Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами» 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 газожидкостное равновесие и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.07) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

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: 8e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Вариант задачи — газожидкостное равновесие. Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 150000). В промежуточных расчётах обязательно выдерживается единый набор размерностей. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 150000). 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 «Энтальпия растворения, Дж/моль» (пример: -18000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Величина «Абсолютная температура, К» (пример: 318) 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 «Опорная температура Генри, К» (пример: 298.15) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Поле «Запас растворимого 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: 150000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

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: 0.07). 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: 318) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Затем используется «Энтальпия растворения, Дж/моль» (пример: -18000). 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 «Запас растворимого газа A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Последний этап — значение «Опорная температура Генри, К» (пример: 298.15) вместе с зависимостью Cж=kH·pA; nA=nA,газ+nA,ж; nA,газ=pA·Vг/(ZRT). Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. 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 — при равновесии между фазами».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Коэффициент Генри при T, моль/(м³·Па)» — 5e-06. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Объём растворителя, м³» (пример: 0.07) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Второй показатель того же расчёта: «Парциальное давление A, Па» — 4902.214573. 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: 8e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Третий независимый показатель: «Растворено A, моль» — 0.001745. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 150000), 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: 0.99) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Газовая фаза A, моль» — 1.498255. 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 «Энтальпия растворения, Дж/моль» (пример: -18000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Ограничение данной версии: Тепловой эффект растворения меняет коэффициент Генри, что особенно существенно для нагретой жидкости. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Опорная температура Генри, К» (пример: 298.15) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Обратите внимание на параметр «Абсолютная температура, К» (пример: 318): 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: 150000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Коэффициент Генри при T, моль/(м³·Па)» — 5e-06. Значительная часть вещества может находиться в жидкой фазе. Баланс составляют отдельно для свободного газа и растворённого вещества, затем связывают их равновесным парциальным давлением. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 318) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

Сравните также «Парциальное давление A, Па» — 4902.214573 и «Растворено A, моль» — 0.001745. В частности, если меняется только «Запас растворимого газа A, моль» (пример: 1.5), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Запас растворимого газа A, моль» (пример: 1.5) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — при равновесии между фазами».

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 — при равновесии между фазами».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к, запас растворимого 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. Тепловой эффект растворения меняет коэффициент Генри, что особенно существенно для нагретой жидкости.