Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний» 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 несколько последовательных состояний и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.05) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

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: 7e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Вариант задачи — несколько последовательных состояний. Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000). 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 — для нескольких последовательных состояний».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000). 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 «Доля первой газовой фазы, удаляемая между ступенями, %» (пример: 30) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Величина «Абсолютная температура, К» (пример: 305) 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 «Температура второй ступени, К» (пример: 323) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Поле «Первоначальный запас газа 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 «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Алгоритм расчёта

Первым действием определяются соответствующие исходному состоянию значения: количество вещества, полное давление, состав или молярный объём. Для этой задачи участвует «Объём растворителя, м³» (пример: 0.05). 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 «Абсолютная температура, К» (пример: 305) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Затем используется «Доля первой газовой фазы, удаляемая между ступенями, %» (пример: 30). 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 «Первоначальный запас газа A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Последний этап — значение «Температура второй ступени, К» (пример: 323) вместе с зависимостью Cж=kH·pA; nA=nA,газ+nA,ж; nA,газ=pA·Vг/(ZRT). Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. Отдельные результаты должны оставаться согласованными по материальному балансу. Для этого этапа проверьте поле «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.8) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Первое парциальное давление, Па» — 4654.675745. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.05) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Второй показатель того же расчёта: «Удалено при продувке, моль» — 0.449511. 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 «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 7e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Третий независимый показатель: «Второе парциальное давление, Па» — 3451.94941. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.8), оставив другие поля постоянными. Если входные данные продолжают отвечать ограничениям модели, результат перестраивается без изменения общего закона сохранения вещества. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.98) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Растворено после второй ступени, моль» — 0.001208. 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 «Доля первой газовой фазы, удаляемая между ступенями, %» (пример: 30) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Ограничение данной версии: Два материальных баланса и удаление части газовой фазы между ними. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Температура второй ступени, К» (пример: 323) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Обратите внимание на параметр «Объём растворителя, м³» (пример: 0.05): 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 «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 160000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Первое парциальное давление, Па» — 4654.675745. Промежуточная стадия не является формальностью: после неё изменяются температура, количество газа или равновесный состав. Необходимо сравнивать начальный, промежуточный и окончательный результат. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 305) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Сравните также «Удалено при продувке, моль» — 0.449511 и «Второе парциальное давление, Па» — 3451.94941. В частности, если меняется только «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 7e-06), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Первоначальный запас газа A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

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 «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.8) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — для нескольких последовательных состояний».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к, первоначальный запас газа 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. Два материальных баланса и удаление части газовой фазы между ними.