純水應(yīng)用中五種脫氣裝置的比較

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1、純水應(yīng)用中五種脫氣裝置的比較摘要：在純水制造過程中，以前常常使用鼓風(fēng)脫氣和真空脫氣裝置，近年來，膜脫氣工藝發(fā)展非常迅猛，在高純水領(lǐng)域已經(jīng)開始有了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也有不少純水工藝采用了樹脂催化法除氧。本文分別對(duì)五種不同的脫氣裝置作了介紹和對(duì)比。關(guān)鍵詞：脫氣器；脫氣塔；純水；溶解氧；樹脂中圖分類號(hào)：TN305文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1引言在當(dāng)今信息化時(shí)代，微電子的產(chǎn)品周期每?jī)赡攴环?，?duì)高純水的要求也變得越來越高(見表1)，從而促進(jìn)了純水處理技術(shù)的一次又一次的變革，水處理工藝越來越先進(jìn)，脫氣裝置也不例外。自然界中的水除了含有鹽分、膠體、顆粒、微生物外，還溶解有很多氣體，比如氧氣，二氧化碳、氮?dú)狻⒓?/p>

2、烷等，由于一般水廠采用氯氣消毒，從而產(chǎn)生氯仿、三鹵甲烷(THM)等鹵代烴。有些氣體的存在對(duì)集成電路的生產(chǎn)有著嚴(yán)重的影響，有些氣體影響著其他后續(xù)設(shè)備的運(yùn)行周期和產(chǎn)品水質(zhì)。從而，形形色色的脫氣工藝產(chǎn)生了。在鍋爐、電廠等行業(yè),溶解氧的存在是造成熱力設(shè)備(如汽輪機(jī)等)腐蝕的主要原因,導(dǎo)致鍋爐在運(yùn)行或停用期間的氧腐蝕，所以國(guó)家對(duì)鍋爐的補(bǔ)給水溶解氧也作出了相應(yīng)規(guī)定，比如：鍋爐額定蒸發(fā)量大于6m3／h的鍋爐均要除氧,額定蒸發(fā)量小于6m3／h的鍋爐應(yīng)盡量除氧，而且16MPa以下的鍋爐給水溶解氧含量必須小于lOOppb，1．6-2．5MPa的鍋爐和供汽輪機(jī)用汽的鍋爐給水含氧量必須小于50ppb，而一

3、般高壓鍋爐的溶解氧含量需要小于7ppb。由此可以看出，鍋爐電力行業(yè)中，溶解氧含量已接近微電子行業(yè)的要求，脫氣也成了其補(bǔ)給水處理的一項(xiàng)重要工藝。2技術(shù)背景2．1道爾頓分壓定律混合氣體中氣體的總壓力和每種氣體的分壓遵循道爾頓分壓定律，其具體含義是，氣體的總壓P總等于組成該混合氣體的分壓的總和，混合氣體中各種組份的分壓又與其所占的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，所以道爾頓分壓定律可以用以下兩個(gè)方程式來表示：其中ni為對(duì)應(yīng)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)根據(jù)該定律，我們可以在混合氣體的組份含量(摩爾分?jǐn)?shù)，見表2)與組分分壓之間方便地進(jìn)行互算。2．2亨利定律亨利定律定義了水中氣體的溶解度與溶液表面該氣體的分壓成正比。其表達(dá)式

4、為：其中E為亨利系數(shù)，見表4NA為溶液中氣體的摩爾分?jǐn)?shù)P為溶液上方該氣體的分壓根據(jù)該定律和表4中的數(shù)據(jù)，只要知道溶液上方氣體的分壓，就能計(jì)算出水中溶解的氣體的含量。根據(jù)該定律，我們也可以按照氣體的分壓和表3計(jì)算出該氣體的溶解度。比如從表2可知，空氣中的氧氣含量或分壓為20．99％，則在25℃時(shí)空氣中1升水中的氧氣溶解量為V=0．02831×20．99％=0．00594升。再根據(jù)下面的克拉帕龍方程式計(jì)算出該1升水中的氧氣含量為8．5毫克，即8．5ppm：式中：P為氣體壓力[Pa，這里為一個(gè)大氣壓,等于101325Pa]V為氣體的體積[m3]m為氣體的質(zhì)量[g]M為氣體的摩爾質(zhì)量[g／

5、mol，氧氣為32g／m01]R為氣體常數(shù)[8.314J／(K·mol)]T為開氏溫度[K]2．3催化原理化學(xué)反應(yīng)能否進(jìn)行要根據(jù)自由能的變化，但僅僅根據(jù)自由能的變化還不能判斷反應(yīng)能否完成，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)的完成還取決于反應(yīng)的能壘，即如果反應(yīng)能壘很高，則必須為其提供一定的能量，越過能壘，完成反應(yīng)。該能壘被稱為活化能。而催化劑的作用就是降低該活化能，使之在相對(duì)不苛刻的環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。比如氫氣和氧氣的化學(xué)反應(yīng):水中溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)電極電位由此計(jì)算出的自由能變化ΔG=-nFε=-2×96500×1．229=-237kJ式中F為法拉第常數(shù)96500Cn為參與反應(yīng)的電子數(shù)，本式中等于2由于ΔG＜0

6、，而且很大，所以反應(yīng)應(yīng)能非常快地自動(dòng)進(jìn)行，但是在常溫下反應(yīng)卻始終不可能完成，必須有火花等將之引燃，反應(yīng)所產(chǎn)生的能量才能將反應(yīng)繼續(xù)下去。某種涂鈀的樹脂能起到催化劑作用，使氫氣和氧氣在常溫下就能夠化合生成水。據(jù)此原理，通過向溶解有氧氣的水中通人適量氫氣，在與催化劑的充分接觸后，化合生成水，從而起到除氧的目的。3四種常見的脫氣裝置按照脫氧器工藝，我們可以分為大氣式、真空式、膜分離式、棚旨催化方式；熱力式五大類，大氣式又可以分為鼓風(fēng)式、抽風(fēng)式、鼓泡式。在以往的工藝過程中，最常用的脫氣方式是鼓風(fēng)式和真空式。3．1鼓風(fēng)脫氣由于二氧化碳在空氣中含量只占0．03％，我們可以由方程式(4)算出，常壓

7、下二氧化碳在水中的飽和含量在0．5ppm左右。二氧化碳在水中主要以C02、HC0-3、C02-3三種形態(tài)存在，而一般水中都具有一定的堿度，所以還存在許多由HC0-3、C02-3形式而存在的二氧化碳，三者在水中形成平衡:當(dāng)pH值小于4．3時(shí)，二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為分子狀態(tài)存在，從而可以從水中逸出。同時(shí)我們鼓人新鮮的空氣，使二氧化碳轉(zhuǎn)入空氣中，從而起到除二氧化碳的目的。由于該類脫氣塔工作時(shí)的pH值要求小于4．3，所以一般它與復(fù)床聯(lián)合使用，工藝位置一般處于陽床后面，因?yàn)殛柎渤隹?/p>