IT7353501A1 - Dispositivo per il controllo automatico dell'alcalinita' in sistemi evaporativi - Google Patents

Description

[0001] 53501A/73 DESCRIZIONE 1000/1 31 a corredo di una domanda di Brevetto per Invenzion avente per titolo: "Dispositivo per il controllo automatico dell'alca linita in sistemi evaporativi".

[0002] a nome della : NALCO.CHEMICAL COMPANY Inventori: Ing Marcello zIFFERERO, Ing...Leopoldc ZAMBONI, Ing.

[0003] Mauro MINERVINI.

[0004] La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo per il controllo automatico dell'alcali ROMA nita in sistemi evaporativi.

[0005] Piu in particolare l'ir venzione .riguarda un_dispositivo che permette di con trallare automaticamente il valore dell'alcalinita nell'acqua di ricircolo.

[0006] di_sistemi_evaporativi a ciclo aperto.

[0007] Come e noto, in questi sistemi l'acqua viene normalmente trattata con additivi chimici per proteggere le superfici di scambio termico dalla cor- rosione, dalla formazione di incrostazioni, deposi to di fanghi, ecc..

[0008] In passato la maggior parte dei tratta- menti chimici dell'acqua di ricircolo in sistemi evaporativi a ciclo aperto includeva il ricorso al l'impiego di un acido, di solito l'acido solforico per controllare il pH dell'acqua di ricireolo allo scopo di impedire la formazione di inerostazioni d: sali di calcio: La tecniea adottata consisteva nel l iniettare nel sistema, ogni ora, una quantita di acido calcolata in base alla portata dell'acqua di reintegro, all'alcalinita al metilarancio (in se- guito indicata come alcalinita M) di tale acqua, al rapporto di concentrazione dell'acqua di reinte gro e all'alcalinita M prestabilita per l'acqua di ricircolo.

[0009] Detta alcalinita M per l'acqua di ricir colo veniva calcolata per ogni singolo sistema refri gerante e fissata usualmente al valore cui corrispon- deva l'insorgere di una leggera attivita corrosiva da parte dell'acqua del sistema.

[0010] Questa attivita veniva neutralizzata iniet tando nel sistema una o piu sostanze inibitrici_del la..corrosione.

[0011] Per la maggior parte.dei sistemi di raf- freddamento.ad acqua trattati con acido e inibitori di corrosione, il voluto valore dell'alcalinita M dell'acqua di ricircolo é stato fissato nell'inter.

[0012] vallo 30-100 ppm (come CaCO,).

[0013] Nella pratica indu- striale l'iniezione di acido necessaria per mante- nere detta alcalinita M dell'acqua del sistema pros- sima, questo_piu possibile, al valore voluto, e re golata in base ai valori del pH riscontrati nell ae- qua del ricircolo, cosa questa possibile seiivalori dell'alcalinita M si mantengono nell'intervalle detto di 30-100 ppm per cui esiste una correlazione effet tiva tra valori dell'alcalinita,M e valori del pH nell'acqua del..sistema di raffreddamento.

[0014] Questa correlazione a illustrata nella se guente tabella I (casi 1 e 2).

[0015] TABELLA I Analisi dell acqua del sistema di raffred damento a diverse.

[0016] concentrazioni dell'alcalinita M Caso 1- Sistema di acqua di raffreddamento A alcalinita M, ppm_come CaCO.

[0017] 30 60 pH 6,8 7,2 durezza totale ppm come CaCO, 970 950.

[0018] durezza calcio 635 620 solfati ppm come SO 610 590 cloruri ppm come Cl 470 460 Caso 2- Sistema di acqua di raffreddamento B alcalinita M, ppm come CaCO3 45 70 pH 7,0 7,4 durezza totale, ppm come CaCO3 430 450 durezza calcio 300 330 solfati ppm come SO 490 460 cloruri, ppm come Cl 75 85 In particolare-la- tabella I pone evidenza al fatto che in sistemi di raffreddamento con ri circolo dell'acqua refrigerante, quando i valori dell'alcalinita M devono essere mantenuti al di sot to di 100 ppm, il pH dell'acqua del sistema, varia apprezzabilmente anche per variazioni dell'alcali nita M di 20-30 ppm.

[0019] Questa correlazione tra pH e alcalinita M stata largamente sfruttata in quest! tipo di sistemi di raffreddamento, proprio per cor trollare l alcalinita M mediante il controllo.del pH ROMA e viceversa.

[0020] A comprova di cio sta il largo impie.

[0021] go.

[0022] di dispositivi di misura.e_controllo del pH per controllare l'alimentazione dell'acido nei sistemi di.raffreddamento del tipo.

[0023] .citato.

[0024] In questi ultimi_anni ha avuto successo commerciale ed e stato largamente adottato nella maggior parte_dei sistemi diraffreddamento un nuo vo metodo.per il trattamento dell'acqua di ricirco lo in sistemi di raffred amento a torre evaporativa Questo metodo, detto trattamento alcalino, implica l'impiego di inibitori della formazione di incro- stazioni capaci di impedire il deposito di sali di calcio sulle superfici delle pareti di scambio ter mico.

[0025] L aggiunta dell inibitore di incrostazioni all'acqua di ricircolo consente il funzionamente del sistema di raffreddamento anche in condizioni di "incrostabilita", cio per valori piu elevati del l'alcalinita M e per valori del pH e degli ioni calcio superiori a quelli limite.di saturazione del carbonato.di calcio.

[0026] Quando.

[0027] si adotta questo tratta mento la corrosione delle parti metalliche delle ap parecchiature viene ridotta al minimo sia perche si forma su di esse uno strato protettivo, sottile di carbonato..di calcio, sia perche l'acciaio.al carbo nio di dette parti viene passivato ai pH indotti nel sistema di raffreddamento.

[0028] Indicazioni relative ad un tale trattamen to.alcalino sono.

[0029] riportate (casi 3 e 4) nella se guente tabella II.

[0030] TABELLA II Caso 3 - Sistema di acqua di raffreddamento C Alcalinita M,ppm come CaCO; 190 300 8,4 8,b pH durezza totale ppm come CaCO.

[0031] 1.100 1.030 durezza calcio " 860 830 620 480 solfati, ppm come SO cloruri,ppm.come Cl 900 850 Caso 4 Sistema di.acqua di faffreddamento D 250 120 alcalinita M, ppm come CaCO.

[0032] 8,2 8.0 pH 480 510 durezzatotale, ppm_come CaCO.

[0033] 350 3$0 durezzacalcio.......

[0034] solfati, ppm come S04 120 260 170 185 cloruri, ppm come Cl Come si pu notare in tabella II sono ri portate le caratteristiche dell'acqua di ricircolo di due sistemi di raffreddamento con torre evapora tiva sottoposti al "trattamento alcalino".

[0035] General mente in questo caso l'alcalinita M dell'acqua di ri- circolo inclusa nell'intervallo 100-400 ppm (come CaCO,).

[0036] Il valore migliore di detta alcalinita, ne limiti di questo intervallo, varia per ciascun si- stema trattato.in funzione del tipo dell'acqua,di reintegro e delle condizioni operative del sistema.

[0037] Una volta stabilito col calcolo il valore ottimale dell'alcalinita M per un ben determinato si- stema fattore di importanza mantenere ad ogni i- stante detta alcalinita quanto piu possibile prossi ma a questo valore: In pratica, in caso di un effet- tivo abbassamento del valore dell'alcalinita M insor- ge gia il problema della corrosioneise poi viene su perato il citato valore di "guardia" allora diviene difficile controllare la formazione di incrostazioni Ed infatti uno dei problemi principali che i tecnici si sono trovati a dovere affrontare stato proprio quello.

[0038] del controllo automatico dell*alcalinita M dell acqua di ricircolo mediante iniezione di acidi Al crescere dei valori dell'alcalinita M nei limiti dell'intervallo stabilite per il "trattamento alca- lino", la relazione tra la alcalinita M e il pH del l'acaua di ricircolo mette in evidenza che ad una forte variazione della prima (alcalinita M) pu cor: rispondere una piccola variaziene del secondo (pH) ROMA come si pu vedere nel diagramma della figura 1 dove riportato l'andamento dell'alcalinita M (ordinate) in funzione del valore del pH (ascisse) per un certo tipo di acqua.

[0039] Il grafico rappresenta un caso teorico.

[0040] ma pu appliearsi abbastanza bene al corrispondente caso reale.

[0041] In esso visibile la generica tendonza dell'alcalinita M ad aumentare al crescere del pH.

[0042] I casi 3 e 4 della tabella II rappresenta no una tipica situazione in un sistema di raffredda mento a torre in cui si fa impiego del trattamento alcalino.

[0043] E* possibile osservare che, ad esompio, ad una variazione dell'alcalinita M di 130 ppm cor risponde una variazione del pH di appena O,2 unita.

[0044] E: chiaro ora l'inconveniente che si asso cia ad una tale metodica di trattamento alcalino e cioe la notevole difficolta di controllare l'alcali- nita M regolando il pH del sistema dell'acqua di ri- circolo.

[0045] In pratica i dispositivi di misura del pH del tipo di impiego comune nei sistemi di raffredda- mento a torreriescono a controllare il pH dell'acqua di ricircolo in un_intervallo di 0G2unita attor no al valore prefissato e a questa fluttuazione ven- gono a corrispondere sovente variazioni dell'alcali- nita M assai maggiori di quelle tollerabili per una attuazione soddisfacente del "programma alcalino".

[0046] E: pertanto scopo principale di questa in venzione attuare un dispositivo per il controllo au tomatico dell'alcalinita, se di valore 100 ppm (co- me CaCO,), dell'acqua di ricircolo in sistemi eva- porativi aperti il quale elimini i rischi o incon- venienti sopra citati di improvvisi e forti aumenti dell'alcalinita M oltre i valori di guardia# non controllabili per la loro non sufficiente sensibili- ta, dai pH - metri di uso tradizionale.

[0047] E' inoltre vantaggio del dispositivo se- condo l'invenzione la sua adattabilita anche ai casi in cui l'alcalinita M da mantenere sia bassa (30-700 ppm come CaCO,) in cui il trattamento alcalino ancora applicabile in modo soddisfacente (ad esempio..acqua con elevata concentrazione di sali di calcio): Sostanzialmente_col dispositivo.oggetto ai questa invenzione si_procede ad intervalli regola ri e ogni volta per un periodo prefissato, alla de terminazione periodica del valore istantaneo dell'al.

[0048] calinita M del sistema e, nel caso che il valore d detta alcalinita superi quello di "guardia", al co.

[0049] mando dell avviamento di una pompa di alimentazione dell*acido, ad esempio acido solforico, nel sistem# che viene mantenuta in funzionamento per tutta la durata del periodo prefissato.

[0050] Forma quindi oggetto specifico di questa invenzione un dispositivo per il controllo automat- co dell'alcalinita nell acqua di ricircolo di siste mi evapirativi caratterizzato dal fatto di compren dere in combinazione: - mezzi, provvisti di agitatore, per la raccolta di un volume determinato dell*acqua dal sistema, inseriti in una linea di campionamento, a flusso continuo, di detta acqua; mezzi per la apertura e la chiusura di detti mezzi di raccolta ad intervalli regolari pre stabiliti, controllati da temporizzatori attraverso valvole a solenoide; mezzi di dosaggio e alimentazione di u volume determinato di acido per titolazione in detti mezzi..di.raccolta; mezzi per lasmisura del pH, associati a detti mezzi di raccolta dell'acqua del sistema; mezzi.di..registrazione..dei valori mi- surati del pH, attivabili per valori del pH maggio ri, dopo la titolazione..con detto..acido, del punto di viraggio.(pH 4,5) del metilarancie, con periodo di attivazione prestabilito, collegati nel periodo di attivazione al motore di_comando.di_una pompa di alimentazione di acido nell'acauadel sistema, es sendo previsti mezzi_di allarme connessi a detti mezzi di_misura del pH che intervengono per valori del pH bassi, inferiori ad un massimo prefissato.

[0051] Detti mezzi di raccolta del campione di ac qua da analizzate sono costituiti preferibilmente da un bicchiere di volume tarato.entro il quale il liauido e mantenuto in agitazione da un agitatore magnetico.

[0052] Il bicchiere presenta inferiormente da un lato una apertura di ingresso dell acqua del si stema la cui chiusura e regolata da una valvola a solenoide, comandata da un temporizzatore e superior mente dall'altro una apertura di scarico che fissa.

[0053] a bocca di ingresso chiusa, un livello del liquido nel bicchiere, determinando il volume di titolazione.

[0054] L'alimentazione della dosedi acido per la titola- zione del campione di acqua.contenuto in .detto bic chiere avviene attraverso_una fiala collegata ad un serbatoio_dell'acido che si svuota ad intervalli re golari, pr grammati.

[0055] Piu precisamente pochi secondi dopo la chiusura del bicchiere il contenuto della fia la viene scaricato.

[0056] nel volume di liquido contenuto in esso e mantenuto.in agitazione.

[0057] Dopo un successi vo breve periodo l'indice del pH -metro connesse a bicchiere attraverso un elettrodo che penetra nel suo interno, subisce uno spostamento rispetto al valore di minimo segnato sulla scala del pH-metro e, se avviene che, dopo la titolazione il pH sia mag giore del valore minimo (pH 4,5, punto di viraggio delimatilarancio) il rele che registra le variaziomi del pH viene attivato e rimane in_tali condizioni per un ciclo prefissato, ad esempio di un'ora, co- mandando il motore di una pompa di alimentazione d l- l'acido nel sistema dell*acqua di ricircolo ad una portata di circa 1,5-2 volte quella necessaria per neutralizzare l'alcalinita M portata nel sistema dall'acqua di reintegro.

[0058] Se invece dopo la titola zione, il pH e inferiore a detto minimo (4,5), il rele non viene attivato e nessuna alimentazione si ha dalla.pompa dell'acido.

[0059] per la.successiva ora.

[0060] Dopo il termine del ciclodi titolazione la valvola di ingresso del bicchiere.

[0061] viene riaperta sotto il comando della valvola a solenoide e l acqua del si- stema fluisce liberamente.

[0062] attraverso il bicchiere.

[0063] Se,.come..detto, in questa fase di libero passaggio dell acqua del sistema attraverso il bic- chiere l'indice del pH-metro, si stabilizza al di sot to del valére di massimo, fissato all'esempio in 7 allora scatta un segnale di allarme connesso al pH-metro E: ora da notare che i sistemi evaporati- ROMA vi hanno di solito tempi di ritenzione superiori a diverse ore e quindi il dispositivo sopra indicato, avendo una frequenza di un'ora o comunque inferiore a detti tempi non pu influenzare la voluta continui- ta di controllo nei limiti usuali di precisione ac- cettati a livello industriale.

[0064] I rispettivi volumi del bicchiere e della fiala dipendono naturalmente dal valore limite di al- calinita che deve essere rispettato nel siatema e dalla concentrazione dell acido di titolazione.

[0065] Ad esempio se il valore limite per l'alca linita di 200 ppm, allora il volume del bicchiere potra essere di.

[0066] 300 cc.

[0067] Per la neutralizzazione del l'alcalinita risultera un consumo di 60 mg di H,sO Si dovra quindi, ad esempio, impiegare una fiala ds 30 cc con acido N/25 o una.fiala da 15 cc con acidc /12,5.

[0068] Se e evidente che volumi grandi di bicchie re e di fiala aumentano la precisione della titola- zione, e vero perd che essi comportano un maggior con sumo di acido e quindi piu frequenti ricariche del serbatoio.contenente.la soluzione titolante.

[0069] La presente invenzione verra ora descritta con particolare riferimento.

[0070] ai disegni (figure 2 c 3) in cui sono riportate a titolo illustrativo e non limttativo forme preferite di esecuzione della medesima In particolare nei disegni: la figura 1 illustra un diagramma dell an damento del pH in ascisse, in funzione dell'alcali- nita M in ordinate, per un determinato tipo di acqua, gia in precedenza esaminato in questa descrizione; la figura 2 rappresenta schematicamente un dispositivo per il controllo dell'alcalinita se- condo l'invenzione; e la figura 3 un diagramma illustrativo dell andamento della alcalinita M (in ordinate) per l*acqua di reintegro e l'acqua del sistema in fun zione del tempo (in ascisse) per una torre di raf freddamento in cui e installato un dispositivo se condo...l'invenzione.

[0071] Facendo ora particolare riferimento alla figura 2 si nota un dispositive di controllo dell'al calinita per sistemi evaporativi comprendente un bic- chiere di titolazione 5 provvisto di agitatore 4 1 una bocca inferiore di ingresso a e una superiore di uscita a' per l'acqua del sistema da analizzare la chiusura e l'apertura della bocca di ingresso ? essendo regolata ad intervalli prestabiliti mediantc una valvola a solenoide 1 comandata da un sistema programmatore B.

[0072] Quando la bocca di ingresso a chiusa, il livello_di liquido in 5 viene fissato dal la bocca di scarico a' con determinazione di un volum di liquido da titolare ben definito.

[0073] Una fiala 6 con capillare in plastica 7 rimane riempita con l'acido di titolazione contenuto nel serbatoio A durante il periodo in cui la valvola a solenoide a tre vie 2, comandata dal sistema temporizzatore C chiusa, per scaricarsi nel bicchiere 5 di analisi quando detta valvola.2 viene aperta.

[0074] Un pH-metro D con elettrodo di misura 3 immerso nel liquido del bicchiere 5, e connesso attraverso il rele 9 al gruppo pompa E di alimentazione dell*acido al sistema e attraverso il rele 8, controllato dal programmatore B, al sistema di allarme F che interviene.per valori del pH bassi Con riferimento al diagramma illustrato nella figura 3 si notano tre curvej la curva A per l'alcalinitaM dell'acqua di reintegro, la curva B per quella del l'acqua del sistema o la curva C (retta) che indica il valore limite di riferimento per il controllo dell'alcalinita M.

[0075] Questo diagramma relativo ad ana torre di raffreddamento avente le seguenti caratte ristiche: portata di ricircolo 4500_gpm ROMA portata acqua di reintegro 130_gpm rapporto.di concentrazione 1,5-3,0 alcalinita M dell'acqua di reintegro 200-325_ppm_(come_CaCOg) La presente invenzione e stata descritta con particolare riferimento a sue specifiche forme di attuazione, ma si intende che modificazioni e variazioni potranno essere eseguite senza uscire dall'ambito di protezione di questa privativa indu striale.

[0076] .

Claims (8)

1. 1.

Dispositivo per il controllo automati+ co dell'alcalinita nell'acqua di ricircolo di siste- mi evaporativi, caratterizzato dal fatto di comprem- dero in combinazione: (a) mezzi, provvisti di agitatore, per la raccolta di.un.volume determinato.

dell'acqua del sistema, inseriti in una linea di campionamento, a flusso continuo di detta acqua; (b) mezzi per l'apertura e la chiusura di detti mez zi di raccolta (a) ad intervalli regolari, program mati, controllati da temporizzatori attraverso mez zi a valyola a_solenoide; (c) mezzi di dosaggio e alimentazione di un volume determinato di acido per titolazione in detti mezz di raccolta (a); ROMA (d) mezzi per la misura del pH associati a dotti me zi di raccolta (a) dell'acqua_del sistema da ahaliz zare; (e) mezzi di registrazione dei valori misurati per il pH, attivabili per valori del pH maggiori, dopo la titolazione con detto acido, del pH di viraggio di un sistema indicatore, con periodo di attivazio ne prestabilito, collegati nel periodo di attiva- zione al motore di comando di una pompa di alimenta- zione di acido nell acqua del sistema, essendo pre visti mezzi (f) di allarme connessi a detti mezzi (a) di misura del pH, i quali intervengono per valori del pH bassi, inferiori ad un massimo prefissato.

2.

Dispositivo secondo la rivendicazione 1 per la determinazione dell'alcalinita M dell'ac- qua di ricircolo in sistemi_evaparativi, caratteriz zato dal fatto che detto sistema indicatore e metil arancio con pH di viraggio.di 4,5.

3.

Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rac- colta (a)_sono.costituiti da un.bicchiere munito d agitatore e provvisto, inferiormente da un lato, di una bocca di ingresso dell'acqua del siatema colle.

gata al circuito di alimentazione di detta acqua d tubazioni controllate da una valvola a solenoide co mandata da detti mezzi (b) e superiormente dall'al tro lato di una bocca di scarico situata ad un li- vello che definisce nel bicchiere, a bocca di in gresso chiusa, il volume di titolazione, essendo detto agitatore un agitatore di tipo magnetico.

4.

Dispositivo secondo ognuna delle riven- dicazioni 2-3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi (c) di dosaggio dell'acido di titolazione so no costituiti.da una fiala di volume tarato con ca pillare in plastica collegata ad un serbatoio del- l'acido di titolazione da una tubazione controlla- ta da una valvola a sollenoide comandata da un siste ma temporizzatore.

5.

Dispositivo secondo ognuna delle riven- dicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto che l'alcali- nita M dell'acqua del sistema a inclusa nell inte: vallo da 30 a_.100 ppm.

6.Dispositivo secondo cgnuna delle riven dicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che l'alcalinita M dell'acqua del sistema superiore .100_ppm 7.

Dispositivo_secondo ognuna delle ri- vendicazioni 1-6,.caratterizzato dal fatto che la frequenza del_ciclo di titolazione dell acqua del sistema e minore del tempo di ritenzione del sistema evaporativo.

8.

Dispositivo per il controllo automati co dell'alcalinita in sistemi evaporativi secondo le rivendicazioni d-7, sostanzialmente come in pre- cedenza descritto e illustrato.

Roma,_=5 NOV.

1973 P.

NALCO CHEMICAL COMPANY P.ING.

BARZANO' ZANAR6g Er/gt.c.

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