Calcolatore della pressione osmotica

Stima la pressione osmotica ideale dell'acqua a partire dalle concentrazioni delle specie disciolte, oppure utilizza un'approssimazione con cloruro di sodio (NaCl) chiaramente definita quando sono disponibili solo i TDS. Si tratta di un calcolo preliminare, non della progettazione di un sistema a osmosi inversa.

Metodo di calcoloAnalisi delle specie disciolteTDS approssimati come NaCl

In modalità analisi, inserisci di seguito le concentrazioni delle specie disciolte; il campo separato dei TDS viene ignorato. Per le specie i cui campi sono vuoti si considera un valore pari a zero. In modalità di approssimazione con NaCl vengono utilizzati solo i TDS e la temperatura; i campi delle specie vengono ignorati.

Analisi dell'acqua

Specie disciolte	Concentrazione	Unità	Esempio di acqua salmastra (mg/L)	Esempio di acqua di mare (mg/L)
Ammonio (NH4+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.05	-
Potassio (K+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	3.3	390
Sodio (Na+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	36	10900
Magnesio (Mg2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	6	1310
Calcio (Ca2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	84	410
Stronzio (Sr2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.7	13
Bario (Ba2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.07	0.05
Carbonato (CO32-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	-
Bicarbonato (HCO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	265	152
Nitrato (NO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	4.3	0.6
Cloruro (Cl-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	45	19700
Fluoruro (F-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.14	1.4
Solfato (SO42-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	24	2740
Silice (SiO2)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	9	5
Boro (B)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	5

Usa l'esempio di acqua salmastra Usa l'esempio di acqua di mare

Gli esempi selezionano la modalità di analisi, ripristinano le unità di concentrazione su mg/L e impostano la temperatura a 12 °C per l'acqua salmastra o a 20 °C per l'acqua di mare. Non sostituiscono un'analisi della propria acqua. Un trattino in un esempio indica che, per questa dimostrazione, viene inserito zero.

TDS per la modalità di approssimazione con NaCl (mg/L)

Temperatura dell'acqua

Unità di temperatura°C°FK

Calcola la pressione osmotica ideale Cancella i valori

Risultati

Somma delle concentrazioni riportate (mg/L)
Concentrazione totale delle particelle disciolte (mmol/L)
Pressione osmotica ideale (bar)

Che cos'è la pressione osmotica?

L'osmosi è il movimento dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile verso il lato con la maggiore concentrazione di particelle disciolte. La pressione osmotica è la pressione necessaria ad arrestare questo movimento netto in condizioni di equilibrio. Il numero di particelle disciolte è determinante: masse uguali di sali diversi possono produrre pressioni osmotiche diverse.

Formula e unità

π = RTΣc_j, dove π è la pressione osmotica ideale in bar, R = 0,0831446 L·bar/(mol·K), T è la temperatura in kelvin (°C + 273,15) e Σc_j è la somma delle concentrazioni delle particelle disciolte in mol/L. La concentrazione delle particelle visualizzata è espressa in mmol/L. La molarità si misura per litro di soluzione; la molalità si misura per chilogrammo di solvente e non può essere ricavata esattamente da questi dati senza ulteriori informazioni sulla densità e sulla composizione.

L'analisi elenca già i singoli ioni, quindi ogni ione viene conteggiato una sola volta; non si applica alcun fattore di dissociazione aggiuntivo. Nell'approssimazione con NaCl si assume la dissociazione completa in Na⁺ e Cl⁻, quindi Σc_j = 2 × TDS/(58,44 × 1000), con TDS in mg/L. Ad esempio, 1000 mg/L espressi come NaCl a 25 °C danno circa 0,848 bar in questo modello ideale.

Come inserire i dati dell'analisi

Utilizzare concentrazioni espresse come le specie indicate: calcio come Ca, bicarbonato come HCO₃, silice come SiO₂ e boro come B. Prima di inserirli, convertire i valori espressi come CaCO₃, azoto o su un'altra base di espressione. Il calcolo conteggia una mole di particelle disciolte per ogni mole di silice disciolta (espressa come SiO₂) o di boro disciolto (espresso come B); non calcola la speciazione dipendente dal pH. Includere i componenti disciolti rilevanti e verificare il bilancio ionico dell'analisi. Ioni mancanti, gas disciolti o soluti organici non elencati possono influire sul risultato.

L'opzione ppm viene trattata come numericamente equivalente a mg/L, un'approssimazione valida per soluzioni acquose diluite; g/m³ equivale a mg/L. La somma delle concentrazioni riportate comprende soltanto le specie inserite e la base su cui sono espresse, quindi non è una misura di laboratorio del TDS. Il solo TDS non identifica la composizione salina e l'approssimazione con NaCl non riproduce la composizione chimica completa dell'acqua di mare.

Perché questa non è la pressione operativa dell'osmosi inversa (RO)

L'osmosi inversa dipende dalla differenza di pressione osmotica tra alimentazione/concentrato e permeato, insieme alla differenza di pressione idraulica applicata. La pressione operativa necessaria dipende anche dal tasso di recupero, dalla permeabilità della membrana, dalla portata, dalle perdite di carico e dalla polarizzazione di concentrazione. Un multiplo fisso della pressione osmotica dell'alimentazione non consente di determinare le condizioni di lavoro di una pompa né di selezionare una membrana.

Limiti della stima

Il modello assume un comportamento ideale e non applica alcun coefficiente osmotico né alcuna correzione dell'attività. È particolarmente adatto come approssimazione per soluzioni diluite. Per l'acqua di mare, le salamoie o le decisioni progettuali, utilizzare un modello non ideale appropriato e un calcolo di progettazione del sistema a membrane. L'intervallo di temperatura accettato, 0–100 °C, è un limite di immissione del software, non un intervallo di accuratezza convalidato né un limite operativo della membrana.

Contatta Lenntech per la tua analisi dell'acqua e la tua applicazione di osmosi inversa.

Elementi a membrana FilmTec · Altri calcolatori

Riferimenti: OpenStax: Proprietà colligative; Manuale tecnico RO/NF DuPont FilmTec.

Avvertenza: Lenntech BV non può essere ritenuta responsabile di errori nel calcolo, nel programma stesso o nella spiegazione. Per domande o osservazioni, si prega di contattarci.