Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси» относится к направлению «газожидкостное равновесие генри». Закон Генри описывает растворение газа в разбавленной жидкости как зависимость концентрации от парциального давления над раствором. Значение коэффициента Генри зависит от выбранного соглашения о единицах; здесь он записан в молях на кубический метр и паскаль. Условия этой задачи уточняют заданное давление газовой смеси и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Для рассматриваемой модели используется зависимость Cж=kH·pA; nA=nA,газ+nA,ж; nA,газ=pA·Vг/(ZRT). Количество газа, находящееся в жидкости, нужно связать с количеством в газовой камере единым материальным балансом. Смена давления или объёмов фаз перераспределяет вещество даже тогда, когда его суммарное количество остаётся неизменным. Эта формула описывает именно выбранный режим, а не все возможные свойства реального газа. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 9e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Вариант задачи — заданное давление газовой смеси. Давление относится ко всей смеси, но концентрации и химический потенциал определяются по отдельным молекулярным компонентам. Для каждого вещества важно не подменять его долю общим давлением. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000). В промежуточных расчётах обязательно выдерживается единый набор размерностей. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.98) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000). Оно соответствует конкретному состоянию процесса. В уравнениях, использующих температуру, нужна шкала Кельвина, а для давления — абсолютные паскали, а не показания избыточного давления. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Величина «Абсолютная температура, К» (пример: 310) задаёт следующий независимый показатель. Её нельзя автоматически считать коэффициентом давления или концентрацией, если в поле явно указана иная физическая величина. Количество газа, находящееся в жидкости, нужно связать с количеством в газовой камере единым материальным балансом. Смена давления или объёмов фаз перераспределяет вещество даже тогда, когда его суммарное количество остаётся неизменным. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 310) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Поле «Общий запас растворимого A, моль» (пример: 1.5) используется одновременно с другими измерениями. Проверьте, не перепутаны ли литры и кубические метры, массовая и молярная доля, коэффициент Генри и вириальный коэффициент. Именно такие ошибки часто дают правдоподобное число с неверным смыслом. Для этого этапа проверьте поле «Общий запас растворимого A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Алгоритм расчёта

Первым действием определяются соответствующие исходному состоянию значения: количество вещества, полное давление, состав или молярный объём. Для этой задачи участвует «Количество нерастворимого B, моль» (пример: 1). Закон Генри описывает растворение газа в разбавленной жидкости как зависимость концентрации от парциального давления над раствором. Значение коэффициента Генри зависит от выбранного соглашения о единицах; здесь он записан в молях на кубический метр и паскаль. Для этого этапа проверьте поле «Количество нерастворимого B, моль» (пример: 1) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Затем используется «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 9e-06). Если расчёт относится к двум фазам, газ и раствор рассматриваются отдельно. Если речь идёт о последовательных давлениях, для промежуточного состояния выполняется самостоятельное вычисление. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Последний этап — значение «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.98) вместе с зависимостью Cж=kH·pA; nA=nA,газ+nA,ж; nA,газ=pA·Vг/(ZRT). Давление относится ко всей смеси, но концентрации и химический потенциал определяются по отдельным молекулярным компонентам. Для каждого вещества важно не подменять его долю общим давлением. Отдельные результаты должны оставаться согласованными по материальному балансу. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 9e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Объём газовой фазы, л» — 44.297515. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.98) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Второй показатель того же расчёта: «Парциальное давление A, Па» — 82977.980443. В отличие от предыдущего он может иметь другую физическую размерность. Учитывайте, что коэффициент активности, абсолютное количество вещества и объём газа нельзя складывать или сравнивать как однородные числа. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Третий независимый показатель: «Парциальное давление B, Па» — 57022.019557. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Количество нерастворимого B, моль» (пример: 1), оставив другие поля постоянными. Если входные данные продолжают отвечать ограничениям модели, результат перестраивается без изменения общего закона сохранения вещества. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 310) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Растворено A, моль» — 0.044808. Изменение температуры может изменить растворимость, а после продувки газовой фазы перераспределение необходимо рассчитать заново. Линейная зависимость Генри подходит для разбавленного раствора, но не для всех концентраций. При невозможном сочетании исходных условий корректнее получить отказ в расчёте, чем отрицательное количество вещества или неограниченный по величине объём. Для этого этапа проверьте поле «Общий запас растворимого A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Ограничение данной версии: Объём газовой смеси определяется совместно с равновесием растворимого и инертного газов. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Количество нерастворимого B, моль» (пример: 1) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Обратите внимание на параметр «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06): его изменение не всегда допустимо независимо от остальных величин. Для закрытого сосуда давление, температура и объём взаимосвязаны, а для газожидкостного равновесия дополнительно задан химический потенциал вещества. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Объём газовой фазы, л» — 44.297515. Давление относится ко всей смеси, но концентрации и химический потенциал определяются по отдельным молекулярным компонентам. Для каждого вещества важно не подменять его долю общим давлением. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 9e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Сравните также «Парциальное давление A, Па» — 82977.980443 и «Парциальное давление B, Па» — 57022.019557. В частности, если меняется только «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 9e-06), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.98) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Для инженеров и студентов этот расчёт показывает взаимосвязь независимых параметров в термодинамическом уравнении. Но для проектирования оборудования и оценки безопасности дополнительно нужны физические свойства конкретных веществ и опытные данные. Изменение температуры может изменить растворимость, а после продувки газовой фазы перераспределение необходимо рассчитать заново. Линейная зависимость Генри подходит для разбавленного раствора, но не для всех концентраций. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 140000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при заданном давлении смеси».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к, общий запас растворимого a, моль.
2. Введите остальные величины, строго соблюдая единицы и физические ограничения.
3. Нажмите «Рассчитать», затем проверьте исходные доли, парциальные давления и материальный баланс.
4. Объём газовой смеси определяется совместно с равновесием растворимого и инертного газов.