2. Практическая часть Основные параметры сред, поступающих в атмосферу

Для расчетов количеств выделяющихся из технологического оборудования в атмосферный воздух вредных веществ необходимо знать основные свойства химических соединений и их смесей.

При температуре, отличающейся от 20⁰С, плотность жидкости рассчитывается по формуле:

, (1)

где β_t – коэффициент температурного расширения, выражающий относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1 ⁰С.

Коэффициент температурного расширения капельных жидкостей незначителен. Так, для воды при температуре 10 – 20 ⁰С и давлении 100 кПа

β_t=0,00015 1/⁰С. (2)

Для практических расчетов количеств вредных веществ, выделяющихся из оборудования и трубопроводов, можно принять (для жидкостей):

ρ_tж = ρ_0ж. (3)

Плотность газообразных веществ и паров определяют по следующим формулам.

Плотность газа или пара ( в кг/м³) при t = 0 ⁰С и р₀ = 100 кПа:

, (4)

где М – относительная молекулярная масса вещества, кг/(кг∙моль); 22,4 – объем 1 моль газа или пара.

Для определения плотности газа или пара при температуре t ≠ 0 ⁰С и давлении р ≠ 100 кПа используется уравнение Клапейрона:

. (5)

Динамическую вязкость газов и паров при t ≠ 0 рассчитывают по формуле:

, (6)

где Sat – константа Сатерленда.

Для расчета динамической вязкости жидкости μ_tж при t ≠ 0 ⁰С имеются различные зависимости. В практических расчетах для определения количества вредных веществ, выделяющихся через неплотности соединения трубопроводов и оборудования, можно использовать формулу Пуазейля:

. (7)

Изменение динамической вязкости с изменением температуры является существенным. Так, с увеличением температуры от 0 до 100 ⁰С вязкость воды уменьшается в 7 раз.

Кинематическая вязкость ν (м²/с) связана с динамической вязкостью μ соотношением:

, (8)

где μ – динамическая вязкость, Па∙с; ρ – плотность, кг/м³.

Коэффициент диффузии, который необходим для расчетов количеств выделяющихся из оборудования вредных веществ, можно рассчитать по следующей зависимости (м²/ч):

, (9)

где D₀ – коэффициент диффузии при t = 0 ⁰С и р₀ = 100 кПа.

Коэффициент диффузии при t ≠ 0 и р ≠ 100 кПа определяется по формуле:

, (10)

где р₀ = 100 кПа; Т₀ = 273 К; р и Т – давление и температура в оборудовании или трубопроводе.

Чтобы найти коэффициент диффузии при любой температуре, используют формулу:

, (11)

где D₂₀ – коэффициент диффузии при t = 20 ⁰С.

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 пересчитываются в объемные по формуле:

, (12)

, (13)

где х_i, у_i, – объемные или мольные доли компонентов в жидкости и газе; – массовые доли компонентов в жидкости и газе; М_i – относительные молекулярные массы компонентов.

Когда в трубопроводе или оборудовании находится смесь жидкостей, плотность этой смеси определяют из выражения:

, (14)

где ρ_iж – соответствующая плотность компонентов.

Динамическая вязкость смеси нормальных жидкостей определяется из выражения (Па∙с):

, (15)

где х_i – мольные доли компонентов смеси; μ_iж = соответствующий коэффициент динамической вязкости.

Если в трубопроводе или оборудовании находится смесь газов или паровоздушная смесь, то вязкость газовых (паровых) смесей можно вычислить по приближенной формуле:

, (16)

где М_см.г, М_i – относительные массы смеси газов и отдельных компонентов; μ_см.г, μ_iг – коэффициенты динамической вязкости смеси газов и отдельных компонентов; у_i – объемные доли компонентов в смеси;

. (17)

Кинематическая вязкость газовой смеси (м²/с):

, (18)

или

, (19)

где ν_i- кинематическая вязкость компонентов газовой смеси.

Плотность смеси газов определяется по формуле (кг/м³):

, (20)

где у_i – объемные доли компонентов газовой смеси; ρ_iг - соответствующие плотности компонентов.

При расчете количеств 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.

Давление газовой смеси над раствором равно:

, (21)

где р_i- парциальное давление отдельных компонентов, входящих в состав смеси, определяется по формуле:

, (22)

где х_i – объемная доля компонента в растворе; - давление насыщенного пара вещества над чистым компонентом при заданной температуре; у_i – объемная доля компонента в газовой фазе; Р_абс – абсолютное давление.

Зависимость давления насыщенного пара чистого вещества от температуры описывается уравнениями:

(23)

или

, (24)

где А, В, С – эмпирические коэффициенты.

Парциальное давление насыщенных водяных паров в наружной среде определяется по формуле:

, (25)

где t – температура наружной среды, ⁰С.

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:

, (26)

где - парциальное давление отдельных компонентов, Па; М_i – относительная молекулярная масса данного вещества.

При температуре 20 ⁰С формула принимает следующий вид:

. (27)

Количество составляющих газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов, кг/с:

. (28)

Объем, занимаемый газовой средой в аппарате:

. (29)