Свойства воды

Категория:
Полуфабрикаты из бумаги


Свойства воды

Среди наиболее важных для бумажного производства характеристик воды следует отметить: количество взвешенных веществ или мутность, степень окраски, наличие вкуса или запаха, содержание растворенных неорганических веществ, жесткость, щелочность, pH и температуру. Все эти характеристики не обязательно важны для каждого случая использования воды; например, запах менее важен в питательной котельной воде и более важен в воде для увлажнения картонов, если эти картоны предназначены для упаковки пищевых продуктов.

Для некоторых видов бумаги (например, папиросной, шелковой лицевой, конденсаторной, фильтровальной и светочувствительной) может потребоваться вода еще большей чистоты, чем указанная для высоких сортов бумаги.

Методы анализа воды не описаны в связи с тем, что анализ воды является специальным предметом и он не может быть полностью изложен в этой книге. В порядке информации читателю предлагаются стандартные руководства по анализу воды . В анализах воды все результаты должны выражаться в миллионных долях (весовых частей на миллион), что удобнее выражения в граммах на литр. Однако, если указаны граммы на литр, то они могут быть перечислены на весовые части делением веса в граммах на тысячу (пример: 5 г/л = 0,005 миллионных долей). Для перечисления выражений в миллионных долях на граммы на литр надо указанное количество миллионных долей умножить на 1000.

Температура воды

Температура производственной воды имеет большое значение при установлении интенсивности дефибрирования или рольного размола массы. Температура воды воздействует на проклейку и определяет садкость массы на бумагоделательной машине. Для многих целей на фабрике требуется горячая или теплая вода; в таких случаях выгодно, очевидно, иметь запас свежей теплой воды. Колебания температуры воды нежелательны, особенно при использовании воды для охлаждения.

Взвешенные вещества и муть

Сырая вода часто содержит взвешенные вещества. Если взвешенные частицы диспергированы настолько, что диаметр частиц равен нескольким микронам, то их называют мутью. Мутная вода— загрязненная вода.

Измерение мути основывается на определении толщины слоя воды, затемняющей вид пламени стандартной свечи. Для сравнения может служить стандартная суспензия бентонита в дистиллированной воде. Общее количество взвешенного вещества в воде можно определить, пропустив воду через беззольный бумажный фильтр и взвесив собранную на нем суспензию.

Мутность может вызываться частицами каолина, песка, волокна, органических веществ, микроорганизмами и т. д. Реки, протекающие через культивированные и обрабатываемые участки, обычно сильно замутнены. Мутность меньше 0,5 миллионных частей отчетливо заметна, если рассматривать воду в проходящем свете. Для выработки высокосортных бумаг мутность производственной воды должна быть менее 10 миллионных частей, а для бумаг более низких сортов — не более чем от 50 до 100 миллионных долей.

Наличие взвешенных веществ в производственной воде нежелательно, так как они понижают цвет и белизну бумаги. Они также повышают содержание золы, понижают прочность бумаги и повышают содержание в бумаге загрязнений. Использование грязной воды может снизить прочность бумаги до 50%. Грубые взвешенные вещества при отливе бумаги могут привести к продырявливанию ее и истирают части бумагоделательной машины, например валики и сетку. Они также имеют тенденцию засорять разбрызгиватели и спрыски. Взвешенные вещества могут вызывать пенообразование и котельную накипь.

Иногда замутнение обусловлено кремнеземом, находящимся в коллоидальном, весьма слабо ионизированном состоянии. Своевременно не удаленные комплексные молекулы кремневой кислоты поглощаются целлюлозой и увеличивают содержание золы в бумаге . Кремнезем также приводит к образованию накипи в котлах высокого давления и соответственно не должен содержаться в питательной котельной воде в количестве более 3—4 миллионных долей.

Окраска (цвет)

Окраска вызывается диспергированным веществом, которое придает воде некоторый ненормальный оттенок. Окраска может вызываться веществом, образующим истинный раствор, или веществом, диспергированным коллоидно. Органическая окраска обычно обусловлена коллоидной дисперсией частичек, несущих отрицательный электрический заряд. Примером растворимого вещества, вызывающего окраску, являются соли железа.

Чистая вода бесцветна, но некоторые воды, особенно болотные, имеют неприятную окраску. Эта окраска обычно вызывается такими органическими веществами, как галлаты и гуматы (соли галловой или гуминовой кислот), которые образуются из сгнивших органических веществ. Соли железа, содержащиеся в водах, бывают причиной некоторых производственных затруднений.

Волокна целлюлозы сильно адсорбируют как органические окрашивающие вещества, так и соединения железа. Кроме того, все соединения коагулируются сернокислым глиноземом и осаждаются на целлюлозе. В некоторых случаях наблюдаются заметное понижение белизны целлюлозы, а в крайних случаях процесс отбелки может быть вообще нарушен. Растворенные органические вещества могут также причинять затруднения при обработке воды, препятствуя коагуляции взвешенных веществ.

Цвет обычно измеряется путем сравнения его со стандартным

Цветным раствором, представляющим собой раствор хлорплатината калия, платины, хлорида кобальта, кобальта и концентрированной соляной кислоты. Стандартные трубки Несслера для определения цвета воды изготовляются с пределами окраски от 5 до 70. Цвет воды может быть определен подбором наиболее пригодного эталона, путем просмотра (вертикально сверху вниз) сравниваемых трубок на белом фоне. Результаты выражаются в единицах платино-кобальтового цвета (единицы начинаются с 0,001 г платины, отнесенных к 1 л воды).

Вкус и запах

Сырая вода иногда обладает некоторым вкусом и запахом. Наличие запаха и вкуса обычно не является помехой для снабжения водой бумажных фабрик, но она нежелательна на фабриках, вырабатывающих картон для продуктовых ящиков.

Вкус и запас обусловлены наличием в воде посторонних веществ в виде некоторых солей, газов (например, сероводорода), отходов других фабрик, расположенных выше по течению, и продуктами распада некоторых веществ. Запахи иногда порождаются в установках для водоподготовки, в особенности, если грязь и осадки, образовавшиеся в отстойном бассейне, регулярно не удаляются. Обработка воды хлором часто оставляет неприятный вкус, который частично обусловлен самим хлором, но большей частью — реакцией в воде хлора с органическими веществами. Хлорамины не оставляют такого неприятного вкуса, как хлор, но хлорофенолы являются исключительно неприятными по вкусу. Как это было однажды установлено, хлорирование, сопровождаемое обработкой двуокисью хлора, устраняет всякий вкус и запах .

Содержание масла в воде

Важное значение имеет содержание масла в воде, применяемой для питания паровых котлов; использовать для котлов высокого давления воду, содержащую более 9 частей масла на миллион, считается опасным. Большое содержание масла также нежелательно в воде, применяемой для приготовления покровных составов при поверхностной проклейке и т. п., так как избыток масла в воде может привести к образованию пятен на бумаге.

Количество масла в воде может быть определено путем встряхивания воды с четыреххлористым углеродом в делительной воронке и последующим выпариванием растворителя для определения количества масла.

Растворенные неорганические вещества

Природная вода всегда содержит растворенные неорганические вещества в виде солей, оснований или кислот. Некоторые из этих солей в производстве вызывают затруднения, а другие, при незначительном их содержании, безвредны.

Большинство растворенных неорганических веществ, встречающихся в производственной воде, находится в состоянии полной ионизации. В числе этих ионов находятся ионы натрия, калия, кальция, магния, хлориды, сульфиты, бикарбонаты и гидроксилы. Ионы бикарбонатов и гидроксилов вредны, так как они реагируют с сернокислым глиноземом, образуя хлопья окиси алюминия, которые понижают прочность бумаги. Одни сочетания ионов более вредны для бумажного производства, другие менее вредны; например, кальций, сочетающийся с ионом сульфата, далеко не так вреден, как ион кальция, сочетающийся с ионом бикарбоната. Некоторые виды растворенных неорганических веществ обусловливают жесткость воды. Этот вопрос рассмотрен в следующем разделе.

Особенно вредно наличие в воде соединений железа и марганца, потому что они адсорбируются волокнами целлюлозы, вызывая изменение окраски, белимости и окрашиваемое™ целлюлозы. Кроме того, соли железа вызывают рост бактерий СгепоШпх, а марганец, как указывают, способствует росту водорослей. Железо, марганец и медь каталитически разлагают белильные растворы, а это оказывает неблагоприятное влияние на отбелку. Марганец особенно нежелателен при отбелке, так как хлор стремится окислить марганец до перманганата, который затем придает волокнам красноватый цвет. Железо и марганец весьма нежелательны в воде для производства фотографических и светочувствительных бумаг. Концентрация железа более 0,1—0,2 части на миллион частей воды недопустима в воде для большинства высокосортных бумаг . Содержание марганца в воде для высокосортных видов бумаги не должно превосходить 0,05 частей на миллион.

Железо в воде играет преобладающую роль. Однако большинство поверхностных вод содержит менее 0,1 части железа на миллион, тогда как в грунтовых водах содержание его может быть значительно больше. К счастью, марганец встречается реже железа, хотя в водах Среднего Запада и Великой равнины он содержится в заметных количествах. В грунтовых водах железо содержится в виде растворимого бикарбоната закиси железа, которое быстро окисляется путем аэрации до нерастворимой окиси. Реже в грунтовых водах железо встречается в виде карбоната окиси, сульфата закиси или окиси, а также в виде органических соединений железа; в поверхностных водах обычно содержится в виде гидроокиси, находящейся в состоянии коллоидной дисперсии. Железо и марганец могут быть удалены из воды путем коагуляции при высоком значении рН, сопровождаемой фильтрацией воды. Для этой цели также полезна аэрация. Хлорирование при соответствующих условиях способствует удалению марганца .

Волокна целлюлозы имеют тенденцию поглощать железо из воды. Железо может удерживаться целлюлозой в виде адсорбированного железа или в виде нерастворимых соединений железа. Согласно Эману целлюлозные волокна адсорбируют железо в окисном состоянии, но не адсорбируют закисного железа или адсорбируют его в малых количествах. Касциани и Сторин сообщают, что количество железа, адсорбированного волокном, зависит от кислотности и концентрации железа в воде; при этом в воде с низким рН начальное содержание железа понижается. Отбелка понижает содержание железа в целлюлозе, если только количество железа в промывной воде невелико. Касциани и Сторин предполагают, однако, что некоторые волокна удерживают железо силами адсорбции, что затрудняет повторную промывку водой, не содержащей железа.

Жесткость

Жесткость — термин, который, применительно к воде, характеризует содержание в ней растворенных солей, обладающих способностью разлагать мыла. Кальций и магний — типичные соли этой группы, но железо, алюминий и магний также придают воде жесткость. Свободные кислоты разлагают мыло, но вода, содержащая кислоту, не считается жесткой. Жесткость обычно выражается в весовых частях карбоната кальция на миллион весовых частей воды.

Различают жесткость карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обусловлена ионами бикарбоната, а некарбонатная — такими ионами, как ионы сульфатов, хлоридов и нитратов. Карбонатная жесткость считается временной жесткостью, так как карбонат растворим только вследствие наличия двуокиси углерода и поэтому осаждается при кипячении воды. Некарбонатная жесткость считается постоянной, потому что она не исчезает при кипячении. Из обоих видов жесткости более вредна временная жесткость.

Наиболее точный метод определения общей жесткости это—расчет по химическому анализу воды. Общая жесткость может также определяться титрованием пробы воды стандартным раствором чистого мыла в смеси спирта с водой до получения крепкой, устойчивой мыльной пены. Постоянная жесткость может быть определена кипячением определенного количества воды в течение 30 мин., дополнением остатка прокипяченной воДы дистиллированной водой до первоначального объема, фильтрацией, взвешиванием осадка и затем определением остающейся жесткости в фильтрате.

Жесткость воды зависит от местности, где взяга вода, и от того, является ли она грунтовой или поверхностной. Поверхностные воды дренируются через известняки, и грунтовые воды, получаемые из известковых мест, обладают высокой общей жесткостью. В качестве средневзвешенной жесткости необработанной грунтовой воды в США Грэхем приводит цифру 191 частей на миллион, а для средневзвешенной жесткости поверхностных вод — 85 частей на миллион. Вода такой жесткости не удовлетворяет требованиям большинства процессов бумажного производства.

Жесткость нежелательна по ряду причин. Жесткая вода причиняет затруднения при проклейке, реагируя с канифольным клеем и осаждая часть клея в виде нерастворимых кальциевого и магниевого мыл. Жесткая вода нежелательна для промывки целлюлозы, сваренной щелочным методом, так как она реагирует с резинатами, растворимыми в черном щелоке, образуя таким образом нерастворимые мыла, которые препятствуют отбелке целлюлозы. Подобным же образом вода создает смоляные затруднения. Жесткая вода иногда препятствует окраске бумаги. Другим недостатком является выделение из воды углекислоты при понижении рН воды добавкой сернокислого глинозема, что приводит к образованию в бумаге мелких отверстий или пены. Жесткие воды особенно нежелательны для кипятильников и теплообменников, так как они образуют накипь, затрудняя обмен тепла. Воды с высокой временной (бикарбонатной) жесткостью иногда образуют накипь на тех частях бумагоделательной машины, на которых происходит сильное испарение воды, например на узлоловителях, насосах и т. д. Накипь, вероятно, также образуется, когда жесткая вода реагирует с сернокислым глиноземом, клеем или остатками белильных растворов.

В прошлом бумажники преодолевали возникавшие при проклейке затруднения, обусловленные жесткой водой, путем добавления небольшого количества квасцов в ролл до подачи смоляного клея. Таким путем бикарбонаты кальция и магния превращаются в нерастворимые сульфаты, которые причиняют меньше затруднений при смоляной проклейке. При этом повышается содержание золы, что нежелательно для некоторых видов бумаг; кроме того, данный способ устранения щелочности дорог. В настоящее время применяются более эффективные способы снижения жесткости производственной воды. Способы умягчения воды будут рассмотрены далее.

Щелочность и рН

Общая щелочность и рН являются важными свойствами воды для бумажного производства. Щелочность может быть обусловлена карбонатами и гидратами окиси, но чаще всего — карбонатами и бикарбонатами, следовательно, она связана с жесткостью. Допустимая щелочность воды для генераторов пара высокого давления — около 50 частей на миллион или менее.

Кислотность воды измеряется в зависимости от источника и способа обработки воды. Большинство поверхностных вод слегка щелочны, но болотные воды слабо кислые. Колодезные воды часто бывают кислыми вследствие наличия свободного СОа.

Щелочность и рН имеют важное значение ввиду их влияния на коррозию оборудования, на процессы проклейки, окраски, флокуляции и другие сходные с ними процессы.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум