Zasilanie świeżą wodą

Transkrypt

1 Projekt Leonardo da Vinci Zrównoważony rozwój przemysłowych procesów pralniczych Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3a Zasilanie świeżą wodą Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 1

2 Treść Woda Twardość wody Wpływ twardości wody na proces prania i tekstylia Metale ciężkie Wpływ metali ciężkich na proces prania i tekstylia Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 2

3 Cele nauczania Po ukończeniu rozdziału będziesz zdolny wytłumaczyć właściwości wody znać i zdolny wytłumaczyć rolę wody podczas procesu prania znać co oznacza twardość wody znać i zdolny wykazać wpływ twardości wody na proces prania znać i zdolny wytłumaczyć wpływ twardości wody na tekstylia znać pochodzenie metali ciężkich w procesie prania zdolny przedyskutować wpływ metali ciężkich na jakość procesu prania Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 3

4 Woda właściwości Sequence swapped chart 5 to 4 bezbarwna ciecz wzór chemiczny H 2 O cząsteczka zbudowana kątowo nieregularny rozkład ładunku dipol interakcja z innymi dipolami lub jonami wiązania wodorowe rozpuszczalnik polarny Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 4

5 Rola wody podczas procesu prania Here is a text deleted Rola wody Rozpuszczalnik - brudu rozpuszczalnego w wodzie - detergentu Przenoszenie energii do tekstyliów - energii mechaniczne (przepływ cieczy) - energii termicznej (ogrzewanie cieczy) Transport - detergentów do tekstyliów - brudu od tekstyliów Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 5

6 Woda substancje Woda naturalna zawiera rozpuszczone substancje w różnych ilościach, takie jak - ditlenek węgla - azot i ditlenek siarki z powietrza - sole wapnia, magnezu i żelaza - ślady innych alkaliów - chlorki, siarczany, fosforany, krzemiany - związki kwasowe pochodzące z gleby - drobnoustroje Mogą one powodować szkodliwe efekty w procesach pralniczych Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 6

7 Woda substancje Sole wapnia i magnezu niszczą strukturę mydeł i inaktywują związki powierzchniowo czynne Tlen i ditlenek węgla powodują korozję w bojlerach i rurach Związki żelaza zmieniają barwę tkaniny Dlatego substancje te muszą być usuwane jak tylko możliwe - dokładna analiza wody zasilającej jest konieczna, aby w każdym przypadku zastosować najbardziej właściwą metodę ich usuwania Prawdopodobnie największym problemem jest twardość wody Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 7

8 Woda pralnicza - wymagania woda przezroczysta, bez zapachu twardość zerowa lub twardość bliska zeru minimalna zawartość metali / Fe, Mn, Cu, n.p. - Fe < 0,1 mg/l - Mn < 0,03 mg/l - Cu < 0,05 mg/l - Fe max. 0,1 mg/l, co oznacza brak Fe ph między 6 9,5 Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 8

9 Definicja twardości wody Twardość wody ilość jonów ziem alkalicznych w mmol na litr wody Co to są ziemie alkaliczne (metale)? Metale drugiej grupy układu okresowego pierwiastków - Beryl - Magnez - Wapń - Stront - Bar - Rad najbardziej ważne pierwiastki Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 9

10 Pomiar twardości wody Stopnie twardości 1 mmol CaO/l = 56 mg CaO/l = 5,6 d 1 d = 10 mg CaO/l = 0,18 mmol CaO/l d = niemiecki stopień twardości e = angielski stopień twardości f = francuski stopień twardości 1 d = 1,25 e = 1,79 f Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 10

11 Skala twardości Sequence! Chart no 17 mmol/l d e f WH I 0 1, ,6 0 3,9 WH II 1,3-2, , ,9 7,82 WH III 2,5-3, ,2 16,8 7,82 11,73 WH IV > 3,8 > 21 > 16,8 > 11,73 patrz również karta 10 Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 11

12 Związek między twardością wody a jej pochodzeniem Sequence! Chart no 17 Pochodzenie skala twardości jezioro miękka rzeka miękka woda źródlana miękka do twardej woda gruntowa miękka do twardej woda wodociągowa miękka do twardej Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 12

13 Pochodzenie twardości wody Twardość wody jest spowodowana rozpuszczalnymi solami nieorganicznymi - solami wapnia i magnezu - żelaza i manganu - kwaśnych węglanów wapnia, siarczanów i chlorków Znane są dwa rodzaje twardości - Twardość przemijająca (węglanowa) - Twardość stała (niewęglanowa) Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 13

14 Całkowita twardość wody Twardość całkowita = Twardość przemijająca + Twardość stała Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 14

15 Twardość wody Twardość przemijająca (węglanowa) spowodowana obecnością kwaśnych węglanów zdysocjowanego kwasu węglowego H 2 CO 3 /HCO H + usuwalna poprzez ogrzewanie w wyniku procesu ogrzewania - część ditlenku węgla ulatnia się - kwaśne węglany (HCO 3 ) reagują z jonami Ca 2+ /Mg 2+ tworząc słabo rozpuszczalne węglany - te koagulują jako płatki (kamień kotłowy) Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 15

16 Twardość wody Twardość stała (niewęglanowa) pozostające aniony (chlorki, siarczany) akumulacja niezbyt trudno rozpuszczalnych związków nieusuwalna przez ogrzewanie rodzaj anionów nie ma wpływu na twardość wody Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 16

17 Twardość przemijająca i stała Twardość przemijająca (Twardość węglanowa) - Ca-/Mg-wodorowęglany - T > 60 C: wytrącanie wodorowęglanów w postaci węglanów - Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Twardość stała (Twardość niewęglanowa) - Ca-/Mg- siarczany - Ca-/Mg- chlorki - Ca-/Mg- azotany Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 17

18 Wpływ twardości wody na efektywność prania 60 Was hing efficiency [%] Detergent 1 Detergent 2 Detergent wate r hardne s s [ o d] Efektywność prania zmniejsza się ze wzrostem twardości wody niezależnie od rodzaju użytego detergentu Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 18

19 Twardość wody dozowanie detergentu w as hing e ffic ie nc y [%] was hing ag e nt c o nc e ntratio n 2 [g /dm3] was hing ag e nt c o nc e ntratio n 5 [g /dm3] wate r hardne s s [ o d] dla wyższych twardości wody niezbędnym staje się stosowanie większego stężenia detergentu Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 19

20 Inkrustacja nieorganiczna Jeżeli T > 60 C wytrącają się węglany wapnia i magnezu Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Węglan wapnia Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 20

21 Inkrustacja nieorganiczna Osad wapnia i magnezu prowadzi do - pozostałości na pranej bieliźnie - zaszarzenia - wysokiej zawartości popiołu/inkrustacja tekstyliów - mechanicznego uszkodzenia włókna (w wyniku ostrych krawędzi mikrokryształów) - osadów na ściankach rur i wężownic elektrycznego ogrzewania (odkładanie się kamienia) - zarastanie rur, uszkodzenie wężownic grzewczych patrz ilustracje na następnych kartach Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 21

22 Inkrustacja nieorganiczna oryginalny z osadem kamienia Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 22

23 Inkrustacja nieorganiczna wężownica grzewcza z kamieniem mikrokryształy Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 23

24 Inkrustacja nieorganiczna W obecności detergentów opartych na mydle, jony wapnia i magnezu zawierają nierozpuszczalne sole mydeł nierozpuszczalne sole mydeł wytrącają się stężenie substancji aktywnych w kąpieli ulega zmniejszeniu dlatego wzrasta zużycie detergentu Wytrącane sole mydeł tworzą film hydrofobowy na powierzchniach włókna zaszarzenie włókien hydrofobowy film na powierzchni włókna zmniejszona chłonność wody przez tekstylia Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 24

25 Metale ciężkie Nie ma powszechnej definicji dotyczącej metali ciężkich Mówiąc o metalach ciężkich, zwykle oznacza to: Żelazo (Fe), miedź (Cu), ołów (Pb), cynk (Zn),nikiel (Ni), Kadm (Cd), Chrom (Cr) Degradacja metali ciężkich oznacza obciążenie środowiska Źródła metali ciężkich woda korozja rur i zbiorników łącza pary wyroby tekstylne akumulacja metali ciężkich w tekstyliach Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 25

26 Metale ciężkie Obecność w wodzie zasilającej stężenie metali ciężkich w wodach powierzchniowych może zmieniać się o kilka rzędów wielkości w przeciągu krótkich przedziałów czasowych szczególnie szkodliwe dla procesu prania są jony Fe 2+, Mn 2+, Cu 2+ jedyną metodą zadowalającą jest obróbka wody w celu usunięcia jonów żelaza i manganu - zwykle pociąga za sobą napowietrzenie i filtrację - możliwie z dozowaniem chemikaliów po napowietrzaniu Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 26

27 Metale ciężkie Korozja rur i zbiorników bardzo miękka woda wodociągowa lub woda po zmiękczaniu jest względnie korozyjna ma tendencję do atakowania rur żelaznych i zbiorników, szczególnie jeżeli woda zawiera rozpuszczone gazy Zapobieganie zbiorniki i łącza mogą być traktowane za pomocą krzemianu sodowego (szkło wodne), aby zapobiec wytrącaniu się rdzy równoważny to 15 mg/dm 3 Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 27

28 Metale ciężkie Żelazo z rur parowych zaplamienia żelazem na tekstyliach mogą być spowodowane przez plamy rdzy żelaza pochodzącej ze skorodowanych łączy parowych to niedomaganie występuje czasem, gdy stary układ łączy ulega poruszeniu podczas instalacji nowej maszyny Rozwiązanie wymiana starego układu jest prawdopodobnie jedynym środkiem dla usunięcia tej trudności Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 28

29 Metale ciężkie w wyrobach włókienniczych wyroby włókiennicze zawierają czasem metale ciężkie, które są przenoszone do kąpieli piorącej obecność metali ciężkich w - glebie i spadającym pyle (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe, i Ni) - barwnikach (Cr, Ni, Cu, i Co) zakłócają procesy prania i bielenia niektóre bezbarwne wyroby wełniane zawierają czasem żelazo wełna jest bardziej podatna do gromadzenia śladów żelaza z wody niż bawełna i len wełna posiada właściwość akumulacji żelaza podczas wielokrotnego prania Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 29

30 Konsekwencje dla procesu prania i bielenia osadzanie się na tekstyliach zażółcenie tekstyliów katalityczny rozkład nadtlenków (destrukcja aktywności bielącej) depolimeryzacja celulozy Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 30

31 Konsekwencje dla procesu prania i bielenia Osadzanie metali ciężkich na tekstyliach Jony metali ciężkich (Fe 2 +, Mn 2 +) ulegają utlenianiu w obecności alkaliów i osadzają się na tekstyliach 2 Fe(HCO 3 ) 2 + H 2 O + ½ O 2 2 Fe(OH) CO 2 2 Mn (HCO 3 ) H 2 O + O 2 2 Mn(OH) CO 2 Mn(OH) 4 MnO H 2 O Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 31

32 Konsekwencje dla procesu prania i bielenia Zażółcenie tekstyliów Ogólnie zażółcenie tekstyliów może pochodzić z następujących źródeł: - obecności żelaza, manganu i miedzi w wodzie zasilającej - żelaza z poddawanego praniu materiału Łaciate zażółcenie może pochodzić z: - żelaza z łączy parowych - zrzutów rdzy żelaza do wody Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 32

33 Konsekwencje dla procesu prania i bielenia Rozkład katalityczny nadtlenków Podczas bielenia w obecności jonów metali przejściowych, szczególnie Fe 3+, Mn 2+, i Cu 2+ Zapobieganie wodny roztwór nadtlenku wodoru musi być stabilizowany za pomocą środków kompleksujących, wiążących kationy metali przejściowych Depolimeryzacja celulozy obecność cząstek metalu z krosien tkackich na wyrobach może prowadzić do obecności oksycelulozy, powodując później uszkodzenie tekstyliów Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 33

34 Wpływ jonów Fe podczas płukania zażółcenie tkaniny bawełnianej yellowing index [%] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Fe concentration [g/l] Zażółcenie tkaniny jest spowodowane przez większe stężenie jonów Fe w wodzie Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 34

35 Wpływ twardości wody na zażółcenie tkaniny pranej w obecności jonów Fe bawełna po praniu w wodzie o różnej twardości w obecności stałej ilości jonów Fe (0,1 g/l) Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 35

36 Wpływ jonów Mn na efektywność procesu prania w as hing e ffic ie nc y [%] washing agent [2g/l] washing agent [5g/l] Mn 4+ ions co ncentration [mg/l] Obecność jonów Mn prowadzi do zmnieszonej efektywności procesu prania. Stała efektywność może być jedynie uzyskana przez dozowanie znacznej ilości detergentu Moduł 1 Zastosowanie wody Rozdział 3 Zasilanie świeżą wodą 36