غلظت اسید دیسکلر چگونه تعیین می‌شود؟

منظور از غلظت دیسکلر چیست؟

در اسیدشویی صنعتی معمولاً با سه مفهوم متفاوت روبه‌رو هستیم که اگر از هم جدا نشوند، محاسبات به‌سادگی اشتباه می‌شوند.

غلظت محصول اولیه مشخصات خود ماده‌ای است که از تولیدکننده تحویل گرفته می‌شود. برای مثال، محصول IPAS 2000 ایمن آب کاژه بر پایه اسید کلریدریک فرموله شده و مقدار اسید کلریدریک در فرمولاسیون محصول حدود ۲۹ تا ۳۳ درصد اعلام شده است.

غلظت محلول کاری مقدار محصولی است که برای انجام اسیدشویی در آب رقیق شده و داخل مدار گردش می‌کند. وقتی گفته می‌شود محلول کاری مثلاً ۱۰ درصد حجمی است، منظور لزوماً محلول HCl خالص ۱۰ درصد نیست؛ ممکن است منظور ۱۰ درصد حجمی از یک دیسکلر فرموله‌شده در حجم نهایی محلول باشد.

غلظت مؤثر اسید در طول عملیات نیز مفهوم دیگری است. اسید هنگام واکنش با رسوب مصرف می‌شود، بنابراین قدرت اسیدی محلولی که بعد از مدتی از مبدل برمی‌گردد الزاماً با لحظه شروع عملیات یکسان نیست.

همین تفکیک نشان می‌دهد چرا عبارت‌هایی مثل «اسیدشویی با اسید ۱۰ درصد» اگر مبنای درصد و نوع محصول مشخص نباشد، اطلاعات کاملی به ما نمی‌دهند.

غلظت محلول با مقدار کل دیسکلر یکی نیست

فرض کنیم برای دو تجهیز، غلظت کاری یکسانی مناسب تشخیص داده شده است. اگر مدار اول به ۲۰۰ لیتر محلول و مدار دوم به ۲۰۰۰ لیتر محلول نیاز داشته باشد، غلظت یکسان است اما مقدار دیسکلر موردنیاز ده برابر تفاوت دارد.

از طرف دیگر، حتی دو مدار با حجم یکسان هم ممکن است مصرف اسید متفاوتی داشته باشند. اگر در یکی لایه نازکی از رسوب کربناته و در دیگری حجم زیادی از رسوب متراکم وجود داشته باشد، تقاضای اسیدی (Acid Demand) آن‌ها یکسان نیست.

بنابراین در طراحی عملیات دو سؤال جداگانه مطرح می‌کنیم:

محلول کاری باید با چه غلظتی آماده شود؟

و:

در مجموع چه مقدار ماده برای واکنش با رسوب موجود لازم است؟

این دو سؤال به هم مرتبط‌اند، اما پاسخ یکسانی ندارند.

چه عواملی غلظت کاری دیسکلر را تعیین می‌کنند؟

اولین عامل، مشخصات خود محصول است. دیسکلرهای مختلف می‌توانند غلظت ماده فعال، نوع اسید، افزودنی‌ها و بازدارنده‌های خوردگی متفاوتی داشته باشند. بنابراین نسبت مصرف یک محصول را نمی‌توان مستقیماً برای محصول دیگری به کار برد.

بعد از آن، نوع رسوب اهمیت دارد. کربنات کلسیم، اکسیدهای آهن و رسوبات ترکیبی تقاضای شیمیایی یکسانی ندارند. حتی ظاهر مشابه نیز لزوماً به معنی ترکیب مشابه نیست؛ به همین دلیل تشخیص رسوب قبل از افزایش غلظت اهمیت دارد.

مقدار رسوب نیز روی مقدار کل اسید مصرف‌شده اثر مستقیم دارد، اما این موضوع الزاماً به معنی استفاده از محلول غلیظ‌تر نیست. اگر حجم رسوب زیاد باشد، بسته به فرآیند ممکن است تجدید محلول، افزایش حجم محلول در گردش یا اجرای بیش از یک چرخه شست‌وشو منطقی‌تر از بالا بردن بی‌حد غلظت باشد.

جنس تجهیز نیز محدوده قابل استفاده را محدود می‌کند. محلول فقط با رسوب در تماس نیست؛ سطح فلزی، جوش، گسکت، اورینگ، شیرها، شیلنگ و پمپ مدار نیز در معرض ماده قرار می‌گیرند. بنابراین غلظتی که از نظر حل رسوب مناسب به نظر می‌رسد، اگر با متریال تجهیز سازگار نباشد، قابل استفاده نیست.

دما و زمان تماس هم از غلظت جدا نیستند. افزایش غلظت، افزایش دما و طولانی‌تر شدن زمان تماس می‌توانند سرعت واکنش را تغییر دهند، اما هم‌زمان ریسک خوردگی را نیز تحت تأثیر قرار دهند. این سه متغیر باید به‌صورت یک مجموعه دیده شوند، نه سه تنظیم مستقل.

در نهایت، وجود بازدارنده خوردگی نیز مجوز استفاده از هر غلظتی نیست. بازدارنده برای کاهش حمله اسیدی در محدوده تعریف‌شده محصول استفاده می‌شود؛ خارج‌شدن از شرایط مجاز می‌تواند عملکرد حفاظتی مورد انتظار را تغییر دهد.

غلظت دیسکلر در طول اسیدشویی ثابت نمی‌ماند

یکی از تفاوت‌های مهم میان «ساخت محلول» و «کنترل اسیدشویی» همین‌جاست.

وقتی اسید با رسوبات کربناته واکنش می‌دهد، بخشی از ظرفیت اسیدی محلول مصرف می‌شود. هم‌زمان مواد حاصل از انحلال رسوب وارد محلول می‌شوند. بنابراین محلولی که در ابتدای عملیات وارد تجهیز شده، پس از مدتی همان وضعیت شیمیایی اولیه را ندارد.

مسیر ساده فرآیند این است:

غلظت اولیه > واکنش با رسوب > مصرف اسید > کاهش ظرفیت مؤثر > پایش > تصمیم درباره ادامه عملیات

اگر حجم رسوب کم باشد، ممکن است محلول تا پایان چرخه همچنان ظرفیت کافی داشته باشد. اگر بار رسوب زیاد باشد، امکان دارد اسید قبل از حذف کامل رسوب تا حد زیادی مصرف شود.

به همین دلیل صرف دانستن اینکه «محلول را با چه درصدی ساختیم» برای کنترل کل عملیات کافی نیست.

pH با غلظت اسید یکی نیست

اندازه‌گیری pH در زمان اسیدشویی اطلاعات مفیدی درباره وضعیت محلول می‌دهد، اما pH را نباید مستقیماً معادل درصد دیسکلر یا مقدار اسید آزاد در نظر گرفت.

در محلول در حال گردش، علاوه بر اسید باقیمانده، یون‌های حاصل از رسوب، نمک‌های تشکیل‌شده، فلزات حل‌شده، افزودنی‌های محصول و سایر ترکیبات حضور دارند. بنابراین رابطه میان pH و درصد واقعی اسید به‌اندازه یک محلول ساده آزمایشگاهی مستقیم نیست.

برای کنترل دقیق‌تر می‌توان در فرآیندهایی که نیاز دارند از تیتراسیون اسید آزاد (Free Acid Titration) یا روش آزمایشگاهی تعریف‌شده برای همان محصول استفاده کرد.

پس:

pH برای پایش مفید است، اما به‌تنهایی درصد اسید باقی‌مانده را به ما نمی‌گوید.

این تفاوت مخصوصاً زمانی مهم می‌شود که بخواهیم تصمیم بگیریم محلول هنوز ظرفیت رسوب‌زدایی دارد یا باید فرآیند بازبینی شود.

مقدار اولیه دیسکلر را چگونه تعیین می‌کنیم؟

فرآیند از حجم واقعی محلول موردنیاز برای مدار شروع می‌شود. این حجم الزاماً برابر حجم اسمی تجهیز نیست؛ مخزن، شیلنگ‌ها، مبدل، خطوط رفت‌وبرگشت و فضای عملیاتی مدار شست‌وشو باید در نظر گرفته شوند.

سپس محدوده غلظت مجاز همان محصول براساس نوع رسوب و متریال انتخاب می‌شود.

اگر سازنده درصد کاری را به‌صورت درصد حجمی از محصول در محلول نهایی تعریف کرده باشد، رابطه اولیه ساده است:

حجم دیسکلر = کسر حجمی هدف × حجم نهایی محلول کاری

برای مثال، اگر هدف تهیه محلولی با درصد حجمی مشخص از یک محصول باشد، محاسبه بر مبنای خود محصول انجام می‌شود؛ نه بر مبنای درصد HCl موجود در آن. این دو را نباید با یکدیگر جایگزین کرد.

همچنین این محاسبه فقط مقدار اولیه برای ساخت محلول را مشخص می‌کند. اینکه این مقدار از نظر ظرفیت شیمیایی برای کل جرم رسوب کافی است یا نه، موضوع دیگری است و باید در حین عملیات با رفتار محلول و وضعیت رسوب کنترل شود.

ترتیب اختلاط، نحوه رقیق‌سازی و الزامات ایمنی نیز باید مطابق برگه اطلاعات ایمنی و دستور همان محصول انجام شود، نه براساس یک نسخه عمومی.

محدوده غلظت IPAS 2000 چگونه تعریف شده است؟

برای محصول IPAS 2000 ایمن آب کاژه، صفحه فنی محصول اعلام می‌کند که در اغلب پروژه‌های صنعتی، محلول کاری معمولاً در محدوده ۵ تا ۱۵ درصد حجمی از خود محصول انتخاب می‌شود.

برای شست‌وشوی مبدل‌های حرارتی نیز محدوده ۱۰ تا ۱۵ درصد در اطلاعات محصول ذکر شده است.

این اعداد را باید دقیقاً در همان دامنه تفسیر کنیم:

این محدوده مربوط به IPAS 2000 است و یک قانون عمومی برای تمام دیسکلرهای صنعتی نیست.

غلظت نهایی در همین محدوده نیز باید با توجه به مقدار و نوع رسوب، جنس تجهیز و شرایط عملیات تعیین شود. بنابراین در زمان خرید اسید دیسکلر فقط عدد غلظت محصول را مقایسه نمی‌کنیم؛ باید مشخص شود برای سیستم موردنظر با چه غلظت کاری و تحت چه شرایطی قابل استفاده است.

در تجهیزاتی مانند چیلر نیز عدد غلظت تنها بخشی از مسئله است و طراحی کل فرآیند اسیدشویی چیلر باید با متریال و ساختار همان دستگاه هماهنگ باشد.