Растворимость воздуха в воде. Деаэрация. Закон Генри. Коэффициенты Генри для воздуха.

Растворимость воздуха в воде. Деаэрация. Закон Генри. Коэффициенты Генри для воздуха.

Количество воздуха, способного к растворению в воде — снижается при повышении температуры и повышается при повышении давления.

Деаэрация.

При нагревании пресной воды начинают формироваться воздушные пузырьки. Как известно, вода не может удерживать растворенный воздух при повышении температуры. При 1 баре и температуре 100 0C (2120F) вода закипает и тогда уже водяной пар формирует пузырьки. Если быстро охладить воду, а потом снова ее нагреть, пузырьки не появятся до тех пор пока вода не закипит. Вода деаэрирована.

Растворимость.

Растворимость воздуха может быть выражена через соотношение:

Sa = ma/ mw

где

Sa = массовая доля растворимого воздуха в воде

ma = масса воздуха (кг)

mw = масса воды (кг)

Закон Генри.

Процесс растворения воздуха в воде подчиняется закону Генри, который гласит: "При постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором (равна давлению в растворе)." — В символьном виде закон может быть записан как:

c = k H pg

где

c = концентрация газа в растворе

k H = коэффициент Генри

pg = парциальное давление газа над раствором

Растворимость кислорода в воде выше растворимости азота. Воздух, растворенный в воде содержит приблизительно 35,6 % кислорода по сравнению с 21% долей в обычном воздухе.

Пример — Расчет количества воздуха, растворенного в воде.

Количество воздуха, растворенного в воде может быть посчитано, исходя из закона Генри.

Коэффициенты Генри при температуре окружающей среды 25oC (77oF)

* Кислород — O2 : 756.7 атм/(моль/л)

* Азот — N2 : 1600 атм/(моль/л)

Молярные веса

* Кислород — O2 : 31.9988 г/моль

* Азот — N2 : 28.0134 г/моль

Относительное содержание (по объему) в воздухе:

* Кислород — O2 : ~ 0.21

* Азот — N2 : ~ 0.79

Объем кислорода, растворенного в воде при атмосферном давлении может быть посчитан как :

co = (1 атм) 0.21 / (756.7 атм/(моль/л)) (31.9988 г/моль)

= 0.0089 г/л

~ 0.0089 г/кг

Объем азота, растворенного в воде при атмосферном давлении может быть посчитан как:

cn = (1 атм) 0.79 / (1600 атм/(моль/л)) (28.0134 г/моль)

= 0.0138 г/л

~ 0.0138 г/кг

Поскольку воздух-это сумма кислорода и азота :

ca = (0.0089 г/л) + (0.0138 г/л)

= 0.0227 г/л

~ 0.023 г/кг

Таблица. Количество (масса) воздуха, растворенного в воде при различных давлениях и температуре 25oC (77oF):

Абсолютное давление (атм)
1
2
3
4
5
6
Объем растворенного в воде воздуха при 250C (г/кг) 0,023 0,045 0,068 0,091 0,114 0,136

Рисунок. Растворимость кислорода в пресной воде при 1 атм в зависимости от температуры.

oxygen-solubility-water

Деаэрация

Для максимальной деаэрации вода должна быть нагрета до 2120F (1000C) при атмосферном давлении. Это обычное инженерное решение для паровых систем, где пресная вода подается в систему через нагретый деаэратор наверху конденсатоприемника.

Также обычным решением является установка деаэрационных устройств с горячей стороны теплообменника в отопительных системах для интенсификации удаления растворенного воздуха из системы.

Поскольку максимум деаэрации приходится на минимум статического давления и максимум температуры в системе, то наилучший результат деаэрации достигается в верхних точках систем относительно уровня земли и/или на входе насоса.

Оценка статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)