QIS: решаем вопросы

Последствия жёсткой воды | Потери моющих средств.

Продолжаем цикл "Последствия жёсткой воды". Первой статьёй была статья "Последствия жёсткой воды | Потери энергии в зависимости от толщины слоя накипи". А теперь перейдём к такому явлению, как затраты моющих средств. А в конце – бонус, вы сможете бесплатно скачать програмку рассчёта годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды. 

Возможно,  вы сталкивались с таким явлением,  что в жёсткой воде не мылится мыло. А в мягкой может быть даже наоборот – вода кажется мылкой на ощупь вообще без всякого мыла. Это результат воздействия солей жёсткости.

Как работает мыло (и любые другие моющие средства): половина молекулы связывается с жирными загрязнениями,  а вторая половина способна растворяться в воде. В результате жирные загрязнения как бы окружаются кольцом из молекул моющего средства. Причём теперь жир способен растворяться в воде,  поскольку из капли торчат "любящие воду" (гидрофильные) концы молекул моющего средства.

Молекула мыла – это очень очень большой "хвост",  который легко растворяется в жирах. И небольшой конец,  который представляет собой соль кислоты. Если это соль калия, то мы имеем жидкое мыло. Если это соль натрия, то мы имеем твёрдое мыло.

А если вместо калия или натрия присоединится кальций или магний (те самые соли жёсткости, которых полно в воде)? Всё очень просто – связи кальция и магния прочнее, чем связи натрия или калия с жирным хвостом мыла. И получается,  что если вместо нужных калия и натрия "прилипнут" кальций или магний, то мыло перестаёт работать. Почему? Потому что на один "хвост" приходится один калий или натрий. Но кальций и магний "забирают" себе сразу два хвоста. Следовательно,  исчезает та самая гидрофильная,  любящая воду головка,  которая и обеспечивает растворение мыла в воде.

Соответственно, можно подсчитать, сколько моющих средств тратится на компенсацию жёсткой воды.  

В каталоге продукции Puricom я нашёл вот такую вот табличку,  которая показывает затраты мыла в зависимости от жёсткости воды: 

Затраты мыла на компенсацию жёсткости воды
жёсткость воды,  мг-экв/л затраты мыла,  г/л
1 0,465
2 0,93
3 1,395
4 1,86
5 2,325
6 2,79
7 3,255
8 3,72
9 4,185
10 4,65
11 5,115
12 5,58
13 6,04
14 6,51
15 6,97
20 9,295
30 13,945

 Имея в руках эти данные, можно заметить,  что зависимость потерь мыла линейная. И, соответственно, вывести формулу для расчёта потерь мыла в зависимости от жёсткости воды

 Потери мыла в граммах на литр воды = 0,0011+0,4648*Жёсткость воды в мг-экв/л 

А теперь,  имея на руках все данные, давайте прикинем, каковы годовые потери моющих средств на компенсацию жёсткости воды, например, в Киеве. 

В разных районах Киева жёсткость воды разная. В среднем это 5,8 мг-экв/л. Соответственно,  на компенсацию жёсткости каждого литра воды затрачивается 2,697 грамм мыла. Если вы пользуетесь моющим средством,  эти потери могут быть как больше (за счёт добавок),  так и меньше – за счёт большей эффективности моющего средства по сравнению с обычным мылом.  

Сколько воды "мылится" в день? Сложно сказать, эти данные могут очень отличаться. Но,  наверное, вы согласитесь со мной, когда я скажу, что это большая часть воды в доме. Так как не "мылится" вода только для питья и приготовления пищи. И для туалета,  хотя не всегда. Чтобы выразить численно,  то,  скажем,  50 % всей воды в доме "мылится". Учитывая, конечно же и стирку. 

Итак, в месяц мы тратим примерно 3 кубометра воды. Этот расход,  конечно же, также зависит от конкретной семьи и в первую очередь от количества человек. Но примем эти данные за основу для расчёта. А пересчитать можно всегда. 

Соответственно,  50 % этой воды "мылится". Итого получается 1,5 кубометра мыльной воды, жёсткость которой компенсировалась. 

И теперь всё просто – умножаем потери мыла (выраженные в кг/м3,  чтобы не путались обозначения) на использованную мыльную воду и получаем: 

Потери мыла на компенсацию жёсткости в месяц,  кг = 2,697 кг/м3 * 1,5 м3

Итого месячные потери мыла на компенсацию жёсткости воды составляют (округлённо) 4,04 кг. Эта цифра может немного пугать, но если учесть,  что сюда входит и моющее средство для посуды, и мыло для умывания, и моющие средства для полов и окон,  и мыло для душа и ванной,  и стиральный порошок, то становится понятно – это значение достаточно близко к действительности. 

 Соответственно, годовые потери мыла на компенсацию жёсткой воды составляют 48 кг (округлённо). 

Немало, да? 

Для расчётов годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды я предлагаю небольшую программку,  в которой вы можете выставить "вашу" жёсткость воды,  "ваше" водопотребление,  и другие значения. Програмка написана в Экселе, вы можете менять значения в зелёных полях на ваши собственные. Жёлтым обозначены результаты. Красные значения – формулы, их менять не стоит. 

Бесплатно скачать программу рассчёта годовых затрат мыла на компенсацию жёсткости воды. 

Удачных рассчётов!

Google Bookmarks Technorati News2.ru БобрДобр.ru Memori.ru МоёМесто.ru Mister Wong

Последствия жёсткой воды | Потери энергии в зависимости от толщины слоя накипи.

Жёсткая вода – это вода, которая содержит избыток временных солей жёсткости – гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли выпадают в осадок при нагревании, образуя слой накипи. Вот эта самая накипь и является причиной негативных последствий жёсткой воды со всеми вытекающими результатами.

Последствия жёсткой воды, – каковы они? Насколько они критичны, стоит ли вообще бороться с накипью? Среди последствий такие, как перерасход мыла, забитые форсунки, потери энергии, трудноудалимый налёт на раковине.

Потери энергии обуславливаются тем, что слой накипи имеет очень плохую теплопроводность. И для нагрева воды до той же температуры, до которой она нагревалась обычно, требуется затратить больше энергии. Потери энергии зависят от толщины слоя накипи. Зависимость можно представить в виде такой вот таблички (источник – компания Puricom):

 

Толщина накипи, мм  Потери энергии, % 
11 
19 
25 
31 
36 
39 
43 
47 
10  50 
11  53 
12  55 
13  58 
14  60 
15  62 

 

Если присмотреться, то видно, что зависимость не линейная. Поэтому, использовав программу Статистика, я вывел такую вот закономерность потери энергии с увеличением слоя накипи (с небольшой погрешностью): 

Эмпирическая формула для расчёта потерь энергии в зависимости от толщины слоя накипи

Где η – потери энергии в долях единицы, h – толщина слоя накипи.

На основе этой формулы я создал простую программку в Экселе, по которой можно рассчитать потери энергии в зависимости от толщины слоя накипи, введя значение толщины в мм в зелёный квадратик. Скачать програмку рассчёта потери энергии в зависимости от толщины слоя накипи

На основе этой закономерности можно рассчитать (примерно) потери энергии при любом значении толщины накипи. Примерно – потому, что экспериментальные данные толщины накипи потери энергии зависят от многих показателей; в частности – от состава воды. Поэтому для различного состава воды эти значения отличаются друг от друга.

В общем, формула даёт ориентировочные результаты с небольшой погрешностью в 2-3 %. Для общей оценки потерь – в самый раз. 

Google Bookmarks Technorati News2.ru БобрДобр.ru Memori.ru МоёМесто.ru Mister Wong

Умягчение воды | Как оно работает – анимация.

Умягчение воды – процесс, при котором из воды удаляются соли жёсткости. Соли жёсткости – это соли кальция и магния. 

Они находятся в воде в виде положительно заряженных частиц-ионов, и имеют очень слабую связь со своей "второй половиной" – ионом с отрицательным зарядом. 

И всё, что нужно для умягчения воды – это связать ионы кальция и магния с чем-нибудь более прочно, чем со своими "половинками". Один из способов – умягчение воды на ионообменных смолах

Так, создаётся смола, которая имеет твёрдый каркас с отрицательными "местами", к которым крепятся ионы натрия (одна из составляющих поваренной соли). Связь ионов натрия со смолой достаточно слабая, а у солей жёсткости – совсем наоборот, очень сильная. Соответственно, когда вода проходит через ионообменную смолу, проихсодит ионный обмен. Ионы натрия уходят в воду, а ионы кальция и магния закрепляются на смоле. Происходит умягчение воды за счёт того, что из воды удаляются соли жёсткости. 

Соответственно, постепенно смола становится неспособной дальше удалять соли жёсткости, так как большинство ионов уже обменяно. Для возобновления работоспособности ионообменной смолы для удаления солей жёсткости смолу промывают концентрированным раствором поваренной соли. Из-за того, что на один ион кальция приходятся сотни ионов натрия, хоть он и более крепко "держится" за смолу, всё же он отрывается и смывается в канализацию. Его место занимает ион натрия. 

Всё повторяется по кругу. 

Соответственно, постепенно ионообменная смола забивается, её ресурс истощается, и она не может удалять соли жёсткости в том же количестве, в котором удаляла в самом начале своей работы. 

Для иллюстрации умягчения воды предлагается

Анимация процесса умягчения воды на ионообменной смоле: 

 Схема-анимация процесса умягчения воды с помощью ионообменной смолы

Google Bookmarks Technorati News2.ru БобрДобр.ru Memori.ru МоёМесто.ru Mister Wong