Kalkulator ciśnienia osmotycznego

Oszacuj idealne ciśnienie osmotyczne wody na podstawie stężeń rozpuszczonych w niej form chemicznych lub zastosuj jasno zdefiniowane przybliżenie z użyciem chlorku sodu (NaCl), gdy dostępne jest tylko TDS. Jest to obliczenie służące wstępnej ocenie, a nie projekt układu odwróconej osmozy.

Metoda obliczeńAnaliza rozpuszczonych form chemicznychPrzybliżenie NaCl na podstawie TDS

W trybie analizy wprowadź poniżej stężenia rozpuszczonych form chemicznych; oddzielne pole TDS jest pomijane. Puste pola stężeń są traktowane jako zero. W trybie przybliżenia NaCl wykorzystywane są wyłącznie TDS i temperatura; pola stężeń poszczególnych form chemicznych są pomijane.

Analiza wody

Rozpuszczone formy chemiczne	Stężenie	Jednostka	Przykład wody słonawej (mg/L)	Przykład wody morskiej (mg/L)
Jon amonowy (NH4+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.05	-
Potas (K+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	3.3	390
Sód (Na+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	36	10900
Magnez (Mg2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	6	1310
Wapń (Ca2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	84	410
Stront (Sr2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.7	13
Bar (Ba2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.07	0.05
Węglany (CO32-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	-
Wodorowęglany (HCO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	265	152
Azotany (NO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	4.3	0.6
Chlorki (Cl-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	45	19700
Fluorki (F-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.14	1.4
Siarczany (SO42-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	24	2740
Krzemionka (SiO2)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	9	5
Bor (B)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	5

Użyj przykładu wody słonawej Użyj przykładu wody morskiej

Przykłady włączają tryb analizy, przywracają jednostki stężenia mg/L i ustawiają temperaturę na 12 °C dla wody słonawej lub 20 °C dla wody morskiej. Nie zastępują analizy własnej wody. Myślnik w przykładzie oznacza, że na potrzeby tej demonstracji wprowadzana jest wartość zero.

TDS w trybie przybliżenia za pomocą NaCl (mg/L)

Temperatura wody

Jednostka temperatury°C°FK

Oblicz idealne ciśnienie osmotyczne Wyczyść wartości

Wyniki

Suma podanych stężeń (mg/L)
Całkowite stężenie rozpuszczonych cząstek (mmol/L)
Idealne ciśnienie osmotyczne (bar)

Czym jest ciśnienie osmotyczne?

Osmoza to przemieszczanie się wody przez membranę półprzepuszczalną w kierunku strony o wyższym stężeniu rozpuszczonych cząstek. Ciśnienie osmotyczne to ciśnienie potrzebne do zatrzymania tego przepływu netto w warunkach równowagi. Istotna jest liczba rozpuszczonych cząstek: jednakowe masy różnych soli mogą powodować różne ciśnienia osmotyczne.

Wzór i jednostki

π = RTΣc_j, gdzie π oznacza idealne ciśnienie osmotyczne w barach, R = 0,0831446 L·bar/(mol·K), T oznacza temperaturę w kelwinach (°C + 273,15), a Σc_j oznacza sumę stężeń rozpuszczonych cząstek w mol/L. Wyświetlane stężenie cząstek jest wyrażone w mmol/L. Molarność określa się na litr roztworu, natomiast molalność na kilogram rozpuszczalnika i nie można jej dokładnie wyznaczyć na podstawie tych danych wejściowych bez dodatkowych informacji o gęstości i składzie.

Analiza już uwzględnia poszczególne jony, dlatego każdy jon jest liczony raz; nie stosuje się dodatkowego współczynnika dysocjacji. W przybliżeniu za pomocą NaCl zakłada się całkowitą dysocjację na Na⁺ i Cl⁻, zatem Σc_j = 2 × TDS/(58,44 × 1000), przy TDS wyrażonym w mg/L. Na przykład 1 000 mg/L w przeliczeniu na NaCl w temperaturze 25 °C daje około 0,848 bar w tym modelu idealnym.

Jak wprowadzić wyniki analizy

Używaj stężeń podanych w przeliczeniu na wskazane formy chemiczne: wapń jako Ca, wodorowęglany jako HCO₃, krzemionka jako SiO₂, a bor jako B. Przed wprowadzeniem przelicz wartości wyrażone jako CaCO₃, azot lub na innej podstawie. W obliczeniu przyjmuje się jeden mol rozpuszczonych cząstek na mol rozpuszczonej krzemionki (wyrażonej jako SiO₂) lub boru (wyrażonego jako B); nie oblicza się specjacji zależnej od pH. Uwzględnij istotne rozpuszczone składniki i sprawdź bilans jonowy analizy. Pominięte jony, rozpuszczone gazy lub niewymienione rozpuszczone substancje organiczne mogą wpływać na wynik.

Opcja ppm jest traktowana jako liczbowo równa mg/L, co stanowi przybliżenie dla rozcieńczonych roztworów wodnych; g/m³ jest równoważne mg/L. Podana suma stężeń obejmuje wyłącznie wprowadzone formy chemiczne, zgodnie z podaną podstawą wyrażania ich stężeń, nie jest więc laboratoryjnym pomiarem TDS. Samo TDS nie określa składu soli, a przybliżenie za pomocą NaCl nie odzwierciedla pełnego składu chemicznego wody morskiej.

Dlaczego nie jest to ciśnienie robocze RO

Odwrócona osmoza zależy od różnicy ciśnienia osmotycznego między wodą zasilającą/koncentratem a permeatem oraz od przyłożonej różnicy ciśnienia hydraulicznego. Wymagane ciśnienie robocze zależy również od stopnia odzysku, przepuszczalności membrany, natężenia przepływu, strat ciśnienia i polaryzacji stężeniowej. Stała wielokrotność ciśnienia osmotycznego wody zasilającej nie pozwala określić wymaganych parametrów pracy pompy ani dobrać membrany.

Ograniczenia oszacowania

Model zakłada zachowanie idealne i nie stosuje współczynnika osmotycznego ani korekty aktywności. Najlepiej sprawdza się jako przybliżenie dla roztworów rozcieńczonych. W przypadku wody morskiej, solanek lub decyzji projektowych należy zastosować odpowiedni model nieidealny i obliczenia projektowe układu membranowego. Dopuszczalny przedział temperatury 0–100 °C jest ograniczeniem danych wejściowych programu, a nie zweryfikowanym zakresem dokładności ani dopuszczalnym zakresem temperatury pracy membrany.

Skontaktuj się z Lenntech w sprawie analizy swojej wody i zastosowania RO.

Elementy membranowe FilmTec · Inne kalkulatory

Źródła: OpenStax: Właściwości koligatywne; Podręcznik techniczny DuPont FilmTec RO/NF.

Ostrzeżenie: Lenntech BV nie ponosi odpowiedzialności za błędy w obliczeniach, samym programie ani w objaśnieniach. W przypadku pytań lub uwag prosimy o kontakt z nami.