1. Расчет основных параметров наружной и внутренней среды. Основные положения

Для расчета количества выделяющихся вредных веществ из технологического оборудования в окружающую среду необходимо знать основные свойства химических соединений и их смесей:

1. Плотность жидкости при температуре, отличающейся от 20 °С, можно рассчитать по формуле

, (1)

где _t  коэффициент температурного расширения, выражающий относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1 °С (незначителен, так, для воды при температуре 1020 °С и давлении 100 кПа _t=0,00015 1/С); _20ж  плотность жидкости при температуре 20 °С (для практических расчетов количества вредных веществ, выделяющихся из оборудования и трубопроводов с жидкостью, можно принять _tж=_0ж); Т₀=273 К.

2. Плотность газообразных веществ и паров определяют по следующим формулам:

а) плотность газа или пара (кг/м³) при t=0 °С и Р₀=100 кПа:

, (2)

где М  относительная молекулярная масса вещества, кг/(кг∙моль); 22,4  объем одного моля газа или пара, м³/моль.

б) для определения плотности газа или пара при температуре t0 °С и давлении Р100 кПа используют уравнение Клапейрона:

. (3)

3. Динамическую вязкость газов и паров при t0 °С рассчитывают по формуле (Пас)

, (4)

где Sat  константа Сатерленда (табулировано).

4. Для расчета динамической вязкости жидкости _tж при t0 °С имеются различные зависимости. В практических расчетах для определения количества вредных веществ, выделяющихся через неплотности соединений трубопроводов и оборудования, можно использовать формулу Пуазейля, Пас

_tж=_0ж/(1+0,0368t+0,000212t²), (5)

где t – температура жидкости, °С.

5. Изменение динамической вязкости с изменением температуры является существенным. Так, с увеличением температуры от 0 до 100 °С вязкость воды уменьшается в 7 раз. Кинематическая вязкость  (м²/с) связана с динамической вязкостью  (Пас) соотношением:

=/, (6)

где   плотность, кг/м³

6. Коэффициент диффузии, который необходим для расчетов количеств выделяющихся вредных веществ из оборудования, можно рассчитать по следующим зависимостям (м²/ч):

• при t=0 °С и Р=100 кПа

; (7)

• при t0 °С и Р100 кПа

, (8)

где Р = Р_изб+В, Т = Т₀+t  полное давление и температура в оборудовании или трубопроводе; В  внешнее давление, кПа; Р₀=100 кПа; T₀=273 К; D₀  коэффициент диффузии при t=0 °С и Р=100 кПа;

• коэффициент диффузии при любой температуре находят по формуле

D_t = D₂₀1 + 0,02(t20). (9)

где D₂₀  коэффициент диффузии при t=20 °С и Р=100 кПа.

7. Часто на практике встречаются не чистые вещества, а их смеси. Состав среды в оборудовании или трубопроводе задается в массовых или объемных (в случае газовой или паровой смеси  в мольных) долях. Массовые доли компонентов пересчитывают в объемные по формуле

, (10)

где n_i  объемная или мольная доля i-го компонента; a_i  массовая доля i-го компонента; M_i  относительная молекулярная масса i-го компонента.

8. Когда в трубопроводе или оборудовании находится смесь жидкостей или газов, плотность смеси определяют по формуле, кг/м³:

• для жидкостей

, (11)

• для газов

_см.г=( n_i_iг), (12)

где _iж и _iг  плотность i-го компонента.

9. Динамическая вязкость смеси определяется (Па∙с)

• для нормальных жидкостей

lg_см.ж=(n_ilg_iж), (13)

• для смеси газов или парогазовоздушной смеси

, (14)

где _iж  соответствующий коэффициент динамической вязкости i-ой жидкости; М_см.г, М_i  относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов соответственно; _см.г, _iг  коэффициенты динамической вязкости смеси газов и отдельных компонентов; n_i -объемные доли компонентов в смеси.

10. Относительная молекулярная масса смеси газов

М_см.г=( n_iM_i). (15)

11. Кинематическая вязкость газовой смеси (м²/с):

или _см.г = _см.г/_см.г , (16)

где _i  кинематическая вязкость компонентов газовой смеси.

При расчете количества вредных веществ, выделяющихся со свободной поверхности жидкости, необходимо помнить, что они состоят из смеси веществ, состав которых зависит от температуры, давления, а также от объемной (мольной) доли каждого вещества в растворе.

12. Давление газовой смеси над раствором равно (Па):

Р_см = Р_i , (17)

где Р_i  парциальные давления отдельных компонентов, входящих в состав смеси.

13. Согласно закону Рауля парциальное давление компонента насыщенного пара раствора, входящего в состав смеси, определяется по формуле (Па)

Р_i = n_iP_i^Н, (18)

где n_i  объемная доля компонента в растворе; P_i^Н  давление насыщенного пара вещества над чистым компонентом при заданной температуре.

14. Зависимость давления насыщенного пара чистого вещества от температуры описывается уравнениями

lgP_i^Н = A[B/(C+t)], (19)

где А, В, С  значения эмпирических коэффициентов (константы Антуана) для чистых веществ (табулированы). Например:

вода	А=7,9608;	В=1678;	С=230;
бензол	А=6,912;	В=1214,6;	С=221,2;
дихлорэтан	А=7,184;	В=1358,5;	С=232.

15. Парциальное давление насыщенных водяных паров в наружной среде определяется по формуле

_, (20)

где t  температура наружной среды, ° С.

16. Парциальное давление водяных паров при заданной влажности наружной среды определяется по формуле (мм рт. ст.):

, (21)

где   влажность наружной среды, %.

17. Имея объемный или массовый состав смеси в оборудовании и данные о давлении насыщенных паров веществ, составляющих смесь, можно определить количественный состав газовой смеси над поверхностью жидкости. Для этого концентрацию насыщенных паров, выраженную в единицах давления, можно пересчитать в объемную концентрацию (С, мг/м³) по следующей формуле:

, (22)

где P_i^Н  давление насыщенного пара вещества над чистым компонентом при заданной температуре t, Па; M_i  относительная молекулярная масса данного вещества.

18. При температуре 20 °С формула (22) принимает вид

С_i20 = 0,4096P_i^HM_i . (23)

19. Парциальное давление примеси в газовой среде (например, аммиака) определяют по формуле, Па:

. (24)

20. Единицы давления, допускаемые к применению:

1 бар = 10⁵ Па

1 кгс/см² = 9,8066510⁴ Па  0,1 МПа

1 мм вод. ст. = 9,80665 Па

1 мм рт. ст. = 133,322 Па