Определение основных свойств наружной и внутренней среды

 

Для расчета количеств выделяющихся вредных веществ из технологического оборудования в атмосферный воздух необходимо знать основные свойства химических соединений и их смесей. Характеристические константы нескольких сотен чистых веществ, которые используются затем для расчета свойств химических соединений и их смесей, приведены в Приложении I [1].

При температуре, отличающейся от 20◦С, плотность жидкости рассчитывается по формуле:

 

ρ_iж = ρ_ож * 1/(1 + β_i [Т – Т₀]) (1)

 

где ρ_ож – плотность жидкости при 20◦С, [кг/м3];

β_i – коэффициент температурного расширения, выражающий относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1◦С.

Коэффициент температурного расширения капельных жидкостей незначителен. Так, для воды при температуре 10-20◦С и давлении 101,308 кПа

 

β_i = 0,00015 [1/◦С] (2)

 

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

 

ρ_iж = ρ_ож (3)

 

Плотность газообразных веществ и паров определяют по следующим формулам.

Плотность газа или пара при температуре t = 0ºС и давлении Р = 101,308кПа:

 

ρ_ог = М / 22,4 (4)

 

где М – молекулярная масса вещества, кг/кмоль;

22,4 – объем 1 моль газа или пара, л;

Для определения плотности газа или пара при температуре t ≠ 0 и давлении Р ≠ 101,308 кПа используют уравнение Клапейрона:

 

ρ_iг = ρ_огT₀ * P / TP₀ (5)

 

Динамическая вязкость газов и паров при t = 0ºС рассчитывается по формуле:

 

μ_iг = μ_ог [(Т₀ + Sat) / (T + Sat)] * (T / T₀)^1/5 (6)

 

где μ_ог – динамическая вязкость газа при н. у., [Па*с];

Sat – константа Сатерлента.

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

 

μ_iж = μ_ож / (1 + 0,0368t + 0,000212 t²) (7)

 

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

Кинематическая вязкость ν [м²/с] связана с динамической вязкостью соотношением:

 

ν = μ / ρ (8)

 

где μ – динамическая вязкость, Па*с;

ρ – плотность, кг/м³.

Коэффициент диффузии, который необходим для расчетов количеств выделяющихся вредных веществ из оборудования, рассчитывается по формуле:

 

D₀ = 0,8 * 0,36 / √M (9)

 

где D₀ – коэффициент диффузии при н. у.;

М – молекулярная масса вещества, [кг/кмоль].

Коэффициент диффузии при t ≠ 0 и Р ≠ 101,308 кПа определяется по формуле:

 

 

D_t = D₀ (P₀ / P) * (T / T₀)² (10)

 

где Р и Т – давление и температура в оборудовании или трубопроводе.

Чтобы найти коэффициент при любой температуре, используют формулу:

 

D_t = D₂₀ [1 + 0,02 (t – 20)] (11)

 

Обычно 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 мольные (объемные) по формуле:

 

n_i = (a_i / M_i) / ∑(a_i / M_i) (12)

 

где n_i – мольные или объемные доли компонентов;

a_i – массовые доли компонентов;

М – относительные молекулярные массы компонентов.

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

 

ρ_см.ж = 1 / ∑(a_i / ρ_iж) (13)

 

где ρ_iж – соответствующая плотность компонентов.

Динамическая вязкость смеси нормальных жидкостей определяется из выражения:

 

 

lg μ_см.ж.=∑ n_i * lg μ_iж (14)

 

где n_i – мольные доли компонентов в смеси;

μ_iж – соответствующий коэффициент динамической вязкости.

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

 

μ_см.г.= М_см.г / ∑ (i_i * M_i / μ_iг) (15)

 

где М_см.г; М_i – относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов соответственно;

μ_iг – коэффициент динамической вязкости отдельных компонентов;

i_i – объемные доли компонентов в смеси.

 

М_см.г.= ∑i_i * M_i (16)

 

Кинематическая вязкость газовой смеси рассчитывается по формуле:

 

ν_см = 1 / ∑(i_i / ν_i) (17)

 

или

 

ν_см = μ_см.г./ ρ_см.г. (18)

 

где ν_i – кинематическая вязкость компонентов газовой смеси, м²/с.

Плотность смеси газов определяется по формуле:

 

ρ_см.г. = ∑i_i * ρ_iг (19)

 

где i_i – объемные доли компонентов газовой смеси;

ρ_iг – соответствующие плотности компонентов, кг/м³.

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 доли каждого компонента в растворе.

Давление газовой смеси над раствором равно:

 

P_см = ∑р_i (20)

 

где р_i – парциальное давление отдельных компонентов, входящих в состав смеси

Согласно закону Рауля парциальное давление компонента, входящего в состав смеси определяется по формуле:

 

P_i = n_i p_i^н (21)

 

где n_i – объемная доля компонента в растворе,

Р_i^н – давление насыщенного пара вещества над чистым компонентом при заданной температуре, мм рт.ст.

Зависимость давления насыщенного пара чистого вещества от температуры описывается уравнением:

 

lg Р_i^н= A – B / C+t (22)

 

 

или

 

lg Р_i^н = A – B / T (23)

 

где A, В, С – эмпирические коэффициенты для чистых веществ; значения приведены в приложении I [1].

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

 

lg P^н_Н2О = 0,622 + 7,5 t / (238 + t) (24)

 

где t – температура наружной среды, ◦C.

Парциальное давление водяных паров при заданной влажности наружной среды определяется по формуле:

 

Р_Н2О = P^н_Н2О* φ [мм рт.ст.] (25)

 

где φ – влажность наружной среды, %

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:

 

С_i = 16 Р_iн М_i * 1000 / (273 + t) *133,3 (26)

 

где Р_iн – давление насыщенных паров вещества над чистым компонентом при заданной температуре (t), Па

М_i – относительная молекулярная масса данного вещества.

При температуре 20 ◦С данная формула принимает следующий вид:

 

С_i20 = 0,4096 Р_i^н*М_i

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: