حاسبة تكوّن ترسبات كربونات الكالسيوم / ذوبانيتها
استكشف منحنى توضيحيًا لتشبع الكالسيت مع تغيير درجة الحرارة والأس الهيدروجيني والقلوية والكالسيوم وNaCl الإضافي في الوسط. اطّلع على تركيبة الأملاح والأيونات المقابلة المرتبطة بها.
ظروف المياه لديك
حرّك شريط تمرير أو أدخل قيمة.
تعتمد درجة الحرارة القصوى على الملوحة وضغط التشغيل. يتوقف شريط التمرير عند درجة تقل عن درجة الغليان بمقدار 0.5 °C.
طريقة الضبط المقترحة: تعديل CO₂ المذاب مع تثبيت القلوية. لا تُحسب كمية CO₂ المطلوب إضافتها أو إزالتها في هذه النسخة التجريبية.
يُعبَّر عنها بوحدة mg/L من مكافئ CaCO₃. في وضع الضبط المستقل هذا، تُوفَّر القلوية بإضافة NaHCO₃؛ انظر الشرح أدناه.
أدخل القيمة بوحدة mg/L محسوبة كـ Ca. يوفّر CaCl₂ أيونًا واحدًا من Ca²⁺ وأيونين من Cl⁻؛ وتُدرج كمية الكلوريد المقابلة في تركيبة الأملاح أدناه.
NaCl إضافي، فوق الكلوريد الناتج عن CaCl₂ والصوديوم الناتج عن NaHCO₃. ولا يمثّل إجمالي الأملاح المذابة.
ظروف متقدمة
القيمة الافتراضية للضغط الجوي: 1.013 bar(a). استكشف التشغيل تحت التفريغ أو تحت الضغط (0.2–5 bar(a)).
الحد الأعلى لدرجة الحرارة في النموذج الأولي: 150 °C. يجب أن يستند الحد الأعلى في النسخة التشغيلية النهائية إلى بيانات نموذج تم التحقق من صلاحيتها.
مياه منزوعة المعادن + CaCl₂ + NaHCO₃ + NaCl إضافي.
اضبط الأس الهيدروجيني بتعديل CO₂ المذاب؛ مع إبقاء الكالسيوم والقلوية النهائية عند القيم المستهدفة المختارة.
أين تقع المياه لديك على الرسم البياني؟
عتبة تركيز الكالسيوم مقابل درجة الحرارة · الكالسيت (CaCO₃)
المنحنى الأزرق: تركيز الكالسيوم عند تشبع الكالسيت · المنحنى الرمادي المتقطع: دون NaCl إضافي · النقطة الداكنة: المياه لديك · الخط البني: حد الغليان
يتغير الحد الأعلى لدرجة الحرارة تبعًا للضغط والملوحة، ضمن نطاق النموذج الأولي.
تقدير توضيحي فقط · لا تُحاكى عملية التبخر ولا تغيرات التركيز.ما الذي يصاحب الكالسيوم والقلوية في المياه لديك؟
إضافات الأملاح الستوكيومترية لكل لتر من المحلول النهائي، قبل حدوث أي ترسيب. تستند كتل الأملاح أدناه إلى استخدام CaCl₂ اللامائي وNaHCO₃ النقي.
| المصدر | كمية الملح | الأيون المصاحب |
|---|---|---|
| CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 221.5 mg/L | 141.5 mg/L Cl⁻ |
| NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃⁻ | 251.8 mg/L | 68.9 mg/L Na⁺ |
| NaCl إضافي | 2000.0 mg/L | 786.8 mg/L Na⁺ + 1213.2 mg/L Cl⁻ |
الإجمالي الناتج عن هذه التركيبة: الصوديوم 855.7 mg/L محسوبًا كـ Na · الكلوريد 1354.7 mg/L محسوبًا كـ Cl.
الافتراض المتعلق بالأس الهيدروجيني: تؤدي إضافة CO₂ أو إزالته إلى تغيير الكربون غير العضوي والأس الهيدروجيني دون تغيير القلوية مباشرةً في نظام الكربونات المثالي. لا تحسب هذه المعاينة كمية CO₂ المطلوبة أو توزيع الأنواع الكيميائية للكربونات. ويتطلب ضبط الأس الهيدروجيني باستخدام حمض قوي أو قاعدة قوية أخذ التغير في القلوية وأيوناتها المقابلة في الحسبان.
ما يُحسب هنا: كتل الأملاح ومساهماتها من الصوديوم والكلوريد فقط. تُحدَّد إضافات أملاح متوازنة الشحنة، لكن لا يزال يلزم إجراء حساب كامل للاتزان ولتوازن الشحنات في المحلول المائي. ولا تُستخدم هذه الأيونات المقابلة المضافة بعدُ في منحنى التشبع التوضيحي أو تقدير درجة الغليان.
«محسوبًا كـ CaCO₃» وحدة للتعبير عن القيمة، ولا تشير بالضرورة إلى الملح المضاف
تقيس القلوية كمية الحمض التي يمكن للماء معادلتها. والتعبير عنها بوحدة mg/L محسوبة كـ CaCO₃ يضع قدرة معادلة الحمض هذه على أساس تكافؤ موحّد. ولا يبيّن ذلك كمية الكالسيوم الموجودة، ولا يعني أن كربونات الكالسيوم الصلبة قد أُضيفت.
اضبط الكالسيوم والقلوية كلًّا على حدة
يُزوَّد الكالسيوم على هيئة CaCl₂، وتُوفَّر القلوية من خلال NaHCO₃. وتظهر مساهماتهما من الكلوريد والصوديوم في جدول التركيبة. ويتيح لك ذلك استكشاف تغيرات الكالسيوم دون تغيير القلوية تلقائيًا، والعكس صحيح.
لا بد أن يتغير الكالسيوم والقلوية معًا
كل 100 mg/L من CaCO₃ تذوب فعليًا تضيف نحو 40 mg/L من الكالسيوم محسوبًا كـ Ca و 100 mg/L من القلوية محسوبة كـ CaCO₃. ولا تضمن إضافة 100 mg/L من المادة الصلبة ذوبانها بالكامل.
إضافة الحجر الجيري / CaCO₃
يمكن لوضع منفصل أن يستقبل جرعة من الحجر الجيري ويحسب مقدار ما يذوب منها، مع ربط الكالسيوم بالقلوية. ويتطلب هذا الحساب نموذجًا متحققًا من صحته للأس الهيدروجيني وتوافر CO₂ والاتزان المعدني؛ وهو غير مطبَّق في هذه المعاينة.
في الماء المحتوي على CO₂، يمكن تمثيل ذوبان الحجر الجيري بالمعادلة CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻. لا تؤدي إضافة CO₂ وحده أو إزالته وحده إلى تغيير القلوية مباشرةً في نظام الكربونات المثالي؛ أما ذوبان CaCO₃ أو ترسيبه فيغيّرها. يفترض شريط تمرير الأس الهيدروجيني الحالي ضبط CO₂، لكنه لا يحسب كمية CO₂ المطلوبة.
معلومات مرجعية: USGS · القلوية وتوزيع الأنواع الكيميائية للكربونات · USGS · التعبير عن القلوية وتركيب المحلول
ثلاث نقاط أساسية
علاقات لاستكشافها · قيم توضيحية، وليست تنبؤات متحققًا من صحتها.
قد يعزز ارتفاع الأس الهيدروجيني تكوّن القشور الكربوناتية
عند ثبات الكالسيوم والقلوية، قد تؤدي زيادة الأس الهيدروجيني إلى زيادة نسبة الكربونات والميل نحو التشبع بالكالسيت.
كلا جانبي الكيمياء مهم
قد تؤدي زيادة الكالسيوم أو القلوية الكربوناتية إلى تقريب العينة من التشبع. والتعبير عن القلوية بوحدة «محسوبة كـ CaCO₃» هو أسلوب للتعبير عن القيمة، وليس تركيزًا لكربونات الكالسيوم الذائبة.
قد يعزز التسخين ونزع الغازات تكوّن القشور
قد تتكوّن رواسب كربونات الكالسيوم عند تسخين الماء العسر. وقد يؤدي فقدان CO₂ إلى رفع الأس الهيدروجيني وتعزيز الترسيب. وتُبقي هذه المعاينة الأس الهيدروجيني والقلوية ثابتين أثناء استعراض نطاق درجات الحرارة.
قارن مع مؤشر لانجلييه للتشبع
حاسبة مؤشر لانجلييه للتشبع من Lenntech تقيّم أيضًا الميل إلى تكوّن قشور كربونات الكالسيوم. وتعرض الأس الهيدروجيني عند التشبع (pHs) وقيمة LSI = pH − pHs: تشير القيم الموجبة إلى فرط التشبع، ويشير الصفر إلى التشبع، وتشير القيم السالبة إلى عدم التشبع بالنسبة إلى كربونات الكالسيوم.
ما الفرق؟ ترسم هذه الصفحة عتبة توضيحية لتركيز الكالسيوم، وتعرض الكالسيوم كنسبة مئوية من تلك العتبة. أما LSI فيعبّر عن مقدار ارتفاع الأس الهيدروجيني للماء أو انخفاضه عن الأس الهيدروجيني المحسوب عند التشبع. وهو ليس نسبة مئوية، ولا كتلة متوقعة للراسب، ولا معدلًا لتكوّن القشور، كما أنه ليس مقياسًا مباشرًا للتآكل.
هذه الصفحة عرض تعليمي توضيحي، وليست حسابًا للاتزان متحققًا من صحته. ولصيغة LSI أيضًا حدود منهجية؛ فالمياه عالية الملوحة أو مرتفعة الحرارة أو المعقدة التركيب تحتاج إلى نموذج جيوكيميائي مناسب.
أين تتكوّن قشور كربونات الكالسيوم؟
يشيع تكوّنها في المياه العسرة والمحاليل المركّزة المحتوية على الكالسيوم والقلوية الكربوناتية.
السخانات والمبادلات الحرارية
قد يؤدي تسخين الماء العسر إلى تكوّن رواسب كربونات الكالسيوم على الأسطح الساخنة، مما يقلل انتقال الحرارة ويقيّد التدفق.
أبراج التبريد وتصريف مياه التفوير
يؤدي التبخر إلى زيادة تركيز المعادن الذائبة في المياه المعاد تدويرها. ويؤثر الكالسيوم والقلوية والأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة في قابلية تكوّن القشور الكربوناتية.
المياه المركّزة الناتجة عن التناضح العكسي والمحاليل الملحية المركّزة
قد يزداد تركيز الكالسيوم والقلوية المحتجزين مع استخلاص الماء بالتناضح العكسي. ويساعد توزيع الأنواع الكيميائية للكربونات والأس الهيدروجيني في تحديد ما إذا كانت المياه المركّزة تقترب من التشبع بالكالسيت.
ليس بالضرورة أن يحتوي تيار مائي مالح على كثير من الكالسيوم أو القلوية. ويلزم إجراء تحليل كامل لتقييم تكوّن القشور فعليًا؛ فهذه الواجهة لا تعرض سوى تركيب اصطناعي مبسّط.
معلومات مرجعية: USGS · عسر المياه والرواسب الناتجة عن تسخينها · US DOE · إدارة أبراج التبريد · USBR · المعالجة بالأغشية
الحسابات الواردة أعلاه توضيحية وقد تتضمن أخطاء أو سهوًا. ولا يُقدَّم أي ضمان لدقتها أو اكتمالها؛ وينبغي التحقق من النتائج بصورة مستقلة قبل استخدامها في التصميم أو اختيار المعالجة أو اتخاذ قرارات التشغيل.
المنهجية والقيود
تعرّف على ما يحسبه العرض التوضيحي التفاعلي، وكيفية إنتاج مخرجاته، وما يلزم لإجراء تقييم ديناميكي حراري لتكوّن القشور.
1. النطاق والمدخلات
تصف عناصر التحكم مياهًا اصطناعية افتراضية مُحضّرة من ماء منزوع المعادن وCaCl₂ وNaHCO₃ وNaCl إضافي. والكالسيوم والقلوية قيمتان مستهدفتان مستقلتان. أما الأس الهيدروجيني فهو قيمة تُدخل عند درجة حرارة التشغيل؛ ولا يُحسب من تلك التركيبة.
| المُدخل | النطاق المتاح في الواجهة | المعنى |
|---|---|---|
| درجة الحرارة، T | من 0 °C إلى الحد الأعلى المتغيّر؛ السقف 150 °C | ظروف افتراضية مستقلة على امتداد المنحنى. |
| pH, H | 6–10.5 | يُفترض ضبط CO₂ عند قلوية نهائية ثابتة؛ ولا تُحسب كمية CO₂ المطلوبة. |
| القلوية، A | 10–1,000 mg/L محسوبة كـ CaCO₃ | القدرة المكافئة على معادلة الأحماض، التي تُوفَّر اسميًا بواسطة NaHCO₃. |
| الكالسيوم، C | 0–2,000 mg/L محسوبة كـ Ca | القيمة المستهدفة للكالسيوم الكلي، الذي يُوفَّر اسميًا بواسطة CaCl₂ اللامائي. |
| NaCl الإضافي، S | 0–250 g/L | ملح يُضاف إلى الوسط فوق أملاح الكالسيوم والقلوية؛ ولا يمثّل الملوحة الكلية. |
| الضغط، P | 0.2–5 bar ضغط مطلق | يُستخدم فقط في دالة الغليان التوضيحية. |
هذه نطاقات متاحة في الواجهة، وليست نطاقات تشغيل جرى التحقق من صحتها. توسيع نطاق شريط التمرير لا يثبت الدقة الكيميائية في تلك الظروف.
2. الصيغ الدقيقة للدوال المستخدمة في هذا العرض التوضيحي
باستخدام المدخلات العددية بالوحدات المذكورة أعلاه، تُحسب عتبة الكالسيوم المرسومة L (mg/L محسوبة كـ Ca) كما يلي:
L = 100 × exp[−0.018 × (T − 25)] × 10^(8 − H)
× (150 / A) × [1 + 0.005 × S / (1 + S / 100)]
نسبة التركيز المعروضة (%) = 100 × C / L
اختير العامل الأُسّي وعوامل الأس الهيدروجيني والقلوية وNaCl لتوضيح الاستجابات. وهي لا تحسب توزيع الأنواع الكيميائية للكربونات أو تكوّن الأزواج الأيونية أو معاملات النشاط. وعلى وجه الخصوص، فإن عامل NaCl ليس علاقة ارتباط للذوبانية في المحاليل الملحية المركّزة، وعامل درجة الحرارة ليس ثابت اتزان ديناميكيًا حراريًا للكالسيت.
تُقرَّب النسبة إلى أقرب نسبة مئوية صحيحة. وتُحدَّد الحالة باستخدام النسبة غير المقرّبة: تُسمّى القيم الأقل من 85% «دون الإشباع»، والقيم من 85–100% «تقترب من التشبع»، والقيم الأعلى من 100% «فوق الإشباع». وحدّ 85% هو خيار تحذيري في الواجهة. وتشير التسميات الثلاث جميعها إلى العتبة التوضيحية فقط؛ ولا تحدد حالة التشبع الفعلية لعينة المياه.
يستخدم منحنى المقارنة الرمادي S = 0 مع الإبقاء على قيم الأس الهيدروجيني والقلوية المُدخلة. وهذا يعني عدم وجود NaCl إضافي؛ ولا يعني إزالة أملاح الكالسيوم والقلوية من تركيبة الأملاح.
يُحسب تقدير درجة الغليان والحد الأعلى لدرجة الحرارة كما يلي:
B (°C) = 100 + 28 × ln(P / 1.01325) + 0.025 × S Tmax (°C) = floor[10 × min(150, B − 0.5)] / 10
هنا يمثّل ln اللوغاريتم الطبيعي، وتُقرِّب الدالة floor إلى العدد الصحيح الأدنى. وهذه استجابة توضيحية للضغط والملح، وليست حسابًا قائمًا على جداول البخار أو حسابًا لدرجة غليان محلول إلكتروليتي. وهي تُهمل مساهمات CaCl₂ وNaHCO₃ وCO₂، ولا تحاكي التبخر أو تغيّر التركيز. وهامش 0.5 °C والسقف البالغ 150 °C خياران في الواجهة.
3. تركيبة الأملاح والأيونات المصاحبة
يستخدم جدول تركيبة الأملاح تحويلات ستوكيومترية قبل حدوث أي ترسيب. وهو يفترض استخدام CaCl₂ نقي لامائي وNaHCO₃ نقي. أما المنتجات التجارية المميّهة ودرجة نقاوة المنتجات فتستلزمان تحويلات مختلفة للجرعات.
CaCl₂ (mg/L) = C × (40.078 + 2 × 35.45) / 40.078 Cl الناتج من CaCl₂ (mg/L) = C × 2 × 35.45 / 40.078 الوزن المكافئ لـ CaCO₃ = 100.0869 / 2 = 50.04345 NaHCO₃ (mg/L) = A × 84.00661 / 50.04345 Na الناتج من NaHCO₃ (mg/L) = A × 22.98977 / 50.04345 Na الناتج من NaCl الإضافي (mg/L) = 1000 × S × 22.98977 / 58.43977 Cl الناتج من NaCl الإضافي (mg/L) = 1000 × S × 35.45 / 58.43977
ثوابت الكتلة المولية بوحدة g/mol؛ وتساوي 50.04345 g/eq مقدار 50.04345 mg/meq. ويُحسب إجمالي الصوديوم وإجمالي الكلوريد بجمع المساهمات الخاصة بكل منهما. وتُعرض القيم بمنزلة عشرية واحدة. وتحدد هذه التحويلات إضافات أملاح متوازنة كهربائيًا، لكنها لا تحسب التوزيع النهائي للأنواع الكيميائية في المحلول المائي أو توازن الشحنات. ولا تُعاد تغذية حسابَي L أو B بمساهمات الصوديوم والكلوريد الناتجة عنها.
4. كيمياء الكربونات وافتراضات النظام
«القلوية محسوبة كـ CaCO₃» هي وحدة للتعبير عن القيمة على أساس التكافؤ، وليست تركيز CaCO₃ الذائب. ولا تؤدي إضافة CO₂ وحده إلى تغيير القلوية مباشرةً في نظام الكربونات المثالي، بينما يؤدي ذوبان CaCO₃ أو ترسيبه إلى تغيير كلٍّ من الكالسيوم والقلوية. وكل 100 mg/L من CaCO₃ تذوب فعليًا تضيف نحو 40 mg/L من الكالسيوم و100 mg/L من القلوية محسوبة كـ CaCO₃.
يُبقي الاستعراض عبر درجات الحرارة قيم الأس الهيدروجيني والقلوية والكالسيوم الكلي المُدخلة ثابتة. وهو يقارن ظروفًا افتراضية منفصلة، بدلًا من تتبّع عينة مياه واحدة أثناء تسخينها أو نزع الغازات منها أو حدوث الترسيب فيها. وقد يتطلب الحفاظ على تلك القيم المستهدفة عند التحضير الفعلي ضبطًا مختلفًا لـ CO₂ عند كل درجة حرارة. وضغط تشغيل السائل ليس الضغط الجزئي لـ CO₂.
5. كيف يختلف الحساب الديناميكي الحراري
يقيّم نموذج اتزان الكالسيت حاصل ضرب أنشطة الأيونات نسبةً إلى حاصل الإذابة المعتمد على درجة الحرارة:
SIcalcite = log₁₀[(aCa²⁺ × aCO₃²⁻) / Ksp,calcite(T)]
تصف الأنشطة a الأيونات الحرة، وليس التراكيز التحليلية الكلية. وتشير SI = 0 إلى الاتزان، وSI > 0 إلى فرط التشبع، وSI < 0 إلى عدم التشبع. وحتى القيمة الموجبة لمؤشر SI الديناميكي الحراري لا تحدد الكتلة المترسّبة أو معدل الترسب؛ فالحركية والأسطح وزمن المكوث عوامل مهمة أيضًا.
لا تحسب هذه الصفحة حاليًا مؤشر التشبع SI المذكور. يتطلب التطبيق الهندسي قاعدة بيانات ديناميكية حرارية موثّقة، وحساب توزيع الأنواع الكيميائية للكربونات، ونموذجًا للنشاط الكيميائي ملائمًا للمياه، وافتراضات صريحة بشأن تبادل الغازات. وينبغي عرض الكالسيت والأراغونيت بوصفهما طورين معدنيين منفصلين. ويمكن أن يوفر PHREEQC مرجعًا مستقلًا للمقارنة عند مطابقة التركيب وقاعدة البيانات والوحدات والطور المعدني والشروط الحدّية لـ CO₂.
تعرض حاسبة مؤشر لانجلييه للتشبع من Lenntech بدلًا من ذلك LSI = pH − pHs. ولا يمثل LSI النسبة المئوية للتركيز المعروضة في هذه الصفحة، ولا يتنبأ بمعدل تكوّن القشور.
6. حالة التحقق من الصلاحية وفحص قابل لإعادة الإنتاج
لم تُحدَّد لمنحنيات العرض التوضيحي أي مجموعة بيانات للمعايرة المخبرية، أو مرجع للمقارنة الديناميكية الحرارية، أو نطاق للدقة الهندسية. إن إعادة إنتاج نتائج المعادلات تتحقق من اتساق التنفيذ، لا من الدقة الفيزيائية.
عند إعدادات إعادة الضبط (25 °C، وأس هيدروجيني بقيمة 8.0، وقلوية قدرها 150 mg/L محسوبة كـ CaCO₃، وكالسيوم بتركيز 80 mg/L، وNaCl إضافي بتركيز 2 g/L، وضغط مطلق قدره 1.013 bar)، تعطي الدوال الحالية L = 100.9804 mg/L (تُعرض بقيمة 101.0)، ونسبة قدرها 79.2233% (تُعرض بقيمة 79%)، وحدًا أقصى لدرجة الحرارة قدره 99.5 °C.
قبل الاستخدام الهندسي، ينبغي التحقق من أي نموذج بديل بمقارنته بحسابات اتزان مستقلة وقياسات ذات صلة على امتداد نطاق درجات الحرارة والملوحة المخصص له. سجّل قاعدة البيانات وإصدارها، وتراكيب الاختبار، وحدود التفاوت المسموح بها، وأوجه الاختلاف. فالتوافق في مثال افتراضي واحد لا يثبت صلاحية النموذج على امتداد النطاق بأكمله.
7. القيود المعروفة والاستخدام المناسب
- لا يُحسب توزيع الأنواع الكيميائية للكربونات، ولا يُجرى تصحيح للنشاط الكيميائي، ولا تُحل معادلات توازن الشحنات في المحلول المائي، ولا يُحسب الترسيب عند الاتزان.
- لا يُؤخذ في الحسبان المغنيسيوم أو الكبريتات أو أي أيونات أخرى في الوسط خارج تركيبة تحضير المياه الاصطناعية المعروضة.
- لا تُحاكى الكمية المطلوبة من CO₂، أو انتقال الغازات، أو أداء مانع الترسبات، أو تكوّن النوى، أو نمو القشور، أو كتلة الراسب، أو معدل استرداد المياه، أو معامل التركيز.
- لا تتوفر تنبؤات متحقق من صحتها للمياه عالية الملوحة أو عالية الحرارة أو الواقعة تحت الضغط.
استخدم الواجهة لاستكشاف عناصر التحكم وافتراضاتها. ولا تُغني النتائج عن النمذجة الجيوكيميائية الكاملة أو الاختبارات على نطاق تجريبي، ولا سيما في الأنظمة ذات معدلات استرداد المياه المرتفعة أو درجات الحرارة العالية. وقد تتضمن الحسابات أخطاءً أو نواقص، وينبغي التحقق منها بصورة مستقلة قبل اتخاذ قرارات التصميم أو التشغيل.
8. المراجع وسجل النموذج
- USGS PHREEQC — مثال على توزيع الأنواع الكيميائية والتشبع بالمعادن: معلومات مرجعية لإجراء حساب ديناميكي حراري، وليست إثباتًا لصحة منحنى العرض التوضيحي.
- USGS PHREEQC — إدخال SOLUTION: التركيب والوحدات والتعبير عن القلوية.
- USGS — القلوية وتوزيع الأنواع الكيميائية للكربونات.
- Bureau of Reclamation — دليل المعالجة بالأغشية.
توثيق المنهجية v1.0 · أُعدّ في 24 أكتوبر 2026. يوثّق دوال العرض التوضيحي الحالية؛ ولا يقدّم نموذج اتزان جديدًا أو يغيّر السلوك العددي للحاسبة.