Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме

Физический смысл и назначение

Калькулятор «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме» 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 политропный режим и определяют, какие параметры являются независимыми. Для этого этапа проверьте поле «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.9) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

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 «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Вариант задачи — политропный режим. Основные величины связаны изменением объёма и давления при заданной политропе. Температура на конечной ступени вычисляется из выбранной тепловой модели, после чего уточняется равновесие или состояние. Это существенно для правильного выбора контрольной величины, например «Начальное давление, Па» (пример: 100000). В промежуточных расчётах обязательно выдерживается единый набор размерностей. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 8e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Ввод параметров и единицы

Начните с поля «Начальное давление, Па» (пример: 100000). 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 «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Величина «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 400000) 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 «Показатель политропы» (пример: 1.3) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Поле «Абсолютная температура, К» (пример: 300) 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 «Начальное давление, Па» (пример: 100000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Алгоритм расчёта

Первым действием определяются соответствующие исходному состоянию значения: количество вещества, полное давление, состав или молярный объём. Для этой задачи участвует «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.9). 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 «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 400000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Затем используется «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99). 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 «Абсолютная температура, К» (пример: 300) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Последний этап — значение «Показатель политропы» (пример: 1.3) вместе с зависимостью Cж=kH·pA; nA=nA,газ+nA,ж; nA,газ=pA·Vг/(ZRT). Основные величины связаны изменением объёма и давления при заданной политропе. Температура на конечной ступени вычисляется из выбранной тепловой модели, после чего уточняется равновесие или состояние. Отдельные результаты должны оставаться согласованными по материальному балансу. Для этого этапа проверьте поле «Общее количество A, моль» (пример: 1.1) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Пример результатов

При исходных значениях, заранее указанных в форме, первый результат: «Объём газовой камеры после сжатия, л» — 309.827127. Его нужно сопоставлять с измеренными условиями в задаче «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме». Для иной температуры или другого давления это значение необходимо рассчитывать повторно. Для этого этапа проверьте поле «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.9) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Второй показатель того же расчёта: «Температура после сжатия, К» — 413.102835. 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 «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Третий независимый показатель: «Парциальное давление A, Па» — 12009.334027. Для понимания зависимости попробуйте изменить «Общее количество A, моль» (пример: 1.1), оставив другие поля постоянными. Если входные данные продолжают отвечать ограничениям модели, результат перестраивается без изменения общего закона сохранения вещества. Для этого этапа проверьте поле «Коэффициент Генри, моль/(м³·Па)» (пример: 8e-06) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Когда модель перестаёт работать

Один из дополнительных проверяемых результатов: «Растворено A, моль» — 0.005764. 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 «Коэффициент сжимаемости Z» (пример: 0.99) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Ограничение данной версии: Изменение объёма газовой камеры и её температуры меняют равновесное распределение вещества. Не следует распространять вычисленные коэффициенты на высокие давления или температуры вне диапазона известных свойств вещества без проверки измеренными данными. Для этого этапа проверьте поле «Показатель политропы» (пример: 1.3) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Обратите внимание на параметр «Объём газовой фазы, м³» (пример: 0.9): 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 «Начальное давление, Па» (пример: 100000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Как использовать полученные значения

Эта страница помогает сравнивать измерения с расчётной моделью и находить величину «Объём газовой камеры после сжатия, л» — 309.827127. Основные величины связаны изменением объёма и давления при заданной политропе. Температура на конечной ступени вычисляется из выбранной тепловой модели, после чего уточняется равновесие или состояние. При подготовке технической оценки полезно выполнить минимум два набора исходных условий. Для этого этапа проверьте поле «Конечное абсолютное давление, Па» (пример: 400000) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Сравните также «Температура после сжатия, К» — 413.102835 и «Парциальное давление A, Па» — 12009.334027. В частности, если меняется только «Объём растворителя, м³» (пример: 0.06), нужно понимать, соответствует ли такой эксперимент реальному процессу, а не невозможному сочетанию состояния газа и жидкости. Для этого этапа проверьте поле «Абсолютная температура, К» (пример: 300) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

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 «Общее количество A, моль» (пример: 1.1) именно в постановке «Распределение компонента между газом и жидкостью по Генри — в политропном режиме».

Формула расчёта

Проверенные примеры

Как пользоваться онлайн-калькулятором

1. Укажите начальное давление, па, конечное абсолютное давление, па, абсолютная температура, к.
2. Введите остальные величины, строго соблюдая единицы и физические ограничения.
3. Нажмите «Рассчитать», затем проверьте исходные доли, парциальные давления и материальный баланс.
4. Изменение объёма газовой камеры и её температуры меняют равновесное распределение вещества.