دستگاه سختی گیر و سختی آب

دستگاهی که در سیستمهای گرمایشی مخصوصاَ در دیگ بخار جهت ممانعت از ایجاد رسوب بکار میروند را دستگاه سختی گیر می گویند .به این منظور از روشهای مختلفی جهت جلوگیری از ایجاد رسوب استفاده میشود که قدیمی ترین و موثرترین آنها روش تبادل یونی یا سختی گیر رزینی است.

در خصوص سختی آب باید گفت در حالت کلی آب دارای یک سری ناخالصی هایی است که برای سیستمهای گرمایشی آسیب رسان می باشد.

که عمده این ناخالصی ها ،گازها ،املاح،میکرو وارگانیزمها و ذرات معلق میباشند.قسمتی از املاح در آب ،به سختی آب معروف است که بخشی از این سختی حتی با حرارت غیرقابل انحلال شده و برروی سطوح انتقال حرارت رسوب میکند که مانع انتقال حرارت میشوند.

بدین ترتیب باعث تلفات حرارتی و افزایش هزینه مصرف سوخت و انرژی میشوند که به سختی موقت معروفند.

درهر صورت امروزه با توجه به افزایش قیمت سوخت و مهمتر از آن الودگی های زیست محیطی که سوختهای فسیلی ایجاد میکند ضرورت طراحی و بکارگیری دستگاه سختی گیر در تمام سیستمهای گرمایشی برکلیه دست اندرکاران مربوطه یک وظیفه و تکلیف است.

در اینجا لازم است گفته شود که یک لیتر مصرف سوخت باعث ایجاد ۱۵ لیتر دود و محصولات احتراقی میشود که اکثراّ به اتمسفر زمین وارد میشوند، حال توجه نمایید که روزانه چندصد میلیون لیتر سوخت سوخته میشوند و چه مقدار آلاینده ایجاد میکنند.

سختی آب

در آب املاح محلول وجود دارد که به این املاح T.D.S  میگویند و معمولاّ مقدار این املاح در آب بر حسب PPM  یعنی یک قسمت املاح در یک میلیون قسمت آب است بیان میشود.

بخشی از این آب که به سختی کل موسوم است،به مجموع املاح کلسیم ،منیزیم، الومنیوم و … گفته میشود و از آنجایی که فراوانی الومنیوم در آب کم است بنابراین مرسوم شده است که به سختی مجموع املاح کلسیم و منیزیم اطلاق شود.سختی کل از دو بخش سختی موقت و سختی دایم تشکیل می شود:سختی موقت املاحی است که با افزایش دما غیرقابل انحلال می شود. و به مجموع املاح کربنات و بی کربنات کلسیوم و منیزیم گفته میود و طبیعتاّ به مابتفاوت سختی کل و موقت سختی دایم میگویند. اگر یونهای کربنات و بی کربنات موجود در آب از مجموع یونهای کلسیم و منیزیم در آب بیشتر باشند سختی آب کلاّ سختی موقت است.

آب نرم

به آبی که فاقد املاح سختی یعنی فاقد یونهای کلسیم و منیزیم باشد آب نرم میگویند.یکی از روشهای آسان تشخیص آب نرم قدرت کف کردن صابون در آب است.بطوریکه هر چقدر صابون راحت در آب کف کند آب دارای سختی کمتری است.

انواع سختی گیر ور رسوب گیری آب

1. سختی گیر رزینی
2. رسوب زدایی مغناطیسی
3. رسوب زدایی اسمز معکوس

سختی گیر رزینی

رزین ها ترکیبات شیمیایی هستند و دارای این  خاصیت هستند که وقتی در مجاورت محلولی دیگر قرار میگیرند.می توانند یک یون خود را با یونی دیگر مبادله کنند و در واقع دارای یک بنیان و یک عامل مبادله شونده هستند.

طبق فرمولاسیون آنها املاح سختی تبدیل به املاح غیر  سختی می شوند و دیگر اب دارای املاح کربنات و بی کربنات کلسیم و منیزیم که به اسانی و با افزایش دما رسوب می کنند نیست  بجای آن املاح سدیمی با اب وارد دیگ می شوند و بعد از مدتی رزین ها به دلیل تبادل یونی همگی یونهای خود را با یونهای کلسیم و منیزیم مبادله می نمایند .

در اینجا گفته می شود رزینها اشباع شده اند و باید مجدد آب آنها را به حالت اولیه برگرداند به این فرآیند احیا رزین ها گفته میشود.

فرآیند احیا با آب نمک طعام انجام میشود و برای این منظور کافیست رزین ها را با محلولی از آب نرم و نمک طعام شستشو داد و در این خصوص بایستی تجه داشت که پساب حاصل از احیا رزین ها به فاضلاب تخلیه میشود.

مشخصات رزین ها

مهمترین پارامتر در انتخاب رزین بعد از نوع رزین ،ظرفیت آن است ظرفیت رزین توانایی رزین در مبادلات یونی را بیان می کند و معمولاّ برحسب گرین بر فوت مکعب  یا اکی والان بر لیتر بیان میشود.ظرفیت رزین ها معمولاّ حدود ۲۵۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ گرین بر فوت مکعب می باشد و رزینی با ظرفیت ۳۰۰۰۰ گرین بر فوت مکعب یعنی اینکه هر فوت مکعب از این رزین ۳۰۰۰۰ گرین یا ۱۸۵۰ گرم سختی کل را تبدیل به املاح غیر سختی می کند.

نگهداری رزین ها

رزین ها باید در مقابل یخ زدگی محافظت شوند زیرا یخزدن باعث خرد شدن و آسیب رسیدن به آنها می شوند.

کلر آزاد و ترکیبات آن و نیز آهن و اکسیدهای آن به رزین اسیب میزنند بنابراین باید اب ورود ی به سختی گیر فاقد کلر باشد در غیر اینصورت باید فیلتر ذغال فعال جهت حذف کلر پیش بینی شود.آب وروردی به سختی گیر باید عاری از میکرو وارگانیزمها باشد زیرا میکرو وارگانیزمها در خلل و فرج رزینها وارد شده و باعث اختلال در کارکرد انها میشوند.

وجود روغن و ترکیبات نفتی در اب وروردی به سختی گیر باعث از بین رفتن رزین ها و تخریب آنها میشوند.

زمان زیاد شستشو ی معکوس باعث خرد شدن و اسیب دیدن رزین ها میشود.

بکارگیری رزین ها در دما و PH  خارج از محدوده ای که سازنده پیشنهاد داده است باعث صدمه به رزین ها می شود.

محاسبه حجم رزین

گفته میشود که عامل عمده رسوب در سیستمهای گرمایش کربنات و بی کربنات کلسیم است و از انجایی که حذف سختی موقت مشکل است بنابراین سختی کل را حذف می کنند.بدین منظور باید مقدار وزنی سختی کل را در یک فاصله زمانی معین بدست آورد.

معمولاّ مقدار سختی را برحسب گرین که یک واحد انگلیسی وزن و معادل ۶۵ میلیگرم می باشد ،بیان می کنند.

حجم رزین بر حسب فوت مکعب،با تقسیم مقدار املاح سختی(گرین) بر ظرفیت رزین(گرین بر فوت مکعب) بدست می آید.

حجم رزین از رابطه زیر محاسبه میشود:

V(ft³)=total hardness(ppm)*make up(gpm)*time(minute)/17.1*resin capacity(grain/ft³)

همانطوریکه دیده میشود در محاسبه حجم رزین سختی گیر ، پارامترهای زیر موثرند:

• دبی آب وروردی به سختی گیر( در سیستمهای بسته ، آب در یک سیستم بسته به چرخش در می آید.
• تلفات آب خیلی کم وناچیز است که این تلفات ممکن است بواسطه تبخیر آب در منبع انبساط یا نشتی های موجود در سیستم لوله کشی بوجود آید که معمولاّ ۰٫۵ تا ۱٫۵ درصد آب در چرخش دیگ آب تغذیه یا ورودی به سختی گیر در نظر گرفته می شود.)
• سختی آب ورودی (برای این کار یک نمونه از آب جهت آنالیز به موسسات مربوطه داده میشود و سختی آن بر حسب ppm  تعیین میشود.
• نوع و ظرفیت رزین(رزن های مورد استفاده از نوع ماتیونی سدیمی است .ظرفیت رزین ها را سازندهای رزین در کاتالوگ و مشخصات رزین ها اعلام میکنند ولی بصورت یک تقریب خوب رزین را میتوان ۲۵۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ گرین برفوت مکعب در نظر گرفت.)
• سیکل شستشو احیا(فاصله زمانی بین دو احیا رزین ها در ساختمانهای معمولی ضریبی از ۲۴ساعت و در ساختمانهای صنعتی ضریبی از ۸ ساعت است.)

محاسبه حجم نمک جهت احیا، رزین

معمولاّ برای هر ۳۰۰۰۰ گرین ۵ تا ۱۰ پوند نمک جهت احیا در نظر میگیرند.

محاسبه سختی گیر رزینی

از مشخصه های مهم سختی گیرها ،نوع رزین ،حجم رزین، ابعاد سختی گیر(قطر و ارتفاع)وجنس سختی گیر می باشد.سازندگان رزینها معمولاّ مشخصات کاملی از محصولات تولیدی خود ارایه می دهند.

برای طراحی سختیگیر باید حجم رزین را  داشت و سپس به کاتالوگ سازنده رزین مراجعه کرد ولی در حالت کلی می توان از ارقام و اعداد زیر کمک گرفت:

1. ظرفیت رزین را ۲۵٫۰۰۰ gr/ft³  تا gr/ft³35.000 گرفت۲
2. حداقل عمق پیشنهادی رزین در مخزن ۲۴ اینچ است.
3. دبی سرویس ۱۲g.p.m/ft ² است.
4. دبی شستشوی معکوس  g.p.m /ft²  ۵ پیشنهاد شده است و حداقل ۶۰% فضای بیشتر برای شستشوی معکوس نیاز است که مدت زمان برای ان حدود ۱۵ دقیقه پیشنهاد میشود.
5. دبی احیا g.p.m /ft² ۶ است.
6. دبی شستشوی سریع ۵-۶  g.p.m /ft² پیشنهاد شده است.
7.  مقدار آب جهت شستشو در هر حالت را ۲تا ۵ برابر حجم رزین میگیرند.
8. غلظت نمک مورد نیاز ۱۲%-۸% است.

به خاطر انجام عملیات شستشوی معکوس و امکان باز شدن رزینها از همدیگر باید فضای بالای رزین ها پیش بینی شود.بنابراین ارتفاع سختی گیر بیش از ارتفاع رزین ها در نظر گرفته میشود.

در عمل در بکارگیری دستگاه سختی گیر رزینی با چهار مرحله مواجهیم:

1. فرآیند سختی گیری و نرم کردن آب
2. شستشوی معکوس
3. فرایند احیا
4. شستشوی نهایی