Растворимость воздуха в воде. Деаэрация. Закон Генри. Коэффициенты Генри для воздуха.

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:

S_a = m_a/ m_w

где

S_a = массовая доля растворимого воздуха в воде

m_a = масса воздуха (кг)

m_w = 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 p_g

где

c = концентрация газа в растворе

k _H = коэффициент Генри

p_g = 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 25^oC (77^oF)

* 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 :

c_o = (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:

c_n = (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 :

c_a = (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 25^oC (77^oF):

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.