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.
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.