Введение к работе
Превращение гидрокарбоната кальция в карбонат относится к категории важных и многогранно проявляющихся в природе и технике реакций. Интерес к этой реакции периодически то резко возрастает, то заметно угасает и четко коррелирует с отдельными этапами развития человеческой цивилизации. Первый всплеск интереса связан, с появлением паровых машин, потребовавших для своих целей определенную предварительную подготовку природных пресных вод. В итоге появилось умягчение воды. Создание же промышленных технологий умягчения и их четкое функционирование надолго снизило интерес к расширенному комплексному изучению рассматриваемой реакции.
Следующее мощное возобновление интереса к ней и интенсификация исследований связано с развитием механической добычи нефти, где со-леотложения представляют серьезные препятствия, а базирующиеся на умягчении методы и приемы водоподготовки оказались неработоспособными. Здесь свое развитие получили комплексонометрический метод и метод ингибирования.
В настоящее время интерес к превращению гидрокарбоната кальция в карбонат снова возрос, что связано с резким увеличением масштабов промышленного потребления природных вод. Последнее предопределило экономическую невозможность и нецелесообразность удовлетворения "потребностей методами комплексонометрическим и умягчения. Задача стоит в совершенствовании и развитии методов ингибирования и в создании методов управления через механизм процесса, что требует новых дополнительных исследований указанной реакции.
Настоящая работа направлена на создание элементов необходимой базы для управления превращением гидрокарбонатов металлов в карбонаты через стадии механизма процесса, а также для прогнозированного подбора ингибиторов инкрустации солей жесткости. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы. Инкрустация солей жесткости в технологическом, энергетическом и нефтедобывающем оборудовании создает существенные трудности при его эксплуатации, приводит к ускоренному износу, резко увеличивает число профилактических остановок, а следовательно и затрат на их проведение. Масштабы используемой в таких процессах воды предопределили доминирование в защите от отложения солей метода ингибирования, требующего расхода реагентов в 10 -. 10э раз меньше в сравнении с методами умягчения и комплексонометрическим . Тем не менее, на данный момент поиск ингибиторов в основном ведется путем простого перебора, что полностью обусловлено недостаточной
4 изученностью кинетики и механизма как самой инкрустации солей жесткости, так и ее ингибирования. Просматриваются и возможности технологического управления путем целенаправленного воздействия на ключевые стадии механизма процесса, что, естественно, требует надежных знаний в этой области.Б этом плане тема "Кинетика изменения' рН в процессе образования солей жесткости из гидрокарбонатов металлов" является актуальной и направленной на решение важных как в теоретическом, так и в практическом отношении вопросов.
Пель исследования. Целью работы является выявление и количественная оценка информационных возможностей кинетики изменения рН в .спонтанном и вынужденном превращении гидрокарбоната кальция в карбонат, в дальнейшем переходе карбоната в твердую фазу и ее инкрустации на твердых поверхностях системы,.а также в ингибировании отдельных стадий такого процесса.
Научная новизна: Предложен принципиально новый, легкий в использовании и. доступный метод рН-метрического определения количественных характеристик гидродинамической обстановки в системе превращающегося гидрокарбоната в карбонат.
Установлена рН-метрическая индексация стадии истинной кристаллизации карбоната кальция и предшествующего ей спонтанного образования центров кристаллизации.
Доказано, что определяющей стадией накопления твердой фазы в процессе вынужденного возбуждения превращения гидрокарбоната в карбонат в условиях контакта с земной атмосферой является массопередача СОг между жидкой и газовой фазами.
Установлено, что способность ингибировать инкрустацию солей жесткости присуща многим минеральным и органическим кислотам, но собственно ингибиторами являются лишь отдельные их представители, имеющие определенное строение и размеры молекул.
Выявлены и количественно охарактеризованы возможности рН-метрической оценки склонности сточных вод к инкрустации солей жесткости.
Научная и практическая значимость. Полученные результаты рН-метрического изучения превращения гидрокарбоната кальция в карбонат и их интерпретация расширяют и углубляют современные фундаментальные представления о механизме данного важного в практическом отношении процесса, а разработанные на их основе методы количественной оценки характеристик гидродинамической обстановки в системе, склонности сточных вод к инкрустации солей жесткости и эффективности ингибирования последней могут быть непосредственно использованы в технологическом контроле и как базовые предпосылки для разработки ме-
'5 тодов прогнозируемого подбора ингибиторов.
Методы исследования и контроля. В работе использован современный кинетический метод исследования с элементами физического и математического моделирования. Контроль осуществлялся методами рН и ионометрии, измерения электропроводности, химическими методами количественного анализа соединений кальция, а также волюмометрии при постоянном давлении.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных семинарах по теории и практике кристаллизации при Научном Совете АН СССР по проблеме "Теоретические основы химической технологии" (г. Брянск, ЕГПИ, 1988 г. и 1989 г.), на IV Всесоюзной конференции по массовой кристаллизации и кристаллизационным методам разделения смесей (г.Иваново, 1990г.), а также на Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы химии и химической технологии" (г.Курск, 1995 Г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 5 статей и 4 тезисов докладов Всесоюзной и Всероссийской конференции. Результаты работы использованы при разработке трех методических указаний к лабораторным работам по дисциплинам "Основы моделирования", "Процессы и аппараты химических производств" и "Общая химическая технология".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, об
зора литературы, экспериментальной части, трех глав, содержащих эк
спериментальные результаты и их обсуждение, и выводов.
Рукопись изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит
9 таблиц и 55 рисунков. Библиографический список включает 145 наи
менований.
