Расчет буферной емкости: расчет объема, схема, купить буферную емкость

Содержание

Расчет буферной емкости для твердотопливного котла

19.05.2020

Расчет буферной емкости для твердотопливного котла.
Все понимают, что буферная емкость нужна для того, чтобы с аккумулировать все тепло полученное в камере сгорания, вне зависимости от типа топлива.

Чем больше калорийность сжигаемого топлива, тем больший объём буферной емкости требуется установить.Установка аккумулирующей емкости для твердотопливного котла меньшего объёма нежели требуется приводит к перерасходу сжигаемого топлива, а в следствие — потере эффективности всей системы.


Производитель твердотопливных котлов указывает объём камеры сгорания или количество топлива которое можно загрузить единоразово в камеру сгорания. Исходя из этого, мы можем высчитать количество энергии, которое выделится при полном сжигании топлива – умножив количество топлива в  килограммах на теплоту сгорания топлива кВт/кг и на коэффициент полезного действия твердотопливного котла, который, как правило, не превышает 80%.

  • Калорийность древесного угля  – 8,6 кВт/кг
  • Калорийность каменного угля 6-8 кВт/кг
  • Калорийность топливных брикетов – 5,5 кВт/кг
  • Калорийность бурого угля 4,2 кВт/кг
  • Калорийность дров (березовые, сосновые) 3,8-4,8 кВт/кг
  • Калорийность торфа 2,25-4,2 кВт/кг

Исходя из того, что половина тепловой мощности будет уходить на нагрев системы отопления (средний рабочий температурный график 50/35 за весь отопительный сезон – нужно полученую величину разделить на два.


И полученную величину тепловой мощности, которая означает только то количество тепла, которое требуется аккумулировать без учета той мощности, которая уходит на поддержку системы отопления, множим на 860 и делим на ту разницу, до которой котел будет догревать буфер Т=40К и получаем объём требуемого бака аккумулятора.

Пример: Твердотопливный котел 10 кВт, камера сгорание вмещает 10 кг топлив, топить будут топливными брикетами, КПД котла 75%.

Итого имеем: ((10*5,5*0,75)/2)*860/40  = 400 литров

Написать комментарий

0 комментариев

Пока нет комментариев

Расчет буферной емкости

Что такое буферная емкость системы отопления?

По сути, буферные емкости для отопления представляют собой большой термос – металлический бидон с утепленными стенками. В системе отопления буферная емкость располагается между нагревательным прибором и тепловым контуром, и нагретая вода поступает первоначально в нее, а из нее – дальше в коллекторы, радиаторы и теплые полы.

Зачем нужна такая «прослойка»? Все дело в режиме работы нагревательных устройств (котлов). Вода в них нагревается путем сжигания топлива. Есть типы котлов, где топливо может подаваться и сжигаться равномерно (например, газовые котлы, котлы на пеллетах, снабженные бункером и шнеком для подачи). А есть котлы, где это невозможно теоретически (например, котлы на твердом топливе), либо котлы, где постоянное сгорание приводит к снижению КПД котла и повышенному износу топки (газогенераторные котлы), либо где постоянный нагрев стоит очень дорого (электрические котлы). Возьмем твердотопливные котлы. Они дешевы в установке и обслуживании, но у них есть одна проблема: если не подкладывать регулярно топливо, вода в отопительном контуре может быстро остыть. Что делать? Бегать и днем и ночью «подкинуть дровишек», или мерзнуть? Вот здесь и выручит буферная емкость. Нагретая вода поступает в нее, и постепенно расходуется на отопление. Применение буферной емкости в несколько раз увеличивает интервалы между топками котла и, соответственно, во столько же снижает расход топлива.

В случае с электрическим котлом буферную емкость полезно ставить чисто по экономическим соображениям. Известно, что электрокотел потребляет много электричества. Существуют дневной и ночной тарифы на потребленную электроэнергию, которые отличаются друг от друга в разы. Установка буферной емкости позволяет рассчитать режим работы котла так, чтобы он грел только в ночное время.

Европейский опыт применения буферных емкостей доказал его экономическую целесообразность. Кроме того, буферная емкость служит целям безопасности, снижая риск перегрева теплоносителя. Единственный минус буферной емкости – ее большой объем. Для установки системы отопления с применением буферной емкости необходимо помещение размером от 5 кв.м. Емкости большого объема нужно монтировать, разбирая крышу, либо сваривать прямо на месте (они просто не пройдут в двери).

Как рассчитывается объем буферной емкости

Как рассчитать буферную емкость, чтобы достичь желаемого уровня комфорта и при этом не делать огромные баки? Вообще, расчет буферной емкости при устройстве новой системы отопления – дело довольно сложное. Лучше, если это будет делать специалист теплотехник. Сначала на основании информации о площади дома, высоте потолков, материалов стен и перекрытий, рассчитываются теплопотери дома при определенной температуре наружного воздуха (обычно она выражается в «кВт в час»). Затем при помощи специальной формулы рассчитывается количество необходимого теплоносителя (воды), которая должна проходить по системе отопления за час для покрытия теплопотерь при максимально низкой температуре (например, при -25С). Это количество умножается на желаемое время между топками котла, и получается объем буферной емкости.

Гораздо проще производить расчет буферной емкости, если система отопления уже существует. В этом случае количество воды в системе и время между топками уже известно. Стоит только умножить существующий объем теплоносителя на желаемое время увеличения промежутков между топками, и вы получите нужный объем бачка. На практике известно, что при мощности котла 25-32 кВт и дома в 100-150 кв.м. буферной емкости в 1000л достаточно для топки 1 раз в сутки.

Что такое буферная емкость? Правильный расчет буферной емкости — Бак аккумулятор тепла | аккумулирующая буферная ёмкость

Если вы хотите использовать энергию эффективно и без потерь, вам нужно больше, чем просто работающий отопительный котел. Чтобы идеально дополнить вашу систему отопления, необходимо приобрести накопительный бак. Зачем нужна буферная емкость и в чем ее польза разберем ниже.

Что такое буферная емкость?

На самом деле теплоаккумулятор, предназначенный для отопительных систем, — это металлический бак, объем которого начинается от 350 литров, и имеет специальный кожух (утепление). Наиболее простые модели имеют исключительно патрубки, чтобы подключить теплоноситель и гильзу для установки термометров. А более дорогие модели оснащаются теплообменниками в виде змеевиков.

Предназначение буферных баков
  • При ГВС в здании.
  • Для обеспечения в доме неизменной, ровной температуры.
  • Повышение КПД и результативности в работе оборудования отопительной системы.
  • Если будет необходимость, может быть создан общий контур, если присутствует не единственный котел.
  • Скапливание тепловой энергии, которую в излишке вырабатывает котел.

Основной недостаток – каждая накопительная емкость для отопления ограничена в объемах. И, естественно, чем больше буферный бак, тем требуется побольше помещение, чтобы его разместить.

Принцип работы

Аккумулирующая емкость собирает в себе теплоноситель от теплогенератора и держит температуру, не позволяя ей падать длительный период. В этот же временной интервал котел не работает.

Нагрев достаточное количество воды в емкости, котел отключается.

Далее, по мере необходимости, теплоноситель насосом перекачивается из емкости в отопительную систему.

Функции аккумулирующих емкостей:
  • накапливание тепла с дальнейшей отдачей в отопительный контур по первому требованию;
  • увеличение эффективности при использовании тепловых насосов;
  • одновременное применение не одного теплогенератора в отопительной системе;
  • осуществимость деления сред и обеспечение здания санитарной горячей водой, благодаря установленному теплообменнику для ГВС;
  • аспирация воздуха из теплоносителей;
  • в системах выравнивается давление.
Преимущества буферной емкости:
  • повышается срок годности котлов;
  • предельно повышается теплоотдача самого котла;
  • оборудование будет защищено от перегревания;
  • выравниваются перепады температур в здании;
  • постоянное обеспечение наличием горячей воды;
  • можно подключить на несколько устройств отдачи тепла;
  • сбережение топлива и денежных средств.
Какими бывают буферные емкости?

Bakilux предлагает большой выбор буферных аккумуляторов, объем которых разнится от 350 до 10000 литров. Также они производятся разного внешнего вида и для решения всевозможных задач:

  • аккумулирующие баки с теплообменником из нержавейки, установленным в нижней части емкости;
  • для твердотопливных котлов с 2-мя змеевиками;
  • с теплообменником для систем ГВС;
  • без теплообменников.

Продукция Bakilux обладает основными характеристиками:

  • возможно подключать к разным ресурсам энергии;
  • использование в системах с открытым или замкнутым контуром;
  • осуществляют функцию гидравлического разделителя;
  • доступная стоимость для разных верст населения.
Теплоизоляция

Для эффективной работы отопительных систем нужно применять качественную теплоизоляцию в производстве теплоаккумуляторов. Из-за некачественного материала бак может терять до 30% процентов энергии.

Различают несколько видов термоизоляции:

  • каучуковая,
  • пенополиуретановая,
  • флисовая,
  • поролоновая.

Достоинства в использовании баков-аккумуляторов с разнообразными источниками тепла:

  • котел на твердом топливе – гарантируется постоянная и результативная работа котла, повышается его коэффициент полезного действия и паузы между загрузками требуемого топлива;
  • гелиоколлектор – скапливается избыточное количество энергии Солнца и применяется, когда наступает время в ее недостатке;
  • тепловой насос – обеспечивается экономичная работа этого оборудования, вне зависимости от актуальной необходимости в тепловой энергии;
  • электрическая энергия – скапливается тепло за период дня, когда наименьший тариф на электричество и применяется в нужный период;
  • чиллер (холодильная установка, используемая для кондиционирования воздуха) – гарантируется возможность быстрого поглощения немалого количества тепла, при этом мощность этого оборудования небольшая;
  • котел на газу – в данных контурах буферный бак позволяет применять в короткие сроки немалое число тепловой энергии либо подогретой воды.
Расчет буферной емкости для системы отопления

Каждый твердотопливный котел, вне зависимости от его типажа и метода сжигания в нем топлива, обладает общими характеристиками:

  • Работает исключительно в небольшом высокотемпературном графике (90/75С или 80/60С).
  • Может изменять мощность в интервале 100…50% благодаря уменьшению количества поступающего воздуха для горения. При этом с уменьшением мощности очень сильно понижается коэффициент полезного действия за счет повышения количества CO2.
  • Отопительное оборудование нельзя остановить, пока все топливо в нем не сгорит.
  • Отопительное оборудование следует подбирать с запасом 15% мощности на наиболее холодную пятидневку.

Примечание: чтобы топливо в отопительной системе потреблялось экономно, выбор теплоносителей обязан осуществляться через 3-х ходовой смеситель с погодозависимой автоматикой.

1 киловатт ≈ 20 литров (минимум) … 55 литров (оптимальный вариант)

Несколько примеров расчета бака аккумулятора для системы отопления:

№1:
Если мощность котла 25 киловатт, а емкость топки – неизвестна

Объем буферной емкости:
V = 25 кВт x 20 л = 500 л 

№2:
Если пеллетный котел имеет мощность 40 киловатт.
Объем буферного бака:
V = 40 кВт x 20 л = 800 л 

№3:
Котел, работающий на угле, мощностью 35 кВт. Топка вмещает не больше 20 килограмм угля. Соответственно, когда заслонка открыта полностью, за 1 час сгорит угля:
G1час = 35 кВт / (5,8 кВт/кг x 0,75) = 8 кг/ч
Вся загрузка прогорит за:
T = 20 кг / 8 кг/ч = 2,5 часа
В случае отсутствия отбора тепла, требуется аккумулировать следующее количество тепла:
Qаккум = 2,5 ч x 35 кВт = 87,5 кВт
Минимальная температура в баке – 30C, максимальная – 90C, значит надо бак объема:
V = 87,5 кВт x 860 / (90С – 300C) = 1254 л
(35 литров на киловатт)
Существует несколько способов, позволяющих подобрать буферные емкости для твердотопливных котлов:


Статический метод. Данный способ определяет объем теплоаккумулятора по количеству топлива, которое загружается в котел.
Буферная емкость: формула для расчета объема:
Vб.б.=13,5* QK * tв (1), где

  • Vб.б. – буферная емкость для котла, объем, в литрах;
  • QK – заявленная производительность оборудования, киловатт;
  • tв – заявленное время сгорания топлива, час.

Динамический – расчет происходит по нужде в тепле и температуре системы отопления.
Vб.б.=2246*((2,5- Qn / QK)/(73-0,4* tR))* Qn (2)

Альтернативный вариант – клиент задает наибольшее период времени работы котла за 24 часа.
Vб.б.=351*((16- tр.к.)/(73-0,4* tR))*Qn (3), где

  • Qn – расчетная тепловая нагрузка, киловатт;
  • QK – заявленная производительность оборудования, киловатт;
  • tр.к. – наибольший суточный режим работы котла, час;
  • tR – расчетный температурный режим в обратном трубопроводе, Цельсии.
Насколько экономиться благодаря монтажу теплоаккумулятора?

Сделаем подсчеты для здания площадью 250м2, если отопление осуществляется твердым топливом без буферного бака и с ним.
Возьмем следующие параметры подсчета:

  • Qк = 29 кВт;
  • Qn = 26 кВт;
  • КПД: nср = 78%;

древесина с теплотворностью Q HP = 4,1 кВт*ч/кг и влажностью d = 20%;
время сгорания одной загрузки топлива: tr ≈4ч.
Расчет:
1. При объеме аккумулирующего бака:
Vб.б.=2246*((2,5-26/29)/(73-0,4*55))*26 приблизительно 1770 литров.
2. Из формулы (3):
tр.к.сут.без.буф.емк.=16-(((73-0,4*55)*1770)/(351*26)) приблизительно 5,72 час.
3. Среднее ежедневное число загрузок топки котла с аккумулирующим баком за сезон:
n=5,72/4 приблизительно 1,43
4. Расход в час топлива (дерева):
Bт.час.=Qкотла/ Q HP * nср =28/4,1*0,78=8,8 кг/ч
5. Сколько расходуется топлива в отопительный сезон:
без бака:

Bот.п.= Bт.час.* tр.к.сут.без.буф.емк.* Дот.п приблизительно 23038 кг/отоп.пер.
с баком:
Bот.п.=Bт.час.* tр.к.сут.с.буф.емк.* Дот.п приблизительно 9412 кг/отоп.пер.
tр.к.сут.без.буф.емк. – работа котла за сутки без теплоаккумулятора в среднем за сезон отопления (при средней загрузке топки за сутки в сезон отопления≈ 3,5 р.), часы;
Дот.п ~ протяженность сезона отопления, сутки.
Сделав расчет теплоаккумулятора для отопления и иные вычисления, увидим, что уменьшение потребления древесины за отопительный сезон будет около 13630 килограмм.

За счет чего экономятся средства при наличи аккумулирующего бака

Буферная емкость для твердотопливного котла – это не только расходы на приобретения самого оборудования и его установку, а также на покупку датчиков, насоса, другое.

Тем не менее есть и признаки, которые покажут существенную экономию денег:

  • гарантия от перегрева котлов, которые совместно с монтажом и обвязкой стоят в несколько раз больше накопительных емкостей;
  • непрерывная экономия разных видов твердого топлива (не считая сохраненных киловатт), поскольку дает возможность сжигать его при наибольшем КПД;
  • соответственно истекает последнее – тление многих продуктов сгорания вредны для металла. Когда дымоход забит сажей – он пожароопасен, а стенки котлов, покрытые даже на несколько миллиметров сажи, снижают его теплосъем.
Выбор теплоаккумулятора

Приобретая данное оборудование, обращайте внимание на основные параметры:

  • давление в системах отопления;
  • объем бака теплоаккумулятора;
  • внешние параметры и масса бака;
  • оснащение дополнительными змеевиками;
  • возможность установки вспомогательных устройств.
Почему выбирают теплоаккумуляторы Бакилюкс
  • Компания «Bakilux» предлагает буферные емкости по наиболее демократическим ценам на рынке. В каталоге предлагаются надежные качественные модели, характеристики которых указывают на их добротность и длительный срок службы.
  • Бакилюкс предоставляет гарантийные обязательства на всю репрезентированную продукцию.
  • Политика ценообразования очень гибкая и поможет сберечь денежные средства, если приобрести товар компании. «Бакилюкс» – это удобно при большом ассортименте оборудования для любых потребностей.
  • Мы следим за мировыми тенденциями, поэтому в нашей продукции, наряду с технологиями проверенными временем, всегда присутствуют новейшие технические решения.
Подключение буферной емкости

Схема подключения буферной емкости существует не в единственном числе, однако необходимо четко соблюдать основные требования, которые присутствую в каждом из способов:

  • каждое из соединений обязано быть или в виде резьбы, или при помощи фланцев;
  • контрольные приборы устанавливаются на все входы и выходы;
  • непременно ставятся на входах фильтры для очистки;
  • монтаж манометров и предохранительного клапана;
  • требуется монтаж клапана воздухоотводчика.
Вследствие чего рекомендовано купить буферную емкость Бакилюкс?
  1. Экономически выгодно. Основная работа этих контуров отопления – это резервирование тепла и понижение всех затрат. Ценовая категория баков накопления ниже, в сравнении с большинством других производителей описываемого оборудования. При этом расчет буферной емкости твердотопливного котла в каждом случае индивидуален. Специалист компании Бакилюкс поможет в этом важном вопросе.
  2. КПД работы отопительного контура существенно увеличится. Установленный бак снимает избыток тепла и в дальнейшем отдает его в систему отопления.
  3. Ресурс отопительного оборудования продлевается на значительный период – котел защищен от закипания, упраздняются большие и частые скачки температуры от котла в систему отопления помещений.
  4. Теплоаккумуляторы Бакилюкс – одни из самых надежных на рынке Украины.

На вопрос «нужна ли буферная емкость» ответ в статье был дан. Аккумуляторы энергии играют важную роль в системах отопления. Подбираются они в соответствии с их назначением, потребностях систем и способа при отапливании помещений. Тепловые накопители зарекомендовали себя особенно хорошо с котлами на биотопливе, дровах, с тепловыми насосами и системами солнечного нагрева воды.

Буферная емкость для системы отопления с различными котлами

Буферная емкость для системы отопления в последние годы применяется всё чаще. Это связано, в первую очередь, с понижением цен на них. Объем буферной емкости желателен большой, точнее, чем больше, тем лучше. Но, существует проблема с установкой, так как теплоаккамулятор (ТА) больших объемов невозможно втиснуть в дверной проем. Поэтому, зачастую, устанавливаю ёмкость меньшего объема.

Схема наглядно показывает нужен ли ТА и какой именно для различных котлов системы отопления

Содержание статьи:

Зачем нужна буферная ёмкость?

  • Защищает котел от низкотемпературного конденсата
  • Позволяет работать котлу в номинальном режиме
  • Отсутствие проблем при избыточной мощности и отсутствует необходимость в чистке котла:

 Такие проблемы возможны, когда контроллер снижает обороты вентилятора или термостат закрывает поддувало дверки и возникает недостаток кислорода, а, следовательно, и повышение углерода. Далее, при низкой температуре теплоносителя образуется конденсат, который смешивается с сажей и вытекает из котла. Появляется сильный запах. А в самом котле образуется налет, который очень тяжело чистится.

Буферная емкость для системы отопления с твердотопливным котлом

Объем буферной емкости подбирается, основываясь на теплопотери дома и готовность многократного или однократного подкидывания топлива в котел. То есть, чем выше теплопотери, тем больше объем и чем чаще Вы готовы подходить к котлу, тем объем меньше.

Расчет объема буферной емкости для ТТ котла

  • Допустим, что дом 100кв.м. с достаточным утеплением, то есть теплопотери будут составлять не в самый холодный период (-15 -20град.) примерно 5кВт/ч.  Значит в сутки получается- 5*24=120кВт/ч.
  • Требуется запасти 1кВт/ч*1град. на 1тонну.
  • Максимальная температура отдачи на ТТ котле -80град., а 40град. – минимальная температура в морозы. То есть дельта получается 40град.
  • Значит, в 1тонне запасается примерно 40кВт/ч.
  • А требуется 120кВт/ч, значит объем буферной емкости- 120/40=3тонны

Так как буферную емкость такого большого объема очень затруднительно расположить, чаще всего, останавливаются на объеме в 1тонну. Но, в этом случае, котел топят чаще.

Буферная емкость для системы отопления с электрическим котлом

С электрическим котлом буферную емкость используют для реализации отопления в ночном режиме, так как стоимость электроэнергии в ночном режиме в ряде регионов намного ниже.

Проблема с осуществлением возникает, если нет достаточной мощности.

Расчет буферной емкости для электрического котла

  • Выше уже было указано, что для утепленного дома в 100кв.м теплопотери в сутки-120кВт/ч.
  • В ночном режиме, то есть за 8ч., котел должен зарядить всю ёмкость. Котлу необходимо 5кВт/ч на сквозное отопление ночью и плюс 10кВт/ч на буферную емкость.
  • Итого, в час необходимо 15кВт мощности котла. Но, так как есть и другие потребители электроэнергии, то выделенной на дом в 100кв.м, должно быть мощности более 20кВт. А, такую мощность могут получить далеко не все!
  • Если учесть, что требуется 80кВт/ч для буферной емкости с отоплением в ночном режиме, то получается ёмкость объемом в 2тонны.

Теплоаккамулятор в 2т очень дорогая и габаритная система. Поэтому используют буферную емкость в 1т, повышая температуру с комфортной 22-24град, до 26-27град. к утру. Таким образом, половину дня расходуются 3град., температура падает до 22-24град., а затем, включается в работу ТА. Для твердотопливного котла такая система невозможна, иначе, придется постоянно следить за котлом.

Всего 4 минуты просмотра видео дадут инструкцию, как изготовив ТА своими руками и сэкономить на этом.

Какие существуют буферные емкости — Блог Romstal

Буферная емкость, или тепловой аккумулятор, это бак, который позволяет создавать запас тепловой энергии для ее последующего использования. Это оптимальное решение для систем отопления, которое позволяет аккумулировать возможные излишки тепловой энергии

Зачем нужна буферная емкость?

К сожалению, в Украине мало еще кто применяет буферные емкости в своих системах отопления. Потому что это траты, да и необходимо для установки системы отопления с применением буферной емкости помещение не менее 5 кв.м. Однако, европейский опыт использования буферных емкостей доказал их экономическую выгоду. Кроме того, буферная емкость это в первую очередь безопасности, ведь она снижает риск перегрева теплоносителя.

Существует несколько типов буферных емкостей:

  • Баки-аккумуляторы– это теплоаккумулирующая емкость для накопления и сохранения теплоносителя в системах отопления жилых и небольших производственных площадей.
  • Буферные емкости «бак в баке» — выполняют ту же функцию что и обычные баки-аккумуляторы, но при этом за счет встроенного бака ГВС позволяют обеспечивать нужды в горячей воде.
  • Баки с встроенными змеевиками или бивалентная буферная емкость – служит для работы с источниками использующими другой тип теплоносителя, например тепловые насосы, солнечные коллектора.

    • Большинство типов буферных емкостей имеют возможность установки в них ТЭНа.
    Буферный накопитель необходимо подбирать в зависимости от системы отопления.
    Расчет и подбор буферной емкости достаточно время-затратный процесс. В большинстве случаев емкости подбирают исходя из мощности котла, или котлов, которые будут на нее работать. Например, при мощности котла в 25 кВт, минимально рекомендуемая буферная емкость будет -500 л, оптимально – 1000 л

    Буферная емкость для твердотопливного котла

    Все твердотопливные котлы, независимо от их типа и способа сжигания топлива, имеют следующие общие свойства:

  • Работают только в узком высокотемпературном графике (90/750 С или 80/600 С).
  • Могут менять мощность в диапазоне 100…50% путем уменьшения количества поступающего воздуха для горения. Причем с уменьшением мощности резко падает КПД за счет увеличения доли СО.
  • Котел не может быть остановлен, пока в нем не догорит все топливо.
  • Котел подбирается с запасом мощности около 15% на самую холодную пятидневку.

    • Современные системы отопления, в зависимости от наружной температуры и климата внутри помещений, изменяют расход и температуру в отопительных приборах. Таким образом, при установке твердотопливного котла в систему отопления получается дилемма: котел экономичней всего работает в высокотемпературном режиме, а система отопления в низкотемпературном. Буферная ёмкость разрешает эту дилемму. Она позволяет твердотопливному котлу сжечь топливо с максимальным КПД, и положить его в буферную емкость. А система отопления отбирает накопленное тепло четко рассчитанными порциями по своей необходимости.Также замечено, что системы с твердотопливными котлами, которые не имеют буферной емкости, имеют расход топлива в 2-2,5 раза больше по сравнению с системами, имеющими буферную емкость. Это объясняется тем, что большую часть времени в отопительный сезон стоит относительно теплая погода, а значит котел все время работает с дефицитом воздуха для горения, и большая половина топлива буквально улетает в трубу в виде СО (недогар). Кроме экономии топлива — уменьшается количество загрузок топлива в течении суток.

    Подбор буферной емкости

    Наши специалисты с радостью осуществляют подбор буферной емкости под Ваши потребности. Ведь устройство достаточно не простое, и очень важно правильно подобрать его, чтобы не было проблем при установке. Монтаж буферной емкости должны осуществлять только профессионалы, поскольку при подключении важно учесть множество деталей. Важно, чтобы у Вас было отдельное помещение или специальное место для монтажа необходимого объёма буферной емкости. Более детальную информацию Вы можете уточнить у менеджера.

    Калькулятор буферной емкости

    Калькулятор буферной емкости поможет вам рассчитать и понять, насколько ваш буфер будет противостоять изменению pH. Продолжайте читать, чтобы узнать, зачем нам нужны буферы и как рассчитать их емкость с помощью уравнения емкости буфера.

    Этот инструмент требует хотя бы некоторых знаний о том, что такое pH и как определять pH раствора. Мы рекомендуем вам изучить эти темы, прежде чем углубляться в сам калькулятор, так как это поможет вам понять, что такое буферная емкость.

    Калькулятор буферной емкости

    Что такое буферная емкость? — определение буферной емкости

    Прежде чем мы узнаем, что такое буферная емкость, нам сначала нужно установить, что такое буфер. Буфер — это раствор, устойчивый к изменениям pH. Он состоит из слабой кислоты, ее соли и сильного основания, или слабого основания, его соли и сильной кислоты. Вы можете этого не осознавать, но буферы используются для контроля pH косметики, лекарств и пищевых продуктов. Даже pH нашей крови поддерживается между 7,35 и 7,45 с помощью буферов крови!

    Буферная емкость количественно определяет устойчивость буферного раствора к изменениям pH после добавления OH- или H +. Емкость буфера и его начальный pH влияют на изменение pH после добавления кислоты или основания.

    Более концентрированные буферы обладают большей емкостью, поскольку в них больше молекул, которые могут взаимодействовать с дополнительными кислотами или основаниями. Это означает, что когда буфер имеет более высокую концентрацию, изменение pH происходит медленнее.

    Уравнение буферной емкости

    Чтобы определить буферную емкость, вам нужно разделить количество молей кислоты / основания, которое вы добавили на литр буферного раствора, на изменение pH:

    β = n / ΔpH, где

    β — буферная емкость
    n — количество молей кислоты или основания, добавленных на литр буферного раствора.
    ΔpH — изменение pH: ΔpH = конечный pH — начальный pH

    Как рассчитать буферную емкость?

    Определите начальный pH с помощью уравнения Хендерсона – Хассельбаха:
    pH = pKa + log10 ([A -] / [HA]), где:

    [A-] — концентрация основания в буфере.
    [HA] — концентрация кислоты в буфере.
    pKa — константа диссоциации кислоты.

    Рассчитайте конечный pH, используя тот же метод.
    Используйте уравнение емкости буфера, чтобы рассчитать емкость буфера. Или введите число в калькулятор, и вы получите ответ в кратчайшие сроки!

    Буферная емкость

    Способность буферных систем противодействовать резкому изменению рН при добавлении к ним сильной кислоты или основания является ограниченной. Буферная смесь поддерживает рН постоянным только при условии, что количество вносимых в раствор сильной кислоты или щелочи не превышает определенной величины. В противном случае наблюдается резкое изменение рН, т.е. буферное действие раствора прекращается.

    Это связано с тем, что в результате протекающей реакции изменяется соотношение молярных концентраций компонентов буферной системы: Скислоты/Ссолиили Соснования/Ссоли.

    При этом концентрация компонента, реагирующего с добавленной кислотой или щелочью, уменьшается, а концентрация второго компонента возрастает, т.к. он дополнительно образуется в ходе реакции.

    Количественно буферное действие раствора характеризуется с помощью буферной емкости (В). При этом различают буферную емкость по кислоте (Вк.) и буферную емкость по основанию или щелочи (Во.).

    Буферной емкостью по кислотеявляется то количество химического эквивалента сильной кислоты, которое нужно добавить к 1 литру (1 дм3) буферной системы, чтобы уменьшить её рН на единицу. Ее можно рассчитать по следующей формуле:

    где n(1/z HA) – число молей химического эквивалента сильной кислоты, добавленное к 1 литру буферной системы;рН1 – водородный показатель системы до добавления сильной кислоты;рН2 – водородный показатель системы после добавления сильной кислоты.

    В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем, выраженный в литрах или дм3) формула для подсчета буферной емкости будет иметь следующий вид:

    где С(1/z НА) – молярная концентрация химического эквивалента сильной кислоты в добавляемом растворе; V(НА) – объем (л) добавленного раствора сильной кислоты; V(буферной системы) – объем буферного раствора, к которому добавляют раствор кислоты.

    Соответственно буферной емкостью по основаниюявляется то количество химического эквивалента сильного основания (щелочи), которое нужно добавить к 1 литру (1 дм3) буферной системы, чтобы вызвать увеличение ее рН на единицу:

    где n(1/z В) – число молей химического эквивалента основания, которое добавили к 1 литру буферного раствора; рН1 – водородный показатель раствора до добавления основания; рН2 – водородный показатель раствора после добавления основания.

    В более общем случае (если брать не 1 литр буферной системы, а любой другой ее объем) формула для подсчета буферной емкости по основанию примет следующий вид:

    где С(1/z В) – молярная концентрация химического эквивалента основания в добавляемом растворе; V(В) – объем (л) добавленного раствора сильного основания; V(буферной системы) – объем буферного раствора (л), к которому добавляют раствор сильного основания.

    Величина буферной емкости зависит от концентраций компонентов буферной системы и от их соотношения.

    Чем более концентрированным является буферный раствор, тем выше его буферная емкость, т.к. в этом случае добавление небольших количеств сильной кислоты или щелочи не вызовет существенного изменения концентраций его компонентов, а значит и их соотношения.

    Из буферных растворов с одинаковым суммарным содержанием химического количества их компонентов наибольшей емкостью будут обладать те, которые составлены из равного числа молей слабой кислоты и её соли или слабого основания и его соли (рис. 35). В таких растворах молярные концентрации компонентов будут одинаковые, а значит соотношение Скислоты/Ссоли= 1 и Соснования/ Ссоли.= 1.

    Рис. 35 Изменение буферной емкости (1) и изменение рН кислотной буферной системы при добавлении к ней определенного количества сильной кислоты (2) в зависимости от содержания её компонентов

    Данные растворы будут иметь примерно одинаковые значения буферной емкости как по кислоте, так и по основанию.

    Если же соотношение концентраций компонентов буферной системы не равно 1, то значения ее буферной емкости по основанию и кислоте будут отличаться друг от друга (причем тем существеннее, чем в большей степени соотношение Скислоты/Ссолии Соснования/Ссолиотклоняется от единицы).

    Например, если в кислотной буферной системе солевой компоненты содержится больше чем слабой кислоты, то ее буферная емкость по кислоте будет выше чем по основанию, т.е. Вк.> Во.

    Соответственно буферная емкость по кислоте для основной буферной системы будет больше чем по основанию в том случае, если содержание солевой компоненты в этом случае будет меньше чем слабого основания.

    Таким образом можно сделать вывод, что в данных случаях буферная емкость выше по тому веществу, которое реагирует с избыточным компонентом буферного раствора.

    Если буферная система не обладает достаточной буферной емкостью, то ее можно повысить, увеличив концентрацию обоих компонентов в необходимое количество раз.

    Определение

    и способ его вычисления

    Буферная емкость — это мера устойчивости конкретного раствора к изменению pH при добавлении кислоты или основания.

    Если вы помните химию в средней школе или посещали курс колледжа, например, «Химия 101», вы должны будете провести тест на титрование. Лично я впервые позволил жидкости просочиться на дно стеклянной колбы, терпеливо ожидая, пока раствор приобретет розовый или пурпурный оттенок, и, честно говоря, я почувствовал себя ученым! Однако почему этот раствор меняет цвет только при добавлении определенного количества химикатов? Чтобы получить этот ответ, мы должны понять внутренние свойства решения.

    (Изображение предоставлено Pixabay)

    Емкость буфера: определение

    Прежде чем мы перейдем к тому, что такое емкость буфера, мы должны сначала понять буферы. Буфер представляет собой соединение, которое сопротивляется изменениям pH при добавлении к нему ограниченного количества кислоты или основания. Химический состав буферного раствора обычно включает слабую кислоту или слабое основание в сочетании с его сопряженной солью.

    Теперь емкость буфера можно определить как меру эффективности буфера в сопротивлении изменению pH.Это определение представляет некоторую проблему в отношении «в чем заключается существенное изменение?» Иногда изменение на 1 единицу не приводит к каким-либо значительным изменениям. В других случаях даже изменение на 0,1 единицы может вызвать значительную разницу. Итак, чтобы дать более четкое определение, буферная емкость может быть определена как количество сильной кислоты или сильного основания, которое необходимо добавить к одному литру раствора, чтобы изменить его на одну единицу pH. Уравнение буферной емкости выглядит следующим образом: где n — некоторые эквиваленты добавленного сильного основания (на 1 л раствора).Обратите внимание, что добавление n молей кислоты изменит pH на то же значение, но в противоположном направлении. Мы выведем формулу, связывающую буферную емкость с pH, pKa и концентрацией буфера.

    Расчет емкости буфера

    Теперь, когда мы увидели, как можно записать уравнение буфера, давайте попробуем вывести его, чтобы лучше понять, как мы пришли к приведенному выше уравнению. Чтобы сделать этот вывод немного проще, мы сделаем базу монопротической (основание, которое будет принимать только один протон).Мы также будем считать, что объем равен единице, поскольку это помогает нам рассматривать концентрацию и количество молей как синонимы. Баланс заряда раствора, который мы предполагаем, демонстрируется следующим уравнением:

    [A -] + [OH +] = [B +] + [H +]

    [B +] обозначает наличие сильной концентрации основания в растворе. [B +] — это также n , присутствующее в первом уравнении буферной емкости. Теперь общая концентрация буфера определяется следующим уравнением:

    Cbuff = [HA] + [A–]

    [AH] в приведенном выше уравнении можно разбить на более мелкие составляющие элементы.Это разделение более крупного и сложного соединения на более мелкие основные элементы известно как константа диссоциации. Константа диссоциации помогает упростить вывод. Ka в приведенном ниже уравнении — это константа диссоциации кислоты. Это относится к тому, насколько легко молекула будет действовать как кислота.

    [HA] = ([H +] [A -]) / Ka

    Теперь вышеприведенное уравнение можно подставить в уравнение концентрата буфера, получив следующее уравнение:

    Cbuff = ([H +] [A–] ) / Ka + [A–]

    Теперь, если мы возьмем [A–] в качестве общего множителя и НОК для упрощения приведенного выше уравнения, мы получим следующее уравнение:

    [A -] = (Cbuff + Ka) / (Ka + H +)

    Прежде чем двигаться дальше, мы должны понять одно важное определение, которое послужит предпосылкой для аккуратного завершения этого вывода, известное как константа ионизации воды или самоионизация воды .Самоионизация воды — это реакция ионизации, которая происходит в чистой воде или в водном растворе, в которой h3O теряет ядро ​​одного из своих атомов водорода, превращаясь в гидроксид-ион ОН-.

    (Фото: Мануэль Альмагро Ривас / Wikimedia Commons)

    Теперь, используя уравнение баланса заряда, эквивалент [A–] и константу ионизации воды, мы можем прийти к следующему уравнению:

    Первые два члена в уравнении не зависят от буфера в растворе.Они отражают тот факт, что раствор с высоким (или низким) pH устойчив к изменениям pH. Это указывает на то, что определенные растворы с крайними значениями pH устойчивы к изменениям даже в отсутствие буферного раствора.

    Статьи по теме

    Статьи по теме

    На приведенном выше графике показаны изменения буферной емкости в 0,1 М уксусном буфере. Как и ожидалось, буфер сопротивляется добавлению кислоты и основания для поддержания эквимолярного раствора (при pH = pKa).Из графика видно, что буферная емкость имеет достаточно высокие значения только для pH, близкого к значению pKa: чем дальше от оптимального значения, тем ниже буферная емкость раствора. Раствор, содержащий конъюгированное основание с pH 8-10, имеет нулевую буферную емкость, тогда как при более высоком pH присутствие сильного основания начинает играть важную роль. В случае чистого раствора уксусной кислоты с pH ниже 3 pH уже достаточно низок, чтобы быть устойчивым к изменениям из-за высокой концентрации катионов H +.

    8.9 Буферная емкость и буферный диапазон

    Пример 1: HF буфер

    В этом примере мы продолжим использовать буфер плавиковой кислоты. Мы обсудим процесс приготовления буфера HF при pH 3,0. Мы можем использовать приближение Хендерсона-Хассельбаха для вычисления необходимого отношения F — и HF.

    \ [pH = pKa + \ log \ dfrac {[Основание]} {[Кислота]} \]

    \ [3,0 = 3,18 + \ log \ dfrac {[Основание]} {[Кислота]} \]

    \ [\ log \ dfrac {[База]} {[Кислота]} = -0.{-0,18} \]

    \ [\ dfrac {[Основание]} {[Кислота]} = 0,66 \]

    Это просто соотношение концентраций конъюгата основания и конъюгированной кислоты, которые нам понадобятся в нашем растворе. Однако что, если у нас есть 100 мл 1 M HF и мы хотим приготовить буфер с использованием NaF? Сколько фторида натрия нам нужно добавить, чтобы создать буфер с указанным pH (3,0)?

    Из наших расчетов Хендерсона-Хассельбала мы знаем, что соотношение основание / кислота должно быть равно 0,66. Из таблицы молярных масс, такой как таблица Менделеева, мы можем вычислить молярную массу NaF, равную 41.+ _ {(водн.)} \]

    Мы могли бы использовать таблицы ICE для расчета концентрации F — от диссоциации HF, но, поскольку K a настолько мал, мы можем приблизительно рассчитать, что практически весь HF останется недиссоциированным, поэтому количество F — в растворе от диссоциации HF будет незначительной. Таким образом, [HF] составляет около 1 M, а [F — ] близко к 0. Это будет особенно верно после того, как мы добавим еще F — , добавление которого еще больше подавит диссоциацию HF. .

    Мы хотим, чтобы соотношение Основание / Кислота составляло 0,66, поэтому нам потребуется [Основание] / 1M = 0,66. Таким образом, [F — ] должно быть около 0,66 М. Тогда на 100 мл раствора нам нужно добавить 0,066 моль (0,1 л x 0,66 М) F — . Поскольку мы добавляем NaF в качестве источника F —, и поскольку NaF полностью диссоциирует в воде, нам нужно 0,066 моль NaF. Таким образом, 0,066 моль x 41,99 г / моль = 2,767 г.

    Обратите внимание, что, поскольку конъюгированная кислота и конъюгат основания смешиваются с одним и тем же объемом раствора в буфере, соотношение «Основание / Кислота» остается таким же, независимо от того, используем ли мы соотношение «концентрация основания к концентрации кислота, «ИЛИ отношение» моль основания к молям кислоты.«Оказывается, pH раствора не зависит от объема! (Это верно только до тех пор, пока раствор не становится настолько разбавленным, что автоионизация воды становится важным источником H + или OH . — . Однако такие разбавленные растворы редко используются в качестве буферов.)

    14.6: Буферы — Chemistry LibreTexts

    Пример \ (\ PageIndex {1} \): изменение pH в буферных и небуферизированных растворах

    Ацетатные буферы используются в биохимических исследованиях ферментов и других химических компонентов клеток для предотвращения изменений pH, которые могут изменить биохимическую активность этих соединений.

    1. Рассчитайте pH ацетатного буфера, который представляет собой смесь 0,10 M уксусной кислоты и 0,10 M ацетата натрия.
    2. Рассчитайте pH после добавления 1,0 мл 0,10 M NaOH к 100 мл этого буфера с получением раствора объемом 101 мл.

    Решение

    1. Рассчитайте pH ацетатного буфера, который представляет собой смесь 0,10 M уксусной кислоты и 0,10 M ацетата натрия.

        Для определения pH буферного раствора мы используем типичный расчет равновесия (как показано в предыдущих примерах):

        1. Определите направление изменения. Равновесие в смеси H 3 O + , \ (\ ce {Ch4CO2 -} \) и CH 3 CO 2 H составляет:

          \ [\ ce {Ch4CO2H} (водн.) + \ Ce {h3O} (l) \ ce {h4O +} (водн.) + \ Ce {Ch4CO2 -} (водн.) \]

          Константа равновесия для CH 3 CO 2 H не приводится, поэтому мы ищем ее в таблице E1: K a = 1.8 × 10 −5 . При [CH 3 CO 2 H] = \ (\ ce {[Ch4CO2-]} \) = 0,10 M и [H 3 O + ] = ~ 0 M реакция смещается вправо, образуя H 3 O + .

        2. Определите x и равновесные концентрации . Таблица изменений и концентраций следующая:
        3. Найдите x и равновесные концентрации. Находим:

          \ [х = 1.{−5})} \]

          \ [= 4,74 \]

          4. Проверить работу . Если мы вычислим все рассчитанные равновесные концентрации, мы обнаружим, что равновесное значение коэффициента реакции Q = K a .

          (b) Рассчитайте pH после добавления 1,0 мл 0,10 M NaOH к 100 мл этого буфера с получением раствора объемом 101 мл.

          Во-первых, мы рассчитываем концентрации промежуточной смеси в результате полной реакции между кислотой в буфере и добавленным основанием.{−2} \: mol} {0.101 \: L}} = 0.100 \: M \]

          Теперь мы вычисляем pH после того, как промежуточный раствор, который составляет 0,098 M в CH 3 CO 2 H и 0,100 M в NaCH 3 CO 2 , приходит в равновесие. Расчет очень похож на расчет в части (а) этого примера:

          Эта серия расчетов дает pH = 4,75. Таким образом, добавление основания практически не меняет pH раствора.

          (c) Для сравнения рассчитайте pH после 1.0 мл 0,10 M NaOH добавляют к 100 мл раствора небуферизованного раствора с pH 4,74 (раствор HCl 1,8 × 10 -5 — M ). Объем конечного раствора 101 мл.

          Решение

          Этот раствор HCl 1,8 × 10 -5 — M имеет такую ​​же концентрацию ионов гидроксония, что и раствор 0,10- M буфера уксусной кислоты и ацетата натрия, описанный в части (а) этого примера. Решение содержит:

          \ (\ mathrm {0.{−4}) = 3.01} \)

          pH:

          \ (\ mathrm {pH = 14,00-pOH = 10,99} \)

          В этом небуферированном растворе pH изменяется от 4,74 до 10,99. Это можно сравнить с изменением с 4,74 до 4,75, которое произошло, когда такое же количество NaOH было добавлено к буферному раствору, описанному в части (b).

          Буферная емкость

          | Программа REEL химии ОГУ

          Буферная емкость

          Буферная емкость количественно определяет способность раствора противостоять изменениям pH за счет абсорбции или десорбции ионов H + и OH-.Когда кислота или основание добавляются в буферную систему, влияние на изменение pH может быть большим или небольшим, в зависимости как от начального pH, так и от способности буфера сопротивляться изменению pH. Буферная емкость (β) определяется как количество молей кислоты или основания, необходимое для изменения pH раствора на 1, деленное на изменение pH и объем буфера в литрах; это безразмерное число. Буфер сопротивляется изменениям pH из-за добавления кислоты или основания через расход буфера. Пока буфер не прореагировал полностью, pH не изменится кардинально.Изменение pH будет увеличиваться (или уменьшаться) более резко по мере истощения буфера: он становится менее устойчивым к изменениям.

          Расчет буферной емкости
          Буферная емкость определяется титрованием, методом, при котором к аналиту неизвестной концентрации добавляют известный объем и концентрацию основания или кислоты (рис. 2). В анализе, выполняемом классом Chemistry 221, для отслеживания изменения pH использовался регистратор данных PASCO Xplorer GLX с pH-электродом.При определении буферной емкости с помощью эксперимента по титрованию плоская область кривой титрования перед точкой эквивалентности является буферной областью (рис. 3). За пределами буферной области pH резко изменяется вблизи точки эквивалентности. В лабораторных условиях буферный раствор может быть создан путем смешивания слабой кислоты с ее конъюгированным основанием. Ионы, естественно присутствующие в реках, являются буферными компонентами, которые позволяют pH воды оставаться стабильным с течением времени. Буферная емкость речной воды очень важна, обычно требуя узких диапазонов pH, которые имеют решающее значение для выживания большинства организмов.Если буферная емкость речной воды слишком мала или pH воды выходит за пределы буферного диапазона, это может быть смертельным для экосистемы реки. По словам Ван Вурена, буферная емкость может использоваться при анализе проб воды для определения качества воды (2001).

          Резюме
          Буферная емкость — это количественная мера устойчивости к изменению pH при добавлении ионов H + или OH-. Для речной воды важно поддерживать стабильный уровень pH, чтобы местные экосистемы сохранялись для процветания Колумба.
          Ссылки:
          Harris, Daniel C. Количественный химический анализ. (7-е изд.). В. Х. Фриман и компания. 2007.

          Харрис, Джастин. Приготовление буферов и измерение буферной емкости. Кармен Вики. Государственный университет Огайо. 18.11.11. Получено из attachments / 26518655 / Buffer + Lab.pdf? Version = 1 & modifyDate = 1301198124224>.

          Vooren, L. Van, Steene, LM. Ван Де, Оттой, Ж.-П., и Ванроллегхем, П.А. (2001). Автоматическое построение модели буферной емкости для мониторинга качества воды.18.11.11. Получено с сайта .

          Йонг, Р.Н., Варкентин, Б.П., Падунгчевит, Ю., и Гальвез, Р. (1990, 24 сентября). Буферная емкость и удержание свинца в глиняных материалах. 18.11.11. Получено с сайта .

          Авторы материалов этого раздела: Паркер Брамфилд, Амелия Хестон, Мейка Трэвис и Ребекка Хейз; Кристофер Лопес, Джон Ратерман и Эммануэль О,

          Кислотное основание

          — Расчет буферной емкости Кислотное основание

          — Расчет буферной емкости — Обмен химического стека
          Сеть обмена стеков

          Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

          Посетить Stack Exchange
          2. 0
          3. +0
          6. Авторизоваться Подписаться

          Chemistry Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для ученых, преподавателей, преподавателей и студентов в области химии.Регистрация займет всего минуту.

          Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

          Кто угодно может задать вопрос

          Кто угодно может ответить

          Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

          Спросил

          Просмотрено 41k раз

          $ \ begingroup $

          Я завершил титрование буферного раствора ацетата аммония и добавил к нему соляную кислоту $ \ pu {2M} $.

          Я измерил начальное значение $ \ ce {pH} $ буферного раствора перед добавлением кислоты и использовал метиловый оранжевый в качестве индикатора, у которого значение $ \ mathrm {p} K_ \ mathrm {a} $ равно 3. Моей независимой переменной была температура буфера.

          Мне просто интересно, как я буду рассчитывать буферную емкость. Это $ \ Delta \ ce {pH} $ / объем?

          задан 22 мая ’15 в 12: 542015-05-22 12:54

          Сушант Саха

          11111 золотой знак11 серебряный знак55 бронзовых знаков

          $ \ endgroup $ $ \ begingroup $

          В дополнение к ответу Мартина есть как минимум старая рекомендация до свидания.Б. Санделл и Т. С. Вест в Pure Appl. Chem. , 1969 , 18 , 427-436 (DOI), в котором указано:

          Емкость буфера или индекс буфера . Способность раствора противостоять изменениям pH при добавлении кислоты или основания, которая может быть выражена численно как количество молей сильной кислоты или сильного основания, необходимое для изменения pH на одну единицу при добавлении к одному литру указанного буфера. решение.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *