Rechner für Calciumcarbonat-Ablagerungen / Löslichkeit
Erkunden Sie eine Calcitsättigungskurve zur Veranschaulichung mit Temperatur, pH, Alkalinität, Calcium und zusätzlichem NaCl als Hintergrundelektrolyt. Sehen Sie sich die zugehörige Salzrezeptur und die Gegenionen an.
Bedingungen Ihres Wassers
Verschieben Sie einen Schieberegler oder geben Sie einen Wert ein.
Die maximale Temperatur hängt vom Salzgehalt und vom Betriebsdruck ab. Der Schieberegler endet 0,5 °C unterhalb des Siedepunkts.
Vorgeschlagene Regelung: gelöstes CO₂ bei konstanter Alkalinität anpassen. Die erforderliche CO₂-Zugabe oder -Entfernung wird in dieser Vorschau nicht berechnet.
Angabe in mg/L CaCO₃-Äquivalent. In diesem Modus mit unabhängiger Einstellung wird die Alkalinität durch NaHCO₃ eingebracht; siehe die Erläuterung unten.
Geben Sie den Wert in mg/L als Ca ein. CaCl₂ liefert ein Ca²⁺-Ion und zwei Cl⁻-Ionen; das zugehörige Chlorid ist in der folgenden Salzrezeptur enthalten.
Zusätzliches NaCl neben dem Chlorid aus CaCl₂ und dem Natrium aus NaHCO₃. Dies ist nicht der Gesamtgehalt an gelösten Salzen.
Erweiterte Bedingungen
Atmosphärischer Standardwert: 1,013 bar(a). Erkunden Sie den Betrieb unter Vakuum oder Überdruck (0,2–5 bar(a)).
Temperaturobergrenze des Prototyps: 150 °C. Die Obergrenze der produktiven Version muss sich nach validierten Modelldaten richten.
Demineralisiertes Wasser + CaCl₂ + NaHCO₃ + zusätzliches NaCl.
Stellen Sie den pH durch Anpassung des gelösten CO₂ ein; Calcium und endgültige Alkalinität bleiben bei den gewählten Zielwerten.
Wo liegt Ihr Wasser im Diagramm?
Calciumschwellenwert in Abhängigkeit von der Temperatur · Calcit (CaCO₃)
Blaue Kurve: Calcium bei Calcitsättigung · Grau gestrichelte Kurve: kein zusätzliches NaCl · Dunkler Punkt: Ihr Wasser · Braune Linie: Siedegrenze
Die Temperaturobergrenze ändert sich innerhalb des Prototypbereichs mit dem Druck und dem Salzgehalt.
Schätzung nur zur Veranschaulichung · Verdunstung und Konzentrationsänderungen werden nicht simuliert.Was begleitet Calcium und Alkalinität in Ihrem Wasser?
Stöchiometrische Salzzugaben pro Liter der fertigen Lösung, vor jeglicher Ausfällung. Die nachstehenden Salzmassen beziehen sich auf wasserfreies CaCl₂ und reines NaHCO₃.
| Quelle | Salzmenge | Begleitendes Ion |
|---|---|---|
| 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⁺ |
| Zusätzliches NaCl | 2000.0 mg/L | 786.8 mg/L Na⁺ + 1213.2 mg/L Cl⁻ |
Gesamtmengen aus dieser Rezeptur: Natrium 855.7 mg/L als Na · Chlorid 1354.7 mg/L als Cl.
Annahme zum pH-Wert: Die Zugabe oder Entfernung von CO₂ verändert den anorganischen Kohlenstoffgehalt und den pH-Wert, ohne die Alkalinität im idealen Carbonatsystem direkt zu verändern. Diese Vorschau berechnet weder den CO₂-Bedarf noch die Carbonatspeziation. Eine Einstellung mit starker Säure oder Base würde erfordern, die veränderte Alkalinität und die zugehörigen Gegenionen zu berücksichtigen.
Was hier berechnet wird: ausschließlich die Salzmassen und ihre Beiträge zum Natrium- und Chloridgehalt. Es werden ladungsausgeglichene Salzzugaben vorgegeben, eine vollständige Gleichgewichts- und Ladungsbilanzberechnung für die wässrige Lösung ist jedoch weiterhin erforderlich. Diese zugesetzten Gegenionen werden in der illustrativen Sättigungskurve und der Siedepunktschätzung noch nicht berücksichtigt.
„Als CaCO₃“ bezeichnet eine Angabeeinheit – nicht unbedingt das zugesetzte Salz
Die Alkalinität gibt an, wie viel Säure Wasser neutralisieren kann. Die Angabe in mg/L als CaCO₃ stellt diese Säureneutralisationskapazität auf einer einheitlichen Äquivalentbasis dar. Sie sagt weder aus, wie viel Calcium vorhanden ist, noch bedeutet sie, dass festes Calciumcarbonat zugesetzt wurde.
Calcium und Alkalinität unabhängig voneinander einstellen
Calcium wird als CaCl₂ zugeführt und die Alkalinität über NaHCO₃ eingestellt. Ihre Beiträge zum Chlorid- und Natriumgehalt sind in der Rezepturtabelle aufgeführt. So können Sie Änderungen der Calciumkonzentration untersuchen, ohne automatisch die Alkalinität zu verändern, und umgekehrt.
Calcium und Alkalinität müssen sich gemeinsam ändern
Je 100 mg/L CaCO₃, die sich tatsächlich lösen, kommen ungefähr 40 mg/L Calcium als Ca und 100 mg/L Alkalinität als CaCO₃ hinzu. Die Zugabe von 100 mg/L Feststoff garantiert nicht, dass sich dieser vollständig löst.
Kalkstein / CaCO₃ zugeben
Ein separater Modus könnte eine Kalksteindosis als Eingabe verwenden und berechnen, wie viel davon sich löst, wobei Calcium und Alkalinität miteinander gekoppelt wären. Diese Berechnung erfordert ein validiertes Modell für pH-Wert, CO₂-Verfügbarkeit und Mineralgleichgewicht; sie ist in dieser Vorschau nicht implementiert.
In CO₂-haltigem Wasser lässt sich die Auflösung von Kalkstein als CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ darstellen. Die alleinige Zugabe oder Entfernung von CO₂ verändert die Alkalinität im idealen Carbonatsystem nicht direkt; die Auflösung oder Ausfällung von CaCO₃ hingegen schon. Der aktuelle pH-Schieberegler setzt eine Einstellung über CO₂ voraus, berechnet jedoch nicht die erforderliche CO₂-Menge.
Hintergrund: USGS · Alkalinität und Carbonatspeziation · USGS · Angabe der Alkalinität und Zusammensetzung der Lösung
Drei Kernaussagen
Zusammenhänge zum Erkunden · illustrative Werte, keine validierten Vorhersagen.
Ein höherer pH-Wert kann die Bildung von Carbonatbelägen begünstigen
Bei gleicher Calciumkonzentration und Alkalinität kann ein höherer pH-Wert den Carbonatanteil und die Tendenz zur Calcitsättigung erhöhen.
Beide Seiten der Chemie sind wichtig
Eine Erhöhung der Calciumkonzentration oder der Carbonatalkalinität kann eine Probe näher an die Sättigung bringen. „Als CaCO₃“ bezeichnet bei der Alkalinität eine Angabeeinheit, nicht die Konzentration von gelöstem Calciumcarbonat.
Erwärmung und Entgasung können die Belagsbildung fördern
Erwärmtes hartes Wasser kann Calciumcarbonatablagerungen bilden. Der Verlust von CO₂ kann den pH-Wert erhöhen und die Ausfällung begünstigen. Diese Vorschau hält pH-Wert und Alkalinität bei der Variation der Temperatur konstant.
Vergleich mit dem Langelier-Sättigungsindex
Der Lenntech-Rechner für den Langelier-Sättigungsindex bewertet auch die Neigung zur Bildung von Calciumcarbonatablagerungen. Er gibt den Sättigungs-pH-Wert (pHs) und LSI = pH − pHs an: Positive Werte zeigen eine Übersättigung an, null bedeutet Sättigung und negative Werte zeigen eine Untersättigung in Bezug auf Calciumcarbonat an.
Was ist anders? Diese Seite stellt einen veranschaulichenden Schwellenwert der Calciumkonzentration grafisch dar und zeigt die Calciumkonzentration als Prozentsatz dieses Schwellenwerts an. Der LSI hingegen drückt aus, wie weit der pH-Wert des Wassers über oder unter seinem berechneten Sättigungs-pH-Wert liegt. Er ist weder ein Prozentsatz noch eine vorhergesagte Masse des Niederschlags oder eine Ablagerungsrate und auch kein direktes Maß für Korrosion.
Diese Seite dient der Veranschaulichung zu Lehrzwecken und stellt keine validierte Gleichgewichtsberechnung dar. Auch die LSI-Formel unterliegt methodischen Grenzen; für Wässer mit hohem Salzgehalt, hoher Temperatur oder komplexer Zusammensetzung ist ein geeignetes geochemisches Modell erforderlich.
Wo treten Calciumcarbonatablagerungen auf?
Sie treten häufig in hartem Wasser und in Konzentraten auf, die Calcium und Carbonatalkalinität enthalten.
Wassererhitzer & Wärmetauscher
Beim Erwärmen von hartem Wasser können sich Calciumcarbonatablagerungen auf heißen Oberflächen bilden, die die Wärmeübertragung verringern und den Durchfluss einschränken.
Kühltürme & Absalzung
Durch Verdunstung werden gelöste Mineralstoffe im zirkulierenden Wasser aufkonzentriert. Calcium, Alkalinität, pH-Wert und Temperatur beeinflussen die Neigung zur Bildung von Carbonatablagerungen.
Umkehrosmosekonzentrat (RO) & Solen
Bei der Wassergewinnung durch Umkehrosmose (RO) können sich zurückgehaltenes Calcium und die Alkalinität aufkonzentrieren. Die Verteilung der Carbonatspezies und der pH-Wert bestimmen mit, ob sich das Konzentrat der Calcitsättigung nähert.
Ein salzhaltiger Wasserstrom weist nicht zwangsläufig einen hohen Calciumgehalt oder eine hohe Alkalinität auf. Für eine tatsächliche Bewertung der Ablagerungsneigung ist eine vollständige Analyse erforderlich; diese Benutzeroberfläche zeigt lediglich eine vereinfachte synthetische Zusammensetzung.
Hintergrundinformationen: USGS · Wasserhärte und Ablagerungen bei der Wassererwärmung · US DOE · Kühlturmmanagement · USBR · Membranbehandlung
Die obigen Berechnungen dienen der Veranschaulichung und können Fehler oder Auslassungen enthalten. Es wird keine Gewähr für Richtigkeit oder Vollständigkeit übernommen; die Ergebnisse sollten unabhängig überprüft werden, bevor sie für die Auslegung, die Auswahl von Behandlungsverfahren oder betriebliche Entscheidungen verwendet werden.
Methodik & Grenzen
Erfahren Sie, was die interaktive Demonstration berechnet, wie ihre Ergebnisse zustande kommen und was für eine thermodynamische Bewertung der Ablagerungsneigung erforderlich wäre.
1. Geltungsbereich und Eingaben
Die Bedienelemente beschreiben ein hypothetisches synthetisches Wasser aus demineralisiertem Wasser, CaCl₂, NaHCO₃ und zusätzlichem NaCl. Calcium und Alkalinität sind unabhängige Zielgrößen. Der pH-Wert wird als Wert bei Betriebstemperatur eingegeben; er wird nicht aus dieser Rezeptur berechnet.
| Eingabe | Bereich der Benutzeroberfläche | Bedeutung |
|---|---|---|
| Temperatur, T | 0 °C bis zur dynamischen Obergrenze; maximal 150 °C | Unabhängige hypothetische Bedingungen entlang der Kurve. |
| pH, H | 6–10.5 | Angenommene CO₂-Anpassung bei festgelegter Endalkalinität; der CO₂-Bedarf wird nicht berechnet. |
| Alkalinität, A | 10–1.000 mg/L als CaCO₃ | Äquivalente Säureneutralisationskapazität, nominell durch NaHCO₃ bereitgestellt. |
| Calcium, C | 0–2.000 mg/L als Ca | Zielwert für Gesamtcalcium, nominell durch wasserfreies CaCl₂ bereitgestellt. |
| Zusätzliches NaCl, S | 0–250 g/L | Hintergrundsalz zusätzlich zu den Salzen, die Calcium und Alkalinität liefern; nicht der Gesamtsalzgehalt. |
| Druck, P | 0,2–5 bar absolut | Wird ausschließlich in der veranschaulichenden Siedefunktion verwendet. |
Dies sind Bereiche der Benutzeroberfläche, keine validierten Betriebsbereiche. Die Erweiterung des Wertebereichs eines Schiebereglers belegt keine chemische Genauigkeit unter diesen Bedingungen.
2. Exakte Funktionen dieser Demonstration
Mit den numerischen Eingaben in den oben genannten Einheiten ergibt sich der grafisch dargestellte Calciumschwellenwert L (mg/L als Ca) wie folgt:
L = 100 × exp[−0.018 × (T − 25)] × 10^(8 − H)
× (150 / A) × [1 + 0.005 × S / (1 + S / 100)]
Angezeigtes Konzentrationsverhältnis (%) = 100 × C / L
Der Exponentialfaktor sowie die Faktoren für pH-Wert, Alkalinität und NaCl wurden gewählt, um die jeweiligen Auswirkungen zu veranschaulichen. Sie berechnen weder die Verteilung der Carbonatspezies noch die Ionenpaarbildung oder Aktivitätskoeffizienten. Insbesondere ist der NaCl-Faktor keine Korrelation für die Löslichkeit in Solen, und der Temperaturfaktor ist keine thermodynamische Gleichgewichtskonstante für Calcit.
Das Verhältnis wird auf den nächsten ganzzahligen Prozentwert gerundet. Für den Status wird das ungerundete Verhältnis verwendet: Unter 85 % lautet die Kennzeichnung „Untersättigt“, bei 85–100 % „Annäherung an die Sättigung“ und über 100 % „Übersättigt“. Die Grenze von 85 % wurde als Warnschwelle der Benutzeroberfläche gewählt. Alle drei Kennzeichnungen beziehen sich ausschließlich auf den veranschaulichenden Schwellenwert; sie bestimmen nicht den tatsächlichen Sättigungszustand einer Wasserprobe.
Die graue Vergleichskurve verwendet S = 0 und behält dabei die eingegebenen Werte für pH und Alkalinität bei. Das bedeutet, dass kein zusätzliches NaCl zugegeben wird; die Salze zur Einstellung von Calcium und Alkalinität bleiben jedoch Bestandteil der Rezeptur.
Die Schätzung der Siedetemperatur und die Temperaturbegrenzung lauten:
B (°C) = 100 + 28 × ln(P / 1.01325) + 0.025 × S Tmax (°C) = floor[10 × min(150, B − 0.5)] / 10
Hier bezeichnet ln den natürlichen Logarithmus, und floor rundet ab. Dies ist eine illustrative Darstellung des Druck- und Salzeinflusses, keine Berechnung anhand von Dampftafeln oder eine Siedepunktberechnung für Elektrolytlösungen. Sie lässt die Beiträge von CaCl₂, NaHCO₃ und CO₂ außer Acht und simuliert weder Verdampfung noch Konzentrationsänderungen. Der Abstand von 0,5 °C und die Obergrenze von 150 °C sind Festlegungen für die Benutzeroberfläche.
3. Salzrezeptur und Begleitionen
Die Rezepturtabelle verwendet stöchiometrische Umrechnungen vor einer etwaigen Fällung. Sie setzt reines wasserfreies CaCl₂ und reines NaHCO₃ voraus. Handelsübliche hydratisierte Produkte und die jeweilige Produktreinheit würden andere Umrechnungen der Dosierung erfordern.
CaCl₂ (mg/L) = C × (40.078 + 2 × 35.45) / 40.078 Cl aus CaCl₂ (mg/L) = C × 2 × 35.45 / 40.078 Äquivalentgewicht von CaCO₃ = 100.0869 / 2 = 50.04345 NaHCO₃ (mg/L) = A × 84.00661 / 50.04345 Na aus NaHCO₃ (mg/L) = A × 22.98977 / 50.04345 Na aus zusätzlichem NaCl (mg/L) = 1000 × S × 22.98977 / 58.43977 Cl aus zusätzlichem NaCl (mg/L) = 1000 × S × 35.45 / 58.43977
Die molaren Massenkonstanten sind in g/mol angegeben; 50,04345 g/eq entsprechen 50,04345 mg/meq. Die Gesamtwerte für Natrium und Chlorid ergeben sich jeweils aus der Summe ihrer einzelnen Beiträge. Die Werte werden mit einer Nachkommastelle angezeigt. Diese Umrechnungen legen elektrisch ausgeglichene Salzzugaben fest, berechnen jedoch weder die endgültige Speziesverteilung in der wässrigen Lösung noch deren Ladungsbilanz. Die Natrium- und Chloridbeiträge dieser Zugaben fließen nicht in L oder B ein.
4. Carbonatchemie und Systemannahmen
„Alkalinität als CaCO₃“ ist eine auf Äquivalenten beruhende Angabeeinheit, nicht die Konzentration an gelöstem CaCO₃. Die alleinige Zugabe von CO₂ verändert die Alkalinität im idealen Carbonatsystem nicht direkt, während das Lösen oder Ausfällen von CaCO₃ sowohl den Calciumgehalt als auch die Alkalinität verändert. Je 100 mg/L CaCO₃, die sich tatsächlich lösen, erhöhen den Calciumgehalt um etwa 40 mg/L und die Alkalinität um 100 mg/L als CaCO₃.
Bei der Variation der Temperatur bleiben die eingegebenen Werte für pH, Alkalinität und Gesamtcalcium konstant. Dabei werden getrennte hypothetische Bedingungen verglichen, anstatt eine einzelne Wasserprobe beim Erwärmen, Entgasen oder Ausfällen zu verfolgen. Um diese Zielwerte bei einer tatsächlichen Herstellung einzuhalten, kann bei jeder Temperatur eine andere CO₂-Anpassung erforderlich sein. Der Betriebsdruck der Flüssigkeit ist nicht der CO₂-Partialdruck.
5. Wie sich eine thermodynamische Berechnung unterscheiden würde
Ein Calcit-Gleichgewichtsmodell bewertet das Ionenaktivitätsprodukt im Verhältnis zum temperaturabhängigen Löslichkeitsprodukt:
SIcalcite = log₁₀[(aCa²⁺ × aCO₃²⁻) / Ksp,calcite(T)]
Die Aktivitäten a beschreiben freie Ionen und nicht die analytischen Gesamtkonzentrationen. SI = 0 bezeichnet Gleichgewicht, SI > 0 Übersättigung und SI < 0 Untersättigung. Selbst ein positiver thermodynamischer SI gibt weder die abgelagerte Masse noch die Ablagerungsrate an; auch Kinetik, Oberflächen und Verweilzeit spielen eine Rolle.
Diese Seite berechnet diesen SI derzeit nicht. Eine Umsetzung für technische Anwendungen erfordert eine dokumentierte thermodynamische Datenbank, die Berechnung der Carbonat-Speziesverteilung, ein für das jeweilige Wasser geeignetes Aktivitätsmodell und explizite Annahmen zum Gasaustausch. Calcit und Aragonit sollten als getrennte Mineralphasen ausgewiesen werden. PHREEQC kann als unabhängige Vergleichsgrundlage dienen, wenn Zusammensetzung, Datenbank, Einheiten, Mineralphase und CO₂-Randbedingungen übereinstimmen.
Der Lenntech-Rechner für den Langelier-Sättigungsindex gibt dagegen LSI = pH − pHs aus. Der LSI ist nicht die auf dieser Seite angezeigte prozentuale Konzentrationsangabe und sagt keine Kalkablagerungsrate voraus.
6. Validierungsstatus und reproduzierbare Prüfung
Für die Demonstrationskurven sind weder ein Laborkalibrierungsdatensatz noch eine thermodynamische Vergleichsreferenz oder ein Genauigkeitsbereich für technische Anwendungen festgelegt. Die Reproduktion der Formeln bestätigt die Konsistenz der Implementierung, nicht die physikalische Genauigkeit.
Bei den Einstellungen nach dem Zurücksetzen (25 °C, pH 8,0, Alkalinität 150 mg/L als CaCO₃, Calcium 80 mg/L, zusätzliches NaCl 2 g/L und Absolutdruck 1,013 bar) ergeben die aktuellen Funktionen L = 100,9804 mg/L (angezeigt: 101,0), ein Verhältnis von 79,2233 % (angezeigt: 79 %) und eine Temperaturobergrenze von 99,5 °C.
Vor dem Einsatz für technische Anwendungen sollte ein Ersatzmodell anhand unabhängiger Gleichgewichtsberechnungen und relevanter Messungen über den vorgesehenen Temperatur- und Salzgehaltsbereich geprüft werden. Dokumentieren Sie die Datenbank und deren Version, die Testzusammensetzungen, Toleranzen und Abweichungen. Eine Übereinstimmung bei einem einzigen Beispiel mit Standardeinstellungen würde nicht den gesamten Bereich validieren.
7. Bekannte Einschränkungen und sachgemäße Verwendung
- Keine Berechnung der Carbonatspeziation, keine Aktivitätskorrektur, keine Lösung der Ladungsbilanz in der wässrigen Phase und keine Berechnung der Gleichgewichtsfällung.
- Keine Berücksichtigung von Magnesium, Sulfat oder anderen Hintergrundionen über die angezeigte synthetische Rezeptur hinaus.
- Keine Simulation des CO₂-Bedarfs, des Gastransfers, der Wirksamkeit von Antiscalants, der Keimbildung, des Wachstums von Ablagerungen, der ausgefällten Masse, der Wasserausbeute oder des Konzentrationsfaktors.
- Keine validierten Vorhersagen für Wasser mit hohem Salzgehalt, hoher Temperatur oder unter Druck.
Nutzen Sie die Benutzeroberfläche, um ihre Bedienelemente und zugrunde liegenden Annahmen zu erkunden. Die Ergebnisse ersetzen weder eine vollständige geochemische Modellierung noch Pilotversuche, insbesondere bei Systemen mit hoher Wasserausbeute oder hoher Temperatur. Die Berechnungen können Fehler oder Auslassungen enthalten und sollten vor Entscheidungen zur Auslegung oder zum Betrieb unabhängig überprüft werden.
8. Quellen und Modelldokumentation
- USGS PHREEQC — Beispiel für Speziation und Mineralsättigung: Hintergrundinformationen für eine thermodynamische Berechnung, keine Validierung der Demonstrationskurve.
- USGS PHREEQC — SOLUTION-Eingabe: Zusammensetzung, Einheiten und Angabe der Alkalinität.
- USGS — Alkalinität und Carbonatspeziation.
- Bureau of Reclamation — Handbuch zur Membranaufbereitung.
Methodikdokumentation v1.0 · erstellt am 24. Oktober 2026. Dokumentiert die bestehenden Demonstrationsfunktionen; führt kein neues Gleichgewichtsmodell ein und verändert das numerische Verhalten des Rechners nicht.