Смекни!
smekni.com

Расчет основных параметров среды в производственном помещении и внутренней среды в оборудовании (стр. 2 из 3)

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:


Dt= 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:

Dt = 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:

ni= (ai / Mi) / ∑(ai/ Mi) (12)

где ni – мольные или объемные доли компонентов;

ai – массовые доли компонентов;

М – относительные молекулярные массы компонентов.

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

ρсм.ж = 1 / ∑(ai/ ρiж) (13)

где ρiж – соответствующая плотность компонентов.

Динамическая вязкость смеси нормальных жидкостей определяется из выражения:


lgμсм.ж.=∑ ni* lgμiж(14)

где ni – мольные доли компонентов в смеси;

μiж – 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:

μсм.г.= Мсм.г / ∑ (ii* Mi/ μiг) (15)

где Мсм.г; Мi – относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов соответственно;

μiг – коэффициент динамической вязкости отдельных компонентов;

ii– объемные доли компонентов в смеси.

Мсм.г.= ∑ii* Mi(16)

Кинематическая вязкость газовой смеси рассчитывается по формуле:

νсм= 1 / ∑(ii/ νi) (17)

или

νсм= μсм.г./ ρсм.г. (18)

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

Плотность смеси газов определяется по формуле:


ρсм.г. = ∑ii* ρiг(19)

где ii – объемные доли компонентов газовой смеси;

ρiг – 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:

Pсм= ∑рi(20)

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

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

Pi= nipiн (21)

где ni– объемная доля компонента в растворе,

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

Зависимость давления насыщенного пара чистого вещества от температуры описывается уравнением:

lg Рiн= A – B / C+t (22)


или

lg Рiн = 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:

lgPнН2О = 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:

РН2О= PнН2О* 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:

Сi= 16 Рiн Мi* 1000 / (273 + t) *133,3 (26)

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

Мi – относительная молекулярная масса данного вещества.

При температуре 20 ◦С данная формула принимает следующий вид:

Сi20 = 0,4096 Рiнi

1.3 Методика расчета основных параметров среды

1.3.1 Расчет параметров среды в производственном помещении

Исходные данные для расчета: влажность в помещении (φ,%), температура (t,◦С), давление среды (Р, кПа), концентрация примеси в воздухе (с, мг/м3), динамическая вязкость газовых составляющих при t = 0◦ С ( μ0, Па*с) и константы Сатерленда (Приложение I [1]).

а) рассчитывается парциальное давление водяных паров по формуле 25;

парциальное давление примеси, исходя из формулы 26;

парциальное давление основного компонента наружной среды – воздуха:

Рв= Р – ∑Рi(27)

где Р – давление среды в производственном помещении, Па.

б) рассчитываются объемные доли составляющих наружную среду:

ii= Pi/ P(28)

затем концентрацию составляющих наружной среды по формуле 26.

в) рассчитывается плотность наружной среды по формуле 19. Произведение iiρi для газовых составляющих наружной среды (кг/м3):


iiρi= ci(29)

динамическая вязкость смеси газов наружной среды по формуле 15 и кинематическая вязкость по формуле 18.

г) рассчитываются коэффициенты диффузии компонентов наружной среды по формулам 9 и 10.

1.3.2 Расчет параметров внутренней среды в оборудовании

Исходные данные: давление наружной среды (Р, кПа), состав жидкости в оборудовании [% (масс)], температура жидкости и газовой смеси в оборудовании (t, ºС), избыточное давление в оборудовании (Ризб, кПа), влажность воздуха (φ, %) и концентрация примеси в воздухе (мг/м3), динамическая вязкость составляющих газовой смеси при t = 0ºС (μ0, Па*с), константы Сатерленда и эмпирические коэффициенты А, В, С для каждого компонента смеси жидкости.

а) рассчитываются мольные доли составляющих жидкости по формуле 12;

парциальное давление паров компонентов над смесью жидкости по - формулам 22 и 21;

б) рассчитывается парциальное давление водяных паров в газовой среде по формуле 25;

парциальное давление примеси из формулы 26 и парциальное давление основного газового компонента – воздуха по формуле:

Рв= Рабс – ∑Рi(30)

Рабс = Ризб + Р (31)

где Ризб – избыточное давление в оборудовании, Па;

Р – давление наружной среды, Па.

Затем рассчитывают объемные доли газовых составляющих по формуле 28;

в) рассчитывают концентрацию составляющих газовой смеси по формуле 26;

г) рассчитывают плотность газовой среды в оборудовании по формулам 19, 29;

Динамическую вязкость смеси газов в оборудовании по формулам 6, 15, 16; и кинематическую вязкость по формуле 18;

д) рассчитывают коэффициенты диффузии компонентов газовой смеси в оборудовании по формулам 9, 10.


2. Практическая часть. Определение параметров внутренней среды в трубопроводе

Определим параметры внутренней среды в трубопроводе, транспортирующем газовую смесь.

Исходные данные:

давление наружной среды Р = 101325 Па;

состав смеси, %(масс): водород 58,9 (ан2 = 0,589);

оксид углерода 7,1 (аСО = 0,071);

метан 34 (асн4 = 0,34).

Температура газовой смеси t = 50◦С, избыточное давление в трубопроводе Ризб = 101325Па.

Динамическая вязкость составляющих газовой смеси при t = 0◦С и давлении Р = 101308 Па составляет (Па*С):

μон2 = 4,9*10-6; μосо = 17,15*10-6; μосн4 = 10,29*10-6.

Константы Сатерленда:

Satн2 = -528; Satсо = 116; Satcн4 = 118.

Определение параметров внутренней среды в трубопроводе

Относительные молекулярные массы составляющих газовой смеси:

Мн2 = 2,0; Мсо = 28,0; Мсн4 = 16,0.

2.1.Объемные доли составляющих газовой смеси

ni = aiMi / ∑(aiMi);

2 = 0,589 / 2 /(0,589/2 + 0,071/28 + 0,34/16) = 0,925;

nсн4 = 0,34 /16 /(0,589/2 + 0,071/28 + 0,34/16) = 0,066;

nсо = 0,071 / 28 /(0,589/2 + 0,071/28 + 0,34/16) = 0,009.

2.2 Абсолютное давление газовой смеси в трубопроводе

Рабс = Р + Ризб = 101325 + 101325 = 202650 Па.

2.3 Парциальное давление составляющих газовой смеси

Рi = ni * Pабс;

Рн2 = 0,925 * 202650 = 187451;

Рсо = 0,009 * 202650 = 1824;

Рсн4 = 0,066 * 202650 = 13745(Па)

2.4 Концентрации составляющих газовой смеси

Сi = 16PiMi * 1000 / [(273 + t) * 133,3]

Сн2 = 16 * 187451 * 2 * 1000/(273 + 50) * 133,3 = 139317;

Ссо = 16 * 1824 * 28 * 1000/(273 + 50) * 133,3 = 18979;

Ссн4 = 16 * 13745 * 16 * 1000/(273 + 50) * 133,3 = 81724(мг/м3).

2.5 Произведение iiρi для составляющих газовой смеси

2ρн2 = 139317 (0,1393)

iсоρсо = 18979 (0,0189)

iсн4ρсн4 = 81724 (0,0817) мг/м3(кг/м3)