Лекции по экологии

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)