حاسبة الضغط التناضحي

قدّر الضغط التناضحي المثالي للماء من تراكيز الأنواع الكيميائية الذائبة فيه، أو استخدم تقريبًا محددًا بوضوح يعتمد على كلوريد الصوديوم (NaCl) عندما لا تتوفر سوى قيمة إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS). هذا حساب للتقييم الأولي، وليس تصميمًا لنظام تناضح عكسي.

طريقة الحسابتحليل الأنواع الكيميائية الذائبةإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) بافتراض أنها NaCl

في وضع التحليل، أدخل تراكيز الأنواع الكيميائية الذائبة أدناه؛ يُتجاهل حقل TDS المنفصل. تُحتسب تراكيز الأنواع التي تُترك حقولها فارغة على أنها صفر. في وضع التقريب باستخدام NaCl، تُستخدم قيمة TDS ودرجة الحرارة فقط؛ وتُتجاهل حقول الأنواع الكيميائية.

تحليل المياه

الأنواع الكيميائية الذائبة	التركيز	الوحدة	مثال المياه قليلة الملوحة (mg/L)	مثال مياه البحر (mg/L)
الأمونيوم (NH4+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.05	-
البوتاسيوم (K+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	3.3	390
الصوديوم (Na+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	36	10900
المغنيسيوم (Mg2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	6	1310
الكالسيوم (Ca2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	84	410
السترونشيوم (Sr2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.7	13
الباريوم (Ba2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.07	0.05
الكربونات (CO32-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	-
البيكربونات (HCO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	265	152
النترات (NO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	4.3	0.6
الكلوريد (Cl-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	45	19700
الفلوريد (F-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.14	1.4
الكبريتات (SO42-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	24	2740
السيليكا (SiO2)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	9	5
البورون (B)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	5

استخدام مثال المياه قليلة الملوحة استخدام مثال مياه البحر

تُفعِّل الأمثلة وضع التحليل، وتعيد وحدات التركيز إلى mg/L، وتضبط درجة الحرارة على 12 °C للمياه قليلة الملوحة أو 20 °C لمياه البحر. وهي لا تغني عن تحليل المياه الخاصة بك. وتعني الشرطة في المثال إدخال القيمة صفر لأغراض هذا العرض التوضيحي.

إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) لوضع النموذج التقريبي القائم على NaCl ‏(mg/L)

درجة حرارة الماء

وحدة درجة الحرارة°C°FK

حساب الضغط الأسموزي المثالي مسح القيم

النتائج

مجموع التراكيز المُبلَّغ عنها (mg/L)
التركيز الكلي للجسيمات الذائبة (mmol/L)
الضغط الأسموزي المثالي (bar)

ما هو الضغط الأسموزي؟

التناضح هو حركة الماء عبر غشاء شبه منفذ نحو الجانب ذي التركيز الأعلى من الجسيمات الذائبة. والضغط الأسموزي هو الضغط اللازم لإيقاف هذه الحركة الصافية في ظروف الاتزان. ويُعد عدد الجسيمات الذائبة عاملًا مهمًا: فقد تُنتج كتل متساوية من أملاح مختلفة ضغوطًا أسموزية مختلفة.

المعادلة والوحدات

π = RTΣc_j، حيث π هو الضغط الأسموزي المثالي بوحدة bar، وR = 0.0831446 L·bar/(mol·K)، وT هي درجة الحرارة بالكلفن (°C + 273.15)، ويمثل Σc_j مجموع تراكيز الجسيمات الذائبة بوحدة mol/L. ويُعرض تركيز الجسيمات بوحدة mmol/L. تُقاس المولارية لكل لتر من المحلول؛ أما المولالية فتُقاس لكل كيلوغرام من المذيب، ولا يمكن الحصول عليها بدقة من هذه المدخلات دون معلومات إضافية عن الكثافة والتركيب.

يتضمن التحليل بالفعل الأيونات كلًّا على حدة، لذا يُحتسب كل أيون مرة واحدة؛ ولا يُطبَّق أي معامل تفكك إضافي. ويفترض النموذج التقريبي القائم على NaCl التفكك الكامل إلى Na⁺ وCl⁻، لذا فإن Σc_j = 2 × TDS/(58.44 × 1000)، حيث تُعبَّر قيمة TDS بوحدة mg/L. على سبيل المثال، يعطي تركيز قدره 1,000 mg/L محسوبًا على أساس NaCl عند درجة حرارة 25 °C ضغطًا يبلغ نحو 0.848 bar في هذا النموذج المثالي.

كيفية إدخال بيانات التحليل

استخدم التراكيز المُبلَّغ عنها على أساس الأنواع الكيميائية المحددة: الكالسيوم محسوبًا على أساس Ca، والبيكربونات على أساس HCO₃، والسيليكا على أساس SiO₂، والبورون على أساس B. حوِّل القيم المُبلَّغ عنها على أساس CaCO₃ أو النيتروجين أو أي أساس آخر للتعبير عن التركيز قبل إدخالها. يحتسب الحساب مولًا واحدًا من الجسيمات الذائبة لكل مول من السيليكا الذائبة (المُبلَّغ عنها على أساس SiO₂) أو البورون (المُبلَّغ عنه على أساس B)؛ ولا يحسب توزّع الأنواع الكيميائية المعتمد على الرقم الهيدروجيني (pH). أدرج المكوّنات الذائبة ذات الصلة وتحقَّق من التوازن الأيوني للتحليل. وقد تؤثر الأيونات غير المُدرجة أو الغازات الذائبة أو المواد العضوية المذابة غير المدرجة في النتيجة.

يُعامَل خيار ppm على أنه مساوٍ عدديًا لوحدة mg/L، وهو تقريب للمحاليل المائية المخففة؛ أما g/m³ فتساوي mg/L. ولا يشمل مجموع التراكيز المُبلَّغ عنها سوى الأنواع الكيميائية المُدخلة وأساس التعبير عن تركيز كل منها، لذا فهو ليس قياسًا مخبريًا لإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS). ولا تحدد قيمة TDS وحدها التركيب الملحي، كما أن النموذج التقريبي القائم على NaCl لا يحاكي التركيب الكيميائي الكامل لمياه البحر.

لماذا لا يمثّل هذا الضغط ضغط تشغيل التناضح العكسي (RO)؟

يعتمد التناضح العكسي على فرق الضغط الأسموزي بين مياه التغذية/المياه المركزة والمياه النافذة، إلى جانب فرق الضغط الهيدروليكي المطبَّق. ويعتمد ضغط التشغيل المطلوب أيضًا على نسبة الاسترداد، ونفاذية الغشاء، والتدفق، وفواقد الضغط، والاستقطاب التركيزي. ولا يمكن تحديد متطلبات تشغيل المضخة أو اختيار غشاء باستخدام مضاعف ثابت للضغط الأسموزي لمياه التغذية.

حدود التقدير

يفترض النموذج سلوكًا مثاليًا ولا يطبّق معاملًا أسموزيًا أو تصحيحًا للنشاط الكيميائي. وهو أنسب للاستخدام كتقريب للمحاليل المخففة. أما لمياه البحر أو المحاليل الملحية المركزة أو لاتخاذ قرارات التصميم، فاستخدم نموذجًا غير مثالي ملائمًا وحسابات تصميم الأغشية. إن نطاق درجة الحرارة المقبول من 0–100 °C هو حد لإدخال البيانات في البرنامج، وليس نطاقًا تم التحقق من دقة الحسابات ضمنه أو حدًا لتشغيل الغشاء.

تواصل مع Lenntech بشأن تحليل المياه لديك وتطبيق التناضح العكسي (RO) الخاص بك.

عناصر أغشية FilmTec · حاسبات أخرى

المراجع: OpenStax: الخواص التجميعية; الدليل الفني لأغشية DuPont FilmTec للتناضح العكسي والترشيح النانوي (RO/NF).

تحذير: لا تتحمل Lenntech BV المسؤولية عن أي أخطاء في الحساب أو في البرنامج نفسه أو في الشرح. للاستفسارات أو الملاحظات، يُرجى التواصل معنا.