纯水应用中五种脱气装置的比较

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1、纯水应用中五种脱气装置的比较摘要：在纯水制造过程中，以前常常使用鼓风脱气和真空脱气装置，近年来，膜脱气工艺发展非常迅猛，在高纯水领域已经开始有了广泛应用，同时也有不少纯水工艺采用了树脂催化法除氧。本文分别对五种不同的脱气装置作了介绍和对比。关键词：脱气器；脱气塔；纯水；溶解氧；树脂中图分类号：TN305文献标识码：A1引言在当今信息化时代，微电子的产品周期每两年翻一番，对高纯水的要求也变得越来越高(见表1)，从而促进了纯水处理技术的一次又一次的变革，水处理工艺越来越先进，脱气装置也不例外。自然界中的水除了含有盐分、胶体、颗粒、微生物外，还溶解有很多气体，比如氧气，二氧化碳、氮气、甲

2、烷等，由于一般水厂采用氯气消毒，从而产生氯仿、三卤甲烷(THM)等卤代烃。有些气体的存在对集成电路的生产有着严重的影响，有些气体影响着其他后续设备的运行周期和产品水质。从而，形形色色的脱气工艺产生了。在锅炉、电厂等行业,溶解氧的存在是造成热力设备(如汽轮机等)腐蚀的主要原因,导致锅炉在运行或停用期间的氧腐蚀，所以国家对锅炉的补给水溶解氧也作出了相应规定，比如：锅炉额定蒸发量大于6m3／h的锅炉均要除氧,额定蒸发量小于6m3／h的锅炉应尽量除氧，而且16MPa以下的锅炉给水溶解氧含量必须小于lOOppb，1．6-2．5MPa的锅炉和供汽轮机用汽的锅炉给水含氧量必须小于50ppb，而一

3、般高压锅炉的溶解氧含量需要小于7ppb。由此可以看出，锅炉电力行业中，溶解氧含量已接近微电子行业的要求，脱气也成了其补给水处理的一项重要工艺。2技术背景2．1道尔顿分压定律混合气体中气体的总压力和每种气体的分压遵循道尔顿分压定律，其具体含义是，气体的总压P总等于组成该混合气体的分压的总和，混合气体中各种组份的分压又与其所占的摩尔分数成正比，所以道尔顿分压定律可以用以下两个方程式来表示：其中ni为对应气体的摩尔分数根据该定律，我们可以在混合气体的组份含量(摩尔分数，见表2)与组分分压之间方便地进行互算。2．2亨利定律亨利定律定义了水中气体的溶解度与溶液表面该气体的分压成正比。其表达式

4、为：其中E为亨利系数，见表4NA为溶液中气体的摩尔分数P为溶液上方该气体的分压根据该定律和表4中的数据，只要知道溶液上方气体的分压，就能计算出水中溶解的气体的含量。根据该定律，我们也可以按照气体的分压和表3计算出该气体的溶解度。比如从表2可知，空气中的氧气含量或分压为20．99％，则在25℃时空气中1升水中的氧气溶解量为V=0．02831×20．99％=0．00594升。再根据下面的克拉帕龙方程式计算出该1升水中的氧气含量为8．5毫克，即8．5ppm：式中：P为气体压力[Pa，这里为一个大气压,等于101325Pa]V为气体的体积[m3]m为气体的质量[g]M为气体的摩尔质量[g／

5、mol，氧气为32g／m01]R为气体常数[8.314J／(K·mol)]T为开氏温度[K]2．3催化原理化学反应能否进行要根据自由能的变化，但仅仅根据自由能的变化还不能判断反应能否完成，因为化学反应的完成还取决于反应的能垒，即如果反应能垒很高，则必须为其提供一定的能量，越过能垒，完成反应。该能垒被称为活化能。而催化剂的作用就是降低该活化能，使之在相对不苛刻的环境下发生化学反应。比如氢气和氧气的化学反应:水中溶解氧的标准电极电位由此计算出的自由能变化ΔG=-nFε=-2×96500×1．229=-237kJ式中F为法拉第常数96500Cn为参与反应的电子数，本式中等于2由于ΔG＜0

6、，而且很大，所以反应应能非常快地自动进行，但是在常温下反应却始终不可能完成，必须有火花等将之引燃，反应所产生的能量才能将反应继续下去。某种涂钯的树脂能起到催化剂作用，使氢气和氧气在常温下就能够化合生成水。据此原理，通过向溶解有氧气的水中通人适量氢气，在与催化剂的充分接触后，化合生成水，从而起到除氧的目的。3四种常见的脱气装置按照脱氧器工艺，我们可以分为大气式、真空式、膜分离式、棚旨催化方式；热力式五大类，大气式又可以分为鼓风式、抽风式、鼓泡式。在以往的工艺过程中，最常用的脱气方式是鼓风式和真空式。3．1鼓风脱气由于二氧化碳在空气中含量只占0．03％，我们可以由方程式(4)算出，常压

7、下二氧化碳在水中的饱和含量在0．5ppm左右。二氧化碳在水中主要以C02、HC0-3、C02-3三种形态存在，而一般水中都具有一定的碱度，所以还存在许多由HC0-3、C02-3形式而存在的二氧化碳，三者在水中形成平衡:当pH值小于4．3时，二氧化碳全部转化为分子状态存在，从而可以从水中逸出。同时我们鼓人新鲜的空气，使二氧化碳转入空气中，从而起到除二氧化碳的目的。由于该类脱气塔工作时的pH值要求小于4．3，所以一般它与复床联合使用，工艺位置一般处于阳床后面，因为阳床出口