水垢對工業生產過程設備及工業生產產品質量的影響有哪些？
點擊次數：28 更新時間：2024-10-28
一、水垢對工業生產過程設備的影響
(一)降低熱傳遞效率
在熱交換設備(如鍋爐、冷凝器等)中，水垢的導熱系數比金屬低很多。例如，鋼鐵的導熱系數約為 45 - 58W/(m?K)，而常見水垢(如碳酸鈣垢)的導熱系數僅為 0.5 - 2.5W/(m?K)。這會導致熱交換過程中熱量不能有效地從熱流體傳遞到冷流體。
以鍋爐為例，當水垢附著在鍋爐的受熱面上時，會使鍋爐的傳熱性能變差。為了達到設定的生產溫度，就需要消耗更多的燃料。這不僅增加了能源成本，還可能因為局部過熱導致設備損壞。
(二)增加流體阻力
水垢在管道和設備內部堆積，會使管道的有效內徑減小。根據流體力學原理，管道內徑減小會導致流體的流速增加，而流體阻力與流速的平方成正比。
例如在化工生產中的輸送管道，如果水垢積累嚴重，會使流體輸送的壓力降大幅增加。這可能導致泵等輸送設備的能耗上升，甚至因為壓力過高超過設備的承受極限而引發管道破裂、泄漏等安全事故。
(三)引起局部腐蝕
水垢的存在會造成設備表面的電化學不均勻性。因為水垢下面的金屬表面與周圍沒有水垢覆蓋的金屬表面形成了腐蝕電池。
例如，在含有溶解氧的水中，水垢下的金屬成為陽極，發生氧化反應而被腐蝕。這種局部腐蝕可能會導致設備穿孔、破裂，縮短設備的使用壽命。
二、水垢對工業生產產品質量的影響
(一)影響產品純度
在一些對產品純度要求較高的行業，如制藥、電子工業等，水中的鈣鎂等離子形成的水垢可能會混入產品中。例如在制藥過程中，如果用于藥品生產的水含有較多水垢雜質，在藥品結晶等過程中，這些雜質可能會被包裹進藥品晶體，降低藥品的純度。
在電子工業中，超純水是生產過程中的關鍵要素。水中的鈣鎂離子等雜質可能會在半導體芯片制造過程中沉積在芯片表面，影響芯片的性能和質量。
(二)改變產品物理化學性質
在食品工業中，水垢中的成分可能會與產品中的成分發生化學反應。例如在飲料生產過程中，如果水中含有較多鈣鎂離子，在加熱等過程中與飲料中的酸性成分反應，可能會改變飲料的口感、色澤等物理化學性質。
三、鈣鎂離子分析儀的監測與解決方法
(一)監測原理
鈣鎂離子分析儀主要基于比色法、離子選擇性電極法等原理進行測量。
比色法：某些試劑與鈣鎂離子反應后會產生特定顏色的化合物，通過測量顏色的深淺來確定鈣鎂離子的濃度。例如，使用鉻黑 T 作為指示劑，在合適的 pH 條件下，它與鈣鎂離子形成酒紅色的絡合物，通過分光光度計測量吸光度，對照標準曲線就可以計算出鈣鎂離子的濃度。
離子選擇性電極法：離子選擇性電極對特定離子(如鈣鎂離子)有選擇性響應。當電極浸入含有鈣鎂離子的溶液中時，會產生電位差，該電位差與離子濃度的對數呈線性關系。通過測量電位差，就可以計算出鈣鎂離子的濃度。
(二)監測過程
首先，需要采集有代表性的水樣。在工業生產中，水樣的采集點應選擇在水源入口、關鍵生產環節用水點以及設備的排水口等位置。
將采集的水樣放入鈣鎂離子分析儀中，按照儀器的操作程序進行測量。儀器會自動進行檢測、數據處理，并顯示鈣鎂離子的濃度。
(三)解決方法
軟化預處理：如果監測到水中鈣鎂離子濃度過高，可采用軟化水的方法。常見的有離子交換樹脂法，利用鈉離子交換樹脂與水中的鈣鎂離子進行交換，從而降低水中鈣鎂離子的含量。例如，當含有鈣鎂離子的水通過裝有強酸性陽離子交換樹脂的交換柱時，水中的鈣鎂離子被樹脂吸附，同時樹脂上的鈉離子被置換到水中。
化學藥劑法：可以向水中添加阻垢劑。阻垢劑能夠與鈣鎂離子形成穩定的可溶性絡合物，阻止鈣鎂離子結晶沉淀形成水垢。例如，聚磷酸鹽類阻垢劑可以吸附在碳酸鈣等晶體的活性生長點上，抑制晶體的生長和聚集。同時，根據鈣鎂離子分析儀的監測數據，調整藥劑的添加量，以達到阻垢效果。
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