Vergelijking van de voor- en nadelen van het gebruik van natriumcarbonaat of natriumhydroxide voor het aanpassen van de pH-waarde van ketelvoedingswater.

1. De reden hiervoor is het aanpassen van de pH-waarde van het ketelvoedingswater.

Tegenwoordig gebruiken de meeste ketels in China gedemineraliseerd water dat is gezuiverd met omgekeerde osmose of water dat is onthard met natriumionenwisseling. De pH-waarde van dit gedemineraliseerde water is meestal laag en zuur. De pH-waarde van gedemineraliseerd water ligt doorgaans tussen 5 en 6, terwijl die van water dat is onthard met natriumionenwisseling doorgaans tussen 5,5 en 7,5 ligt. Om corrosie door zuur water in ketels en leidingen te voorkomen, schrijft de nationale norm BG/T1576-2008 voor dat de pH-waarde van industrieel ketelwater tussen 7 en 9 moet liggen en die van gedemineraliseerd water tussen 8 en 9,5. Daarom moet de pH-waarde van het ketelwater worden aangepast.

2. Het basisprincipe van het toevoegen van natriumcarbonaat aan het ketelvoedingswater om de pH-waarde aan te passen.

Natriumcarbonaat, ook wel bekend als soda, soda-as of wasalkali, wordt geclassificeerd als zout en niet als alkali. De chemische formule is Na₂CO₃ en het is onder normale omstandigheden een wit poeder of fijn zout. Het basisprincipe van het toevoegen van natriumcarbonaat aan het ketelvoedingswater om de pH-waarde aan te passen, is dat natriumcarbonaat in water oplost en alkalisch wordt. Dit neutraliseert het kooldioxide in het zure voedingswater en voorkomt corrosie door zuur onthard water of zout water op de ketel en leidingen. Natriumcarbonaat is een zwak elektrolyt. Het lost op in water en vormt een bufferoplossing van natriumcarbonaat en natriumbicarbonaat. In deze oplossing bestaat een elektrolytisch evenwicht. Naarmate het elektrolytische hydroxide wordt verbruikt, verschuift dit evenwicht naar rechts, waardoor de pH-waarde in de oplossing niet veel verandert.

Primair hydrolyseproces van natriumcarbonaat:

Na2CO3 Natriumcarbonaat + H2O water = NaHCO3 natriumbicarbonaat + NaOH natriumhydroxide

Secundair hydrolyseproces van natriumcarbonaat:

NaHCO3 natriumbicarbonaat + H2O water = H2CO3 koolzuur + NaOH natriumhydroxide

Vergelijking van het primaire gehydrolyseerde natriumcarbonaat-ion:

(CO3) 2-koolzuur + H2O water = HCO3- bicarbonaat + OH- hydroxide

Vergelijking van het secundaire hydrolyse-ion van natriumcarbonaat:

HCO3- bicarbonaat + H2O water = H2CO3 koolzuur + OH- hydroxide

3. Het basisprincipe van het toevoegen van natriumhydroxide aan het ketelwater om de pH-waarde aan te passen.

Natriumhydroxide wordt ook wel bijtende soda genoemd, het is meestal een witte vlok, de chemische formule is NaOH, natriumhydroxide is sterk alkalisch en extreem corrosief.

Ionisatievergelijking voor natriumhydroxide: NaOH = Na++OH-

Door natriumhydroxide aan het ketelwater toe te voegen, kan de beschermende film op het metaaloppervlak worden gestabiliseerd, de pH-waarde van het ketelvoedingswater en het ovenwater worden verbeterd, waardoor corrosie door zuur onthard water of gedemineraliseerd water op de ketel en leidingen wordt voorkomen en metalen apparatuur tegen corrosie wordt beschermd.

4. De voor- en nadelen van het gebruik van natriumcarbonaat of natriumhydroxide voor het aanpassen van de pH-waarde van ketelvoedingswater worden vergeleken.

4.1 De snelheid waarmee de pH-waarde van ketelvoedingswater stijgt met natriumcarbonaat en natriumhydroxide, en de tijd die nodig is om dit effect te behouden, verschillen.

Het toevoegen van natriumcarbonaat aan het ketelwater om de pH-waarde te verhogen gaat langzamer dan het toevoegen van natriumhydroxide. Omdat natriumcarbonaat een bufferoplossing vormt, is de pH-waarde relatief stabiel en gemakkelijk aan te passen, waardoor er weinig schommelingen zijn. Het aanpassingsbereik van de pH-waarde is echter beperkt. Bij het aanpassen van dezelfde pH-waarde is een grotere hoeveelheid natriumcarbonaat nodig dan natriumhydroxide. Het effect blijft langer behouden en de pH-waarde van het water daalt niet snel.

Natriumhydroxide is een sterke base en een sterke elektrolyt. Natriumhydroxide is zeer vluchtig en kan de pH-waarde snel en direct aanpassen. Het is echter ook een gevaarlijke stof die de pH-waarde verhoogt na toevoeging van natriumhydroxide. Voeg daarom niet te veel toe, want in vergelijking met natriumcarbonaat is een veel kleinere hoeveelheid al voldoende om de gewenste pH-waarde te bereiken. Met andere woorden, hoewel de pH-waarde door natriumhydroxide toeneemt, is de hoeveelheid toegevoegde natriumhydroxide beperkt. Hierdoor neemt het vermogen van de hydroxidegroep om het zuur in water te neutraliseren niet sterk toe, waardoor de pH-waarde snel weer daalt.

4.2 De schade die wordt veroorzaakt door overmatige toevoeging van natriumcarbonaat en natriumhydroxide om de pH-waarde van ketelvoedingswater te verhogen, is verschillend.

Het toevoegen van te veel natriumcarbonaat aan het ketelwater om de pH-waarde aan te passen, verhoogt het zoutgehalte en de geleidbaarheid van het water. Hierdoor komen er meer bicarbonaat-ionen in het water terecht, die bij verhitting gemakkelijk ontbinden tot koolstofdioxide. Deze CO2 komt met de stoom in de warmtewisselaar en het condensaatwater terecht. Natriumcarbonaat kan de pH-waarde van de stoom en het retourcondensaatwater niet alleen niet aanpassen, maar verlaagt deze zelfs, wat leidt tot corrosie van de warmtewisselaar en de condensaatleidingen. Dit verklaart waarom de ijzerionen in het retourcondensaatwater de standaard gele of rode kleur overschrijden.

Het toevoegen van te veel natriumhydroxide aan het ovenwater om de pH-waarde aan te passen, zal leiden tot een te hoge alkaliteit van het water, waardoor water en soda ontstaan. De hoeveelheid natriumhydroxide is moeilijk te controleren en een overmaat aan vrij NaOH veroorzaakt een te hoge relatieve alkaliteit. Alkalische brosheid kan bovendien corrosie aan de apparatuur veroorzaken. De auteur heeft bij een klant een met glasvezel versterkte kunststof bezinkseltank vol met vlekken gezien, die gecorrodeerd en geperforeerd was door het gebruik van natriumhydroxide om de pH-waarde van het bezinksel te reguleren. Natriumhydroxide kan de pH-waarde van stoom en stoomcondensaatretourwater niet aanpassen en kan de corrosie van de apparatuur en het leidingnetwerk van het stoom- en stoomcondensaatretourwatersysteem niet tegengaan.

4.3 De veiligheid van natriumcarbonaat en natriumhydroxide die in ketelvoedingswater worden gebruikt om de pH-waarde te verhogen, verschilt.

Natriumcarbonaat is relatief mild, behoort tot de materialen die geschikt zijn voor gebruik in voedingsmiddelen, veroorzaakt weinig irritatie en lichte corrosie. Normaal gesproken kan het met de handen worden aangeraakt, maar bij langdurig contact is het noodzakelijk handschoenen te dragen.

Natriumhydroxide is een gevaarlijke, corrosieve stof. Wanneer een oplossing of stof ervan op de huid spat, met name op de slijmvliezen, kan dit zachte korstjes veroorzaken en diep in het weefsel doordringen. Een brandwond laat een litteken achter. Als het in het oog spat, beschadigt het niet alleen het hoornvlies, maar ook het dieper gelegen weefsel van het oog. Daarom moet de gebruiker een neutrale en waterafstotende zalf op de huid aanbrengen en werkkleding, een masker, een veiligheidsbril, rubberen handschoenen, een rubberen schort, lange rubberen laarzen en andere beschermende kleding dragen om de persoonlijke veiligheid te waarborgen.

Uit praktijkvoorbeelden en tests blijkt dat het afwisselend of gemengd gebruik van natriumhydroxide en natriumcarbonaat zowel economisch als effectief is in vergelijking met het gebruik van een pH-regelaar alleen. Wanneer de pH-waarde van het ketelvoedingswater te laag is, kan een geschikte hoeveelheid natriumhydroxide worden toegevoegd om de pH-waarde snel te verhogen. Nadat de natriumhydroxide volledig is opgelost, kan natriumcarbonaat worden toegevoegd om het carbonaatgehalte in het water te verhogen. Dit kan de daling van de pH-waarde van het voedingswater vertragen. Omdat er meer natriumcarbonaat kan worden toegevoegd, is het vermogen om het carbonaatgehalte in het water te handhaven groter. Daarom kan natriumcarbonaat doorgaans worden gebruikt om de pH-waarde van het water in de ketel en het kookwater te handhaven. Alleen wanneer de pH-waarde van het water te laag is, adviseert de auteur het gebruik van natriumhydroxide om de pH-waarde snel te verhogen. Het afwisselend mengen van beide stoffen is dus zowel economisch als effectief.