Wpływ składników wody na wyroby włókiennicze

Transkrypt

1 Projekt Leonardo da Vinci Zrównoważony rozwój przemysłowych procesów pralniczych Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody na wyroby włókiennicze Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 1

2 Treść Inkrustacja nieorganiczna Inkrustacja organiczna Metale ciężkie Demineralizacja Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 2

3 Cele nauczania Po ukończeniu rozdziału będziesz Znał wpływ różnych składników wody na efektywność procesu prania Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 3

4 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 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 4

5 Inkrustacja nieorganiczna Osady wapnia i magnezu prowadzą do - pozostałości na bieliźnie zaszarzenie wysoka zawartość popiołu mechaniczne uszkodzenie włókna (na skutek krawędzi mikrokryształów) - osady na ściankach rur i wężownicach ogrzewania elektrycznego (osady kamienia kotłowego) zatykanie rur uszkodzenie wężownic grzejnych Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 5

6 Inkrustacja nieorganiczna oryginalny z osadem kamienia Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 6

7 Inkrustacja nieorganiczna wężownica grzewcza z kamieniem mikrokryształy Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 7

8 Inkrustacja organiczna W obecności detergentów opartych na mydle jony wapna i magnezu tworzą nierozpuszczalne sole mydła Konsekwencje Osady mydła ziarnistego Konsekwencje na jakość prania zmniejszone stężenie aktywnych substancji piorących w kąpieli większe zużycie detergentu inkluzja brudu pigmentowego i wytrącanie na bieliźnie zaszarzenie tworzenie filmu hydrofobowego na powierzchniach włókna zmniejszone pochłanianie wody przez bieliznę Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 88

9 Metale ciężkie Źródła metali ciężkich Woda korozja rur i zbiorników przewody parowe wyroby włókiennicze akumulacja metali ciężkich w tekstyliach Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 9

10 Metale ciężkie w wodzie Obecność w wodzie zasilającej stężenie metali ciężkich w wodach powierzchniowych może zmieniać się o kilka rzędów wielkości w przeciągu krótkich przedziałów czasowych w zależności od warunków 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, która zwykle pociąga za sobą napowietrzenie i filtrację, możliwie z dozowaniem chemikaliów po napowietrzaniu Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 10

11 Metale ciężkie w wodzie Korozja rur i zbiorników bardzo miękka woda wodociągowa lub woda po zmiękczaniu jest względnie korozyjna i 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), odpowiednio w ilości do 15 mg/dm 3, aby zapobiec wytrącaniu się rdzy Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 11

12 Metale ciężkie w wodzie Żelazo z rur parowych zaplamienia żelazem na bieliźnie mogą być spowodowane przez plamy rdzy żelaza, pochodzące ze skorodowanych łączy parowych, podczas prania to niedomaganie występuje czasem, gdy stary układ łączy parowych ulega poruszeniu podczas instalacji nowej maszyny Zapobieganie - wymiana starego układu jest prawdopodobnie jedynym środkiem dla usunięcia tej trudności Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 12

13 Metale ciężkie w wyrobach włókienniczych Wyroby włókiennicze zawierają czasem metale ciężkie, które są przenoszone do kąpieli piorącej i mogą zakłócać proces prania i bielenia Jest to spowodowane obecnością metali ciężkich w glebie i opadającym pyle (Cd, Pb, Zn, Mn, Fe, i Ni) jak również w barwnikach (Cr, Ni, Cu, i Co) Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 13

14 Akumulacja metali ciężkich w tekstyliach Nie barwione wyroby wełniane zawierają żelazo Wełna jest bardziej wrażliwa na sorpcję śladowych ilości żelaza w wodzie niż bawełna i len Wełna posiada właściwość akumulacji żelaza w miarę kolejnych prań Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 14

15 Konsekwencje obecności metali ciężkich dla procesu prania i bielenia Osadzanie się na tekstyliach Zażółcenie tekstyliów Katalityczny rozkład nadtlenków Depolimeryzacja celulozy Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 15

16 Konsekwencje obecności metali ciężkich dla procesu prania i bielenia 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 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 16

17 Konsekwencje obecności metali ciężkich 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 - akumulacji żelaza Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 17

18 Konsekwencje obecności metali ciężkich 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 Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 18

19 Konsekwencje obecności metali ciężkich dla procesu prania i bielenia Depolimeryzacja celulozy katalityczny rozkład przez metale ciężkie może przyspieszać rozkład środka bielącego i nadtlenku podczas procesu prania i bielenia i powodować depolimeryzację celulozy obecność cząstek metalu z krosien tkackich na wyrobach może prowadzić do obecności oksycelulozy, powodując później uszkodzenie tekstyliów Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 19

20 Wpływ jonów Fe podczas płukania na zażółcenie tkaniny bawełnianej yellowing index [%] zażółcenie [%] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 stężenie Fe [g/l] Fe concentration [g/l] Zażółcenie tkaniny jest spowodowane przez większe stężenie jonów Fe w wodzie Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 20

21 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 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 21

22 Wpływ jonów Mn na efektywność procesu prania zdolność w as hing piorąca e ffic ie nc [%] y [%] washing agent [2g/l] detergent detergent washing agent [5g/l] stężenie Mn 4+ ions jonów co ncentration Mn 4+ [mg/l] Obecność jonów Mn prowadzi do zmniejszonej efektywności procesu prania. Stała efektywność może być jedynie uzyskana przez dozowanie znacznej ilości detergentu Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 22

23 Demineralizacja Zasada demineralizacji Technologia demineralizacji Technologia jonowymienna Wymiennik jonitowy Regeneracja wymiennika jonitowego Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 23

24 Zasoby wodne i twardość wody Nie wszystkie zasoby zapewniają dobrej jakości wodę do prania Np. woda w pobliżu torfowiska zawiera substancje humusowe, które powodują żółty lub nawet brązowo-żółty kolor pranych tekstyliów Większość pralni posiada swoje własne duże źródła wody, ale woda ta nie jest odpowiednia do prania ponieważ zawiera dużą ilość Fe lub Mn W celu oszczędności wody, niektóre pralnie zbierają do dużych zbiorników wodę deszczową z dachu i powierzchni twardych Woda deszczowa zawiera zawsze rozpuszczone kwaśne gazy (Nox, CO 2 ), które mogą przesuwać wartości ph do 3,5 Największym problemem wody do prania są rozpuszczone sole mineralne. Duże zawartości całkowicie uniemożliwiają proces prania Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 24

25 Twardość wody W większości woda jest uzdatnioną wodą zasilającą i jej twardość zawiera się między 0,7 1,3 mmol/l (4-7 N) - traktowana jako woda miękka Jeżeli zwiększa się udział wody źródlanej, to twardość wody zwiększa się do 1,3 3,75 mmol/l (7 21 N) - traktowana jako woda twarda Wiele źródeł dostarcza wodę o twardości powyżej 3,75 mmol/l (21 N) - traktowana jako woda bardzo twarda Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 25

26 Technologia jonowymienna Istnieje jedynie jedna technologia stosowana w pralniach do uzdatniania wody - technologia jonowymienna Procedura ta jest - niezawodna - zaawansowana technologicznie - akceptowalna ekonomicznie Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 26

27 Zasada technologii jonowymiennej Woda jest oczyszczana przez filtrację w zbiorniku zawierającym małe kulki żywicy syntetycznej Kulki są modyfikowane chemicznie aby absorbować obdarzone ładunkiem dodatnim kationy (catex) lub ujemnie naładowane aniony (annex) Podczas procesu jony Ca i Mg są wymieniane na kation Na Proces trwa dotąd aż zostaną wykorzystane wszystkie dostępne miejsca wymiany, w tym miejscu żywica ulega wyczerpaniu i musi być zregenerowana za pomocą chemikaliów Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 27

28 Diagram procesowy demineralizacji wody Woda surowa Zawór sterujący Zasilanie NaOH i kwasem, gdy żywica w kolumnie musi być regenerowana, ponieważ jej efektywność wychwytywania jonów z wody surowej uległa zmniejszeniu Kolumna z żywicą Woda miękka Diagram procesowy demineralizowanej wody Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 28

29 Przykłady automatycznych jednostek typu catex Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 29

30 Zdolność jonowymienna Zdolność jonowymienna jest bardzo ważnym wskaźnikiem wymiany jonowej Jest definiowana jako ilość wymienianych jonów w 1 litrze wymiennika Jest wyrażona molach lub gramach CaCO 3 na 1 litr Objętość wymiennika jonitowego jest ustalana zgodnie z wymaganą zdolnością jonowymienną Przykład: Purolite C-100 zdolność jonowymienna wynosi 2 mol/litr catexu Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 30

31 Regeneracja wymiennika kationowego Gdy żywica ulegnie wyczerpaniu, to należy przeprowadzić regenerację przez - Zastosowanie roztworu chlorku sodowego Stosuje się 15-20% roztwór NaCl do regeneracji przygotowany w zbiorniku solanki, sporządzony głównie z tabletek lub proszku Jon Na+ wykazuje wyższe powinowactwo do grup funkcyjnych catexu w porównaniu do jonów Ca i Mg Jony Na wymieniają jony Ca i Mg z siatki ionexu i zajmują ich miejsca Catex jest regenerowany i z powrotem zdolny do pracy Zużycie NaCl jest zwykle wyrażane na 1 litr catexu Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 31

32 Regeneracja wymiennika kationowego Zużycie teoretyczne czynnika regenerującego związane jest ze zdolnościa jonowymienną - zużycie praktyczne jest wyższe zużycie teoretyczne: twardość 1 N i 1 m 3 water = 20,7 g NaCl zużycie praktyczne: g NaCl ( g w przypadku urządzeń mniejszych lub starego typu) - Ilość cykli regeneracyjnych jest nieograniczona Czas życia wymiennika kationowego zależy od odporności mechanicznej jego siatki Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 32

33 Filtry wymiennika jonitowego Stare typy filtrów wymiennika jonitowego są stalowe lub z odlewanej stali, zabezpieczone odporną powłoką przed solanką i wymagają operacji ręcznej Powszechną jest kombinacja dwóch filtrów i jednego zbiornika solanki, filtry pracują na przemian Nowoczesne zmiękczacze (np. Kinetico, Earth Resources) pracują automatycznie; procedury uzdatniania i regeneracji są kontrolowane przez głowicę podziałową w zależności od ilości przepływającej wody Różna twardość wody jest wyrównywana za pomocą dysków kontrolnych zawartych w głowicy podziałowej Zbiorniki solanki, łącza rurowe filtrów, zawory, głowice podziałowe itd. Są wykonane z tworzywa sztucznego (odporne na korozję) Zastosowanie filtrów typu catex oznacza spadek ciśnienia, zależny od rozmiaru kulek żywicy, wysokości złoża i szybkości filtracji Zwykle spadek ciśnienia wynosi około 0,5 1,0 kg/cm 2 Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 33

34 Filtry wymiennika jonitowego Problem mikrobiologiczny Drobnoustroje gromadzą się w filtrach i na kulkach żywic Urządzenie do zmiękczania wody może stać się źródłem skażenia wody procesowej Moduł 6 Aspekty specjalne Rozdział 1 Wpływ składników wody... 34