₄ با ساختمان کریستالی چسبنده و متراکم برروی سطح فلز می گردد این ماده به عنوان یک مانع بین آب و سطح فلز عمل مینماید و خطر خوردگی را به حداقل

میرساند.

3 N₂H₄ +6Fe₃O₄ 4NH₃+N₂

در صورت تجزیه شدن در اثر فشار یا حرارت به آمونیاک و ازت تبدیل میشود.

3N2H₄+ Heat→ 4NH₃+N₂

اگر چه آمونیاک میتواند در حضور اکسیژن قطعات مسی و آلیاژهای آن را در مسیر آب خوراک دیگ یا کندانس مورد حمله قرار دهد لذا نرخ خوردگی را افزایش میدهد ولی مقدار کمی هیدرازین باقیمانده در سیستم برای اکسیژن نشت کرده، میتوان این

مشکل را مرتفع نمود.

فراریت:

نرخ پراکندگی نسبت در فاز بخار به فازمایع میباشد به عبارتی به ازای هر 1PPm هیدرازین موجود در فاز مایع ppm 8% هیدرازین در فاز بخار وجود دارد. میتوان نتیجه گرفت که امکان وجود هیدرازین در فواصل دورتر بعد از دیگ بخار وجود ندارد در صورتیکه آمونیاک به دلیل ضریب پراکندگی ۱۰ امکان وجود در فواصل دورتر را دارد .

هیدرازین TDS آب را افزایش نمیدهد.

این ترکیب سمی (سرطان زا) و آتش گیر میباشد و هیدرازین بی آب بسیار ناپایدار است.

معمولاً هیدرازین در دیگهای با فشار 900 psi به بالامورد مصرف میگردد.

(Diethyl Hydroxyl Amine) DEHA

در سال ۱۹۸۱ برای استفاده در سیستمهای دیگ بخار به بازار عرضه گردید.

4 (C2 H5)₂ NOH+ 90₂→ 8CH₃COOH + 2N₂ + 6H₂O

چنانچه هیدروکسید در آب دیگ وجود داشته اسید استیک تشکیل شده خنثی و به صورت استات سدیم توسط زیر آب خارج میگردد.

سرعت واکنش DEHA با اکسیژن با افزایش دما pH و حضور کاتالیست نسبت مستقیم دارد. DEHA  در فشار حدود 21 بار شروع به تجزیه شدن مینماید. در اثر تجزیه DEHA دو دی الکیل آمین ،الف )دی اتیل آمین و ب) اتیل متیل آمین و همچنین آمونیاک تشکیل میگردد که این محصولات حاصل از تجزیه باعث افزایش pH در فاز کندانس گردیده و مقدار مصرف مرفولین را بطور جزیی کاهش میدهد.

فراریت:

به لحاظ فراریت، DEHA مانند دیگر آمینها خیلی فرار بوده و نرخ پراکندگی16/2 را داراست لذا همراه فاز بخار به مراحل بعد از بویلر رفته موجب ممانعت از خوردگی اکسیژن محلول می.گردد نرخ پراکندگی ۱۶ برابر DEHA نسبت به هیدرازین موجب پسیو شدن بهتر مناطق بعد از بویلر توسط آن میگردد.

سمیت،

Dermal LD50- 1300 mg/kg for Rabbits

مقدار مصرف:

DEHAمعمولاً با غلظت ۸۵درصد ارائه میگردد مقدار مصرف عملی آن در دیگهای بخار حدود 3/3 قسمت به ازای هر قسمت اکسیژن می باشد.

HDMA معمولا  به عنوان جانشین فنی مناسب برای سولفیت سدیم تا فشارهای 1100PSI توصیه میگردد.

در انتخاب ماده شیمیایی جاذب اکسیژن در آب،پارامترهایی مثل سرعت واکنش،دما،فشار عملیاتی،زمان ماند،PHآب خوراک و…. متناسب با صنعتی که در آن اکسیژن زدا استفاده میشود اهمیت دارد.

کاربوهیدرازید :

کاربو هیدرازید ترکیب شیمیایی با فرمول(N₂H₃) OC است. جامد سفید محلول در آب است. با ذوب شدن تجزیه میشود. تعدادی از کرباسیدها شناخته شده اند که در آن یک یا چند گروه N-H با اتمهای دیگر جایگزین می شوند. آنها به طور گسترده ای در داروها علف کشها تنظیم کنندههای رشد گیاهان و رنگهای گیاهی به کار برده میشوند.

این ترکیب با استفاده از واکنش اوره با هیدرازین تولید میشود:

OC (NH₂) ₂+2 N₂H₄ OC (N₂H₃) ₂ + 2 NH3

همچنین میتواند توسط واکنشهای دیگر پیش ماده – C1 با هیدرازین مانند استرهای کربناته تهیه میشود. این را می توان از فوزژن تهیه کرد اما این مسیر باعث تولید نمک هیدرازینیم [N₂H₅Cl میشود اسید کرباسیک نیز یک پیش ماده مناسب است.

آنها می توانند از چگالش اسید کربنیک با هیدرازین استخراج شوند کاربو هیدرازید ساده ترین کاربازید است دیفنیل کربازید به عنوان یک معرف مورد استفاده قرار می گیرد.

ساختار :

مولکول غیر مسطح .است تمام مراکز نیتروژن حداقل تا حدودی هرمی است که نشان دهنده ضعیف شدن پیوند C-N است. فاصله C-Nو C-O به ترتیب برابر36/1و 25/1Aاست.

استفاده صنعتی

اکسیژن زدا:

کاربو هیدرازید برای حذف اکسیژن در سیستمهای دیگ بخار استفاده میشود. و از خوردگی جلوگیری می کند.

ماده پیش مناسب به پلیمرها کاربو هیدرازید را میتوان به عنوان سختیگیر برای رزینهای نوع اپوکسی استفاده کرد.

خطرات

گرمایش کاربو هیدرازید ممکن است منجر به انفجار .شود کاربو هیدرازید در صورت بلعیده شدن تحریک چشم، سیستم تنفسی و پوست مضر است. کاربو هیدرازید برای موجودات آبزی سمی

است.