Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления

Содержание

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

Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления

Проект Карла III Ребане и хорошей компанииРаздел недели: Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени…
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Рабочие среды / / Воздух (Атмосфера) / / 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, способность воды удерживать растворенный воздух падает при повышении температуры. При 1 баре и температуре 100 0C (2120F) вода закипает, при этом содержание растворенного воздуха падает практически до нуля, 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, потому что 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
Количества растворенного в воде воздуха при 250C (г/кг)0,0230,0450,0680,0910,1140,136

Деаэрация – основные принципы и правила установки деаэраторов.

  • 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.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

Источник: https://dpva.ru/Guide/GuideMedias/GuideAir/AirSolubilityInWater/

Различные методы аэрации воды искусственного водоёма с рыбой

Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления

Добавлено: 16.01.2017

Под аэрацией понимается повышение содержания растворенного в воде кислорода за счет его поглощения из воздуха. Воду аэрируют при выращивании рыбы, перевозках и хранении в садках.

Величина потребления кислорода рыбами.

Интенсивность потребления кислорода рыбами зависит от его содержания в воде и температуры; при повышении температуры потребление повышается, а при постоянной температуре и снижении содержания кислорода-снижается. Минимальное содержание кислорода в воде (в мг/л), при котором рыба способна выживать, называется пороговым содержанием кислорода.

Вид рыб Пороговое содержание кислорода в воде при температуре

Пороговое содержание кислорода в воде при разной температуре

00С40С100С150С200С
Лещ0,3 / –0,3 / 0,50,15 / 0,60– / 0,5– / 0,3
Судак0,5 / –0,7 / 0,8– / 0,7– / 0,8– / 0,5
Окунь0,3 / –0,4 / 0,40,5 / 0,4– / 0,4– / 0,8
Щука0,3 / –0,4 / 0,450,20 / 0,25– / 0,25– / –
Карп0,3 / –0,3 / 0,40,1 / 0,2

В числителе указано пороговое содержание кислорода зимой, в знаменателе — летом.

Величина эта для различных видов рыб неодинакова, но весьма устойчива для каждого данного вида. Так, для товарного карпа пороговое содержание кислорода 0,3 — 0,5 мг/л, а для сеголетка — 0,1 — 0,5 мг/л; содержание же кислорода, при котором начинается ослабление дыхания – 2,0 — 2,5 мг/л и 5,0 — 6,0 мг/л соответственно.

Для расчета плотности посадки рыб при их содержании и перевозках необходимо знать зависимость растворимости кислорода в воде от температуры. Растворимость кислорода с повышением температуры воды уменьшается:

Температура коды, 0С Растворимость кислорода, мг/л Температура коды, 0С Растворимость кислорода, мг/л

Растворимость кислорода в зависимости от температуры

1210,99229,06
1410,54248,78
1610,13268,48
189,74288,22
209,39307,98

Количество потребляемого рыбами кислорода в час зависит от их вида и массы. Так, при температуре воды 100С карп массой 500 – 700 г потребляет 45 мг кислорода, карп массой 320 — 350 г — 65 мг, а сеголеток — 120 мг, Эти величины приведены к 1 кг массы рыбы.

По правилу Ван-Гоффа при повышении температуры на 100С приблизительное потребление кислорода рыбами увеличивается в 2 — 3 раза.

Например, надо определить количество воды, необходимое для содержания или перевозки 500 кг товарного карпа при температуре воды 180С в течение 20 ч.

По приведенным выше данным товарный карп массой 500 — 700 г за 1 ч при 100С потребляет 45 мг кислорода на 1 кг массы. При темнературе 180С потребление будет больше 45*1,8 = 81 мг/ч. При температуре 180С в 1 л воды содержится 9,74 мг кислорода. Для выживания карпа необходимо иметь остаточное (пороговое) содержание кислорода 0,3 — 0,5 мг/л.

Примем равныйм 0,5 мг/л. Тогда из 9,74 мг могут использоваться 9,74 — 0,5 = 9,24 мг кислорода. Поскольку за 1 ч при 180С на 1 кг карпа требуется 81 мг, то это количество может быть получено из 81 / 9,24 = 8,766 л воды.

При хранении же 500 кг карпа в течение 20 ч потребуется 8,766*500*20 = 87 660 л воды (при условии, что кислород воздуха в воду не поступает).

Такое большое количество воды практически не всегда доступно, да и слишком дорого обойдется такое хранение или перевозка, поэтому и нужна аэрация воды, которая позволяет резко сократить расход воды и повысить содержание в ней кислорода.

Методы аэрации воды искусственного водоёма с рыбой.

Существует несколько методов аэрации воды искусственного водоёма:

  • биологические
  • физические
  • химические
  • механические.

Практически в рыбоводстве применяются в основном механические методы аэрации, которые осуществляются следующими способами:

  • разбрызгиванием воды в воздухе (дождевание)
  • нагнетанием воздуха в воду
  • перелопачиванием верхних слоев воды.

Аэрация воды искусственного водоёма методом разбрызгивания воды.

Разбрызгивание воды в воздухе. Воду забирают из пруда насосами и подают на возможно бОльшую высоту с одновременным разбрызгиванием или распылением при помощи насадок, форсунок и распылителей.

Насосы забирая обедненную кислородом прудовую воду, разбрызгивают ее в воздухе, в результате чего она насыщается кислородом. При этом чем мельче частицы воды, т. е.

чем больше их количество (значит и поверхность соприкосновения с воздухом) и чем дольше они находятся в воздухе, тем интенсивнее идет процесс аэрации.

При падении воды, поданной в воздух струей, обратно в пруд также происходит аэрации за счет волнения поверхности и образования водопадов.

Экспериментально доказано, что аэрация воды с низким содержанием кислорода более эффективна, если воду подают в пруд сплошной или разорванной струей, а не в виде дождя.

Объясняется это тем, что мелкие капли падают на поверхность воды спокойно, в то время как неразбрызгиваемая струя, обрушиваясь на поверхность, вызывает бурление, вспенивание и волнение. B результате этого струя увлекает с собой в толщу аэрируемой воды воздух и одновременно улучшает условия поверхностной аэрации.

Повышенная эффективность струевой аэрации объясняется возможно еще и тем, что общая поверхность соприкосновения воздуха и воды в этом случае больше, чем при каплевой (дождевой) аэрации.

Для аэрации воды разбрызгиванием рекомендуется применять насосы, которые направляют воду под напором в водоем, при этом струя должна быть направлена под углом к поверхности водоема.

Для предотвращения и ликвидации заморов рыбы очень важно осуществить как можно больший круговорот воды, т. е. эффективность средств аэрации зависит от их производительности.

Метод аэрации дождеванием применяется при выращивании рыбы, ее транспортировке и особенно пои хранении в рыбоуловителях и садках. При хранении рыбы дождевание целесообразно осуществлять постоянно, так как в этом случае лучше используется объем сооружений за счет уплотнения посадок при одном и том же расходе воды на проточность, а нередко и при его сокращении.

Разбрызгивание применяется также при подаче воды в водоемы и сооружения, в которых находится рыба.

Для этого используют изливы и водоподающие напорные трубопроводы с насадками и отверстиями, а также каскадные ступеньки, разбивающие подаваемую струю воды на брызги, которые поглощают кислород из воздуха.

Метод аэрации разбрызгиванием при равных условиях менее эффективен, чем нагнетание воздуха в воду и перелопачивание, а удельный расход затрачиваемой на него мощности выше.

Аэрация воды искусственного водоёма методом нагнетания воздуха в воду.

Нагнетание воздуха в воду. Этот метод аэрации осуществляется подачей воздуха под давлением в толщу аэрируемой воды. Насыщение воды кислородом осуществляют с помощью компрессоров, которые нагнетают воздух под давлением по шлангам с распылителями. Эффективность насыщения воды кислородом зависит от продолжительности соприкосновения пузырьков воздуха с водой и их размеров.

Чем меньше пузырьки и больше их количество, тем больше поверхность соприкосновения воздуха с водой и тем больше растворимость кислорода.

Например, при прохождении слоя воды толщиной 1 м пузырек воздуха диаметром 6,5 мм поднимается со скоростью 4 см/с (продолжительность подъема 25 с), пузырек диаметром 1 мм — со скоростью 12 см/с (продолжительность подъема 8 с) и пузырек диаметром 2 мм — со скоростью 24 см/с (подъем 4 c). Процент растворяющегося кислорода при этом колеблется в пределах 2 — 3% в зависимости от температуры.

Определить количества воздуха Q, которое необходимо продувать через воду за 1 ч для поддержания жизнедеятельности 1 кг массы рыбы можно по формуле:

Q = a / l*n

где а — интенсивность дыхания рыбы, т. е, потребление кислорода за 1 ч на 1 кг массы, (в см3);

l — содержание кислорода в 1 л продуваемого газа, (в см3);

n — коэффициент растворения кислорода из продуваемого газа, выраженный в десятичных долях.

Интенсивность дыхания, т. е. количество потребляемого кислорода на единицу массы рыбы, определяют делением величины потребляемого кислорода на 1,44. При меньшем содержании кислорода в воде интенсивность растворения кислорода из продуваемого газа больше, и наоборот. Это обстоятельство необходимо учитывать при перевозках и хранении живой рыбы для определения плотности посадок.

Для успешного осуществления аэрации воды нагнетанием воздуха первостепенное значение имеет выбор средств распыления воздуха. В зависимости от величины искусственного водоёма и количества живущей в нем рыбы используются либо аэраторы голландской фирмы Velda модели Silenta Pro, либо аэраторы AirEco, AirPro фирмы Aquacontrol (США).

Рассмотренный метод аэрации применяется как при выращивании и содержании, так и при перевозках и хранении живой рыбы.

Аэрация воды искусственного водоёма методом перелопачивания воды.

Метод перелопачивания воды заключается в перемешивании верхних слоев воды с атмосферным воздухом. Осуществляется перелопачивание обычно механическими (реже гидравлическими) устройствами, при помощи которых вода на поверхности приводится в движение (бурление и вспенивание).

В результате происходит интенсивное насыщение ее кислородом воздуха с одновременным выделением углекислого и других газов. При этом движущиеся и особенно вращающиеся устройства с лопастями захватывают воду и выбрасывают ее в воздух, а также захватывают воздух и нагнетают его в толщу.

Таким образом, перелопачивание является как бы комбинацией двух ранее рассмотренных методов аэрации.

Исследования показывают, что метод перелопачивания воды наиболее эффективен.

Причем такая аэрация может осуществляться попутно с выполнением различных операций, например, гребными колесами и винтами самоходных лодок (камышекасилок, кормараздатчиков, удобрительных плавучих устройств), вращающимися барабанами, приводимыми в действие потоком воды при ее подаче в пруды, садки и рыбоуловители и др. В таком совмещении аэрации с различными работами заключается одна из основных преимуществ этого метода.

Однако для заполненных прудов одним из существенных недостатков этого метода является то, что кислородом насыщаются в основном верхние слои воды, в то время как больше всего нуждаются в аэрации придонные слои, в которых содержание кислорода всегда ниже.

Сравнительная эффективность различных методов аэрации воды сводится к следующим показателям: нагнетание воздуха в воду на 20 — 30% эффективнее выбрасывания струи воды в воздух, а механическое перелопачивание воды лопастями на вертикальном валу в 4 – 5 раз эффективнее первых двух способов. Эти показатели получены при примерно одинаковых затратах мощности.

Гриб В.К., Морев А.Н. – Комплексная механизация прудового рыбоводства

Рекомендуем ознакомиться:

Кислород. Его влияние на состояние искусственного водоёма.

Испарение воды.

Источник: https://shop.gidrologia.ru/publikatsii/razlichnye-metody-aeratsii-vody-iskusstvennogo-vodoema-s-ryboy.html

Растворимость кислорода в пресной и соленой воде. Диапазон давления 1-4 бара абсолютного давления

Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления

Растворимость кислорода воздуха в пресной и соленой (морской) воде. Диапазон давления 1-4 бара абсолютного давления.

Растворимость кислорода в в смеси воздуха в пресной и соленой воде при диапазоне атмосферного давления от 1 до 4 бар абсолютного давления представлениа на диаграмме.

Соленость не везде одинаковая, она зависит от расположения и глубины. Вода, соленость которой средняя между между пресной водой и морской, соленой называется слабоминерализированной (слабоминерализованной).

Соленость воды в океанах и морях варьируется от 30 до 50 промилле (тысячных частей, pptw), в среднем 35 pptw. — 35 г растворенной соли/кг соленой воды =35 pptw =35 o/oo=3.5 %=35,000 ppmw.

Рисунок. Раствоимость кислорода в пресной и соленой воде при 1,2и 4 атм в зависимости от температуры.

Таблица. Растворимость кислорода в пресной воде. Соленость ~ 0.

76015203040
14.729.358.7
124
101.1202.2404.3
03245714.610.291329.220.5182358.440.9
54139912.89.179825.518.2159551.136.4
105035311.38.270522.616.4141145.132.8
155931510.17.563020.214.9126040.329.8
20682849.16.856818.213.7113736.427.3
25772588.36.351716.512.6103433.125.3
30862367.65.947315.211.894730.323.6
359521875.5436141187227.922.1
401042026.55.240412.910.480825.920.8
4511318964.9375129.87512416.9
501221775.64.635511.39.371022.718.7

Таблица. Растворимость кислорода в соленой (морской) воде. Соленость ~ 35.

76015203040
14.729.358.7
124
101.1202.2404.3
03234911.27.869922.415.7139944.831.3
5413089.9761619.714.112333928
10502758.86.455017.612.8109935.225.6
15592487.95.949515.911.799131.723.4
20682257.25.445014.410.890128.821.7
25772066.6541313.210.182626.420.2
30861906.14.738112.29.576124.418.9
35951765.64.535311.38.970622.617.9
401041655.34.232910.58.565821.116.9
451131544.943089.9861619.716.1
501221464.63.82929.47.758518.715.4

Источник: https://meandr.org/archives/24342

Кислород в воде

Растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления

Не смотря на то, что большая часть молекулярного кислорода содержится в атмосферном воздухе, в воде его количество тоже достаточно велико. Растворенный в воде кислород поддерживает жизнедеятельность гидробионтов и во многих случаях является лимитирующим фактором для распространения живых организмов.

Растворимость этого газа в воде зависит от многих факторов. Так при повышенной температуре растворимость кислорода, как и других газов, в воде уменьшается. Это отличает газы от большинства твердых веществ, растворимость которых растет с повышением температуры растворителя.

Это необычное поведение газов вполне естественно, так как увеличение при нагревании кинетической энергии частиц приводит к тому, что молекулы газа легче покидают раствор, чем возвращаются в него.

Поэтому при длительном кипячении раствор можно практически полностью обезгазить – удалить из него растворенный газ.

Так же прослеживается зависимость растворимости веществ от давления. Давление мало сказывается на растворимости твердых веществ и жидкостей, но существенно влияет на растворимость газа. Если при испарении жидкости, в пар переходят молекулы обладающие повышенной кинетической энергией, то очевидно из газа в жидкий раствор должны переходить молекулы обладающие пониженной кинетической энергией.

При заданной температуре количество таких молекул пропорционально давлению газа. Следовательно, количество растворенного в жидкости газа должно быть пропорционально его давлению, что выражается законом Генри: при данной температуре концентрация растворенного газа пропорционально его парциальному давлению.

Сі = Кі + Рі ,

где Сі – концентрация газа в растворе, Рі – его парциальное давление и Кі – константа Генри, которая зависит от природы газа и растворителя. Кі является константой равновесия процесса растворения газа.

Так как при постоянной температуре Кі всегда одинаково, то имеет смысл выражение:

К = Сі1 / Рі1 = Сі2 / Рі2,

где Сі1 и Сі2 – концентрация растворенного газа при парциальныз давлениях, соответственно Рі1 и Рі2 .

Парциальное давление кислорода в воздухе будет равно:

РО2= Ратм. * 0,21,

где 0,21 – коэффициент указывающий на количество кислорода в воздухе; Ратм.- атмосферное давление.

Тогда для того чтобы узнать концентрацию растворенного кислорода в воде при разных давлениях и постоянной температуре достаточно знать растворимость кислорода в воде при этой температуре, при давлении равном 760 мм. рт. ст. и атмосферное давление при котором проводились опыты.

Растворенный в воде кислород является одним из важнейших биогидрохимических показателей состояния среды. Он обеспечивает существование водных организмов и определяет интенсивность окислительных процессов в морях и океанах. Несмотря на большой расход, его содержание в поверхностном слое почти всегда близко к 100%-ному насыщению при данных температуре, солености и давлении.

Это связано с тем, что его убыль постоянно восполняется как в результате фотосинтетической деятельности водорослей, главным образом фитопланктона, так из атмосферы. Последний процесс протекает вследствие стремления концентраций кислорода в атмосфере и поверхностном слое воды к динамическому равновесию, при нарушении которого кислород поглощается поверхностным слоем океана.

В зоне интенсивного фотосинтеза (в фотическом слое) часто наблюдается значительное пересыщение морской воды кислородом (иногда до 120-125% и выше).

С увеличением глубины его концентрация падает вследствие ослабления фотосинтеза и потребления на окисление органических веществ и дыхание водных организмов, а на некоторых глубинах в верхнем слое его образование и расход примерно одинаковы.

Поэтому эти глубины называют слоями компенсации, которые перемещаются по вертикали в зависимости от физико-химических, гидробиологических условий и подводной освещенности; например, зимой они лежат ближе к поверхности. В целом с глубиной дефицит кислорода увеличивается. Растворенный кислород проникает в глубинные слои исключительно за счет вертикальных циркуляции и течений.

В некоторых случаях, например при нарушении вертикальной циркуляции или наличии большого количества легко окисляющихся органических веществ, концентрация растворенного кислорода может снизиться до нуля. В таких условиях начинают протекать восстановительные процессы с образованием сероводорода, как это, например, имеет место в Черном море на глубинах ниже 200 м.

В прибрежных водах значительный дефицит кислорода часто связан с их загрязнением органическими веществами (нефтепродуктами, детергентами и др.) так как эти вещества являются восстановителями. Запускающаяся при этом реакция окисления переводит кислород из молекулярной формы в другие соединения, делая его бесполезным для поддержания жизни.

Исходя из этого, считается, что определение концентрации кислорода в воде имеет огромное значение при изучении гидрологического и гидрохимического режимов водоемов.

Обычно растворенный в воде кислород определяют по объемному методу Винклера. Применяют также физико-химические методы: электрохимические, газохроматографический, масс-спектрометрический и газометрический.

Широкую известность получил также полярографический метод, позволяющий определять любые концентрации кислорода-от полного насыщения до 10-6 г/л. Он дает возможность непрерывно, автоматически и практически мгновенно регистрировать малейшие изменения концентрации растворенного кислорода.

Однако физико-химические методы почти не применяются при массовых анализах ввиду своей сложности и используются обычно в научных исследованиях.

Источник: https://vuzlit.ru/730291/kislorod_vode

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.