Расчет количества загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух через щелевой зазор из аппаратов, находящихся под разрежением

Аппарат, в котором токсичная среда находится под малым разрежени­ем (Р до 0,01 ∙ 10⁵ Па или Р до 0,01 кгс/см²), также является источником загрязнения воздушной среды, что обусловлено диффузией ЗВ через неплотности (сквозные поры) аппарата. Этот процесс особенно опасен, когда концен­трация токсичных веществ в аппарате примерно в 10⁵ раз превышает предельно допустимые в рабочей зоне производственных помещений.

Количество ЗВ G,, г/ч, выделяющихся при разрежении, определяется по формуле

, (17)

где F - суммарная площадь щелей, м²; С_i - концентрация ЗВ в аппарате, г/см³; v- скорость воздуха в щелях, м/с; Ре - критерий Пекле в задачах диффузионного переноса вещества,

здесь l – средняя длина щелей, м; D_i – коэффициент диффузии газа в воздухе, м²/с.

Формулу (17) можно представить в виде

.

Количество ЗВ, G_i, которое может выделяться из аппарата в процессе экс­плуатации при давлении Р_э, отличном от давления при испытании Р_исп, опре­деляется по формуле

где - коэффициент запаса, принимаемый в пределах 1,5 - 2,0; Р_э- разрежение в процессе эксплуатации, Па.

При разрежении более 0,01 10⁵ Па аппарат рассматривают как вакуумный и к его герметичности предъявляют повышенные требования. ЗВ, выделяющиеся через неплотности вакуумного аппарата, не учитывают, так как их количество невелико.

Примеры расчета

Пример 1. Определить количество ЗВ, выделяющихся через неплотно­сти фланцевых соединений вновь смонтированного цехового трубопровода (d = 108 мм; толщина стенки 4 мм; длина 150 мм).

Исходные данные. Состав среды в трубопроводе, % (по массе): водород 58,9; a_Hi =0,589; оксид углерода 7,1; а_СОг =0,071; метан 34; = 0,34. Температура газовой смеси в трубопроводе t = 50°С. Избыточное давление в трубопроводе P_изб = 209060 Па. Давление наружной среды В = 101325 Па.

Решение. Относительные молекулярные массы составляющих газовой смеси: =2,0; М_СО = 28,0; =16,0. Объёмные доли составляющих га­зовой смеси определяем по формуле (4):

;

;

;

Абсолютное давление газовой смеси Р_а6с, Па, в трубопроводе определяем по формуле Р_абс =Р_изб +В, Р_абс= 209060 +101325 = 310385Па.

Парциальное давление составляющих газовой смеси Р_i Па, рассчитываем по формуле

;

.

Концентрации составляющих газовой смеси С_i мг/м³, рассчитываем по формуле (14):

;

;

.

Произведение n_i ∙ р_i, для составляющих газовой смеси, мг/м³ (кг/м³):

;

;

.

Плотность газовой смеси в трубопроводе определяем по формуле (8):

кг/м³.

Молекулярную массу газовой смеси в трубопроводе находим по фор­муле (6):

.

Коэффициент негерметичности фланцевых соединений цехового тру­бопровода (табл. 3.1) т= 0,001. Объем газов в трубопроводе, м³,

,

.

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопровода, рассчитываем по формуле (15):

г/ч.

Объем газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов, м³/ч,

,

.

Количество составляющих газовой смеси, выделяющейся через не плотности фланцевых соединений, г/ч:

;

;

Пример 2. Определить количество ЗВ, выделяющихся через щелевой зазор аппарата диаметром 1,4 м. Толщина щелевого зазора δ = 0,0005 м, длина щелевого зазора l = 0,05 м.

Исходные данные. Разность давлений в аппарате и окружающей среде P_изб~ 0,01 ∙ 10^s Па. Состав жидкости, % (по массе): вода - 40, бензол - 306, дихлорэтан - 30; состав газовой среды: воздух с примесью аммиака. Температура жидкости и газовой среды в аппарате t = 40 °С. Давление наружной среды В = 101325 Па. Влажность воздуха φ = 50 %. Концентрация аммиака в воздухе мг/м³.

Решение. Относительные молекулярные массы составляющих газовой среды: ; ; М_д = 48,97; . Мольные доли составляющей жидкости ; ; ; .

Парциальное давление насыщенных паров компонентов над чистыми жидкими веществами определяем по формуле (11).

Константы А, В и С определяем по справочнику [4, прил, I]:
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

Тогда парциальное давление насыщенных паров компонентом над чистыми жидкими веществами:

;

мм.рт.ст, или 7541 Па;

= 6,912 -1214,6 /(221,2 + 40) = 2,262;

= 182,5 мм рт.ст., или 24273,5 Па;

= 7,184 -1358,5 /(232 + 40) = 2,190;

=155 мм рт.ст.; или 20615 Па.

Подставляем полученные данные в формулу (10) и получаем:

=57,59Па: = 3206,4 Па; Р_д = 2148 Па; = 1,503 Па.

Полное давление среды в аппарате вычисляем по формуле (9):

Р_см. = 0,01 ∙ 10⁵+ 101325 = 102325 Па.

Парциальное давление основного газового компонента - воздуха

,

Р_в = 102325 - (5759 + 3206,4 + 2148 + 1,503) = 91210,1 Па.

Объёмные доли газовых составляющих:

;

= 5759/102325 = 0,0563;

n_б = 3206,4/102325 = 0,0314;

п_д = 2148/102325 = 0,0212;

= 1,503/102325 = 0,000015,

п_в = 91210/102325 = 0,892.

Концентрации составляющих газовой смеси, мг/м³, находим по формуле (14):

= 16 ∙ 5759 ∙18,015 ∙-1000 /[(273 + 40) ∙ 133,3] = 39876;

С _б = 16 ∙ 3206,4 ∙ 78,10 ∙ 1000/[(273 + 40) ∙ 133,3] = 96258;

С _д = 16 ∙ 2148 ∙ 98,97 ∙1000/[(273 + 40) ∙133,3] = 81710;

С_В = 16 ∙ 91210,1 ∙ 28,96 ∙ 1000/[(273 + 40) ∙ 133,3] = 1012946.

Произведение составляющих газовой смеси, мг/м³ (кг/м³):

= 39876(0,0398); = 96258(0,0963);

= 81710(0,0817); = 10(0,00001);

=1012946(1,013).

Плотность газовой смеси в аппарате определяем по формуле (8):

= 0,0398+,0963 + 0,0817 + 0,00001 +1,013 = 1,231 кг/м³.

Динамическая вязкость составляющих газовой смеси над жидкостью

при t = 0°С, Па ∙ с:

; ; ;

; .

Константа Сатерленда: = 673; = 380; = 524; ~ 503;

Sat_e= 107.

Динамическую вязкость составляющих газовой смеси, Па ∙ с, при t = 40°С рассчитываем по формуле (1):

;

.

Относительную молекулярную массу смеси газов над жидкостью определяем по формуле (6):

М_см.г = 0,0563∙ 18,015+0,0314 ∙78,10 + 0,021∙ 98,97+0,0000 ∙17,31+0,892 ∙28,96 = 31,34.

Динамическую вязкость смеси газов над жидкостью находим по формуле (5):

= 152,1 ∙ 10^-7Па ∙ с.

Кинематическую вязкость смеси газов рассчитываем по формуле (7):

= 123,5 ∙ 10^-7 м/с.

Площадь щелевого зазора ; F = 3,14 ∙ 1,4 ∙ 0,0005 = 0,0022.

Количество газовой смеси, выделяющейся через щелевой зазор, опре­деляем по формуле (16):

=1124,52г/ч.

Объём газовой смеси, выделяющейся из аппарата, м³/ч, и количество составляющих газовой смеси, выделяющихся из аппарата, г/ч, определяем аналогично примеру 1:

V_CM = (1124,52/1,231) ∙10^-3 = 0,914 м³/ч;

= 0,914∙ 39876 ∙ 10^-3 = 36,5;

= 0,914∙ 96258∙10^-3 =88,0;

= 0,914 ∙ 81710∙10^-3 =74,7;

= 0,914 ∙ 10 ∙10^-3 = 0,009;

= 0,914 ∙ 1012946 ∙10^-3 = 926.