Определение количества вредных веществ, выделяющихся из аппаратов, находящихся под давлением

 

При эксплуатации закрытых реакционных и теплообменных аппаратов, машин, емкостей с жидкостями и газами, даже если они находятся в исправном состоянии и имеют нормальное уплотнение, некоторое количество обрабатываемых веществ проникает через прокладки и сальники в окружающую среду. Количество выделяющихся из аппарата паров и газов, находящихся в нем под давлением, зависит:

- от физических свойств пара или газа;

- разности давлений внутри и снаружи аппарата;

- площади неплотностей в его коединениях;

- степени износа

- температуры;

- продолжительности работы.

При давлении в аппарате Р>1,96*10⁵Па, количество выделяющего из него пара или газа определяется по формуле (кг/ч):

G=3,57*10^-5h*P*m*V*(M/T)^1/2,

3,57 – коэффициент

h — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,5-2.0 в зависимости от длительности периода между ремонтами герметизирующих устройств;

Р – давление, Па;

V – объем аппарата, занимаемый газовой (паровой фазой), м³;

Т – абсолютная температура газа или пара в аппарате, К;

М – молярная масса газа или пара;

m – коэффициент негерметичности m=0,001-0,002;

Если в аппарате находится смесь газов или паровоздушная смесь, молярная масса смеси определяется как средневзвешенная:

для смеси газов

M_см=i₁*M₁ + i₂*M₂+…+i_nM_n

для паровоздушной смеси

M_см=29i_b+i_параM_пара

где М_см, М₁, М₂, М – молекулярная масса смеси и составляющих ее компонентов;

i₁ i₂ i – доля каждого компонента в смеси.

Пример. Рассчитать максимальную концентрацию паров инсектицида октаметила в воздухе при температуре 20⁰С для его 0,2%.

М.в. 286 по справочным данным (справочник химика)

Р₂₀=6,5*10^{-4 мм.рт.ст.}

или 8,6*10^-8Па, М_воды=18, а_воды=99,8%

Молекулярная доля октаметила в растворе:

n_i=а₁*М/М₁(100-а₁)=0,2*18/28,6*(100-0,2)=1,25*10^-4

Давление паров октаметила в этих условиях составят:

P_i=n_i*P=1,25*10^-4*6,5*10^-4=8,1*10^-8=1,07*10^-11Па

Подсчитываем концентрацию октаметила в заданных условиях:

при давлении, выраженном в Па

С₁=0,41*Р*М*10⁶*0,41*1,07*10^-11*286*10⁶=0,0012мг/м³

 

Определение количества вредных веществ, выделяющихся из аппаратов, находящихся под разряжением

 

Аппарат, в котором токсичная среда находится под малым разряжением (Р до 0,01*10⁵ Па или 0,01 кгс/см²) также является источником загрязнения воздушной среды, что обусловлено диффузией вредных веществ через неплотности (сквозные поры) аппарата. Этот процесс особенно опасен, когда концентрация токсичных веществ примерно в 10⁵ раз превышает ПДК в воздухе рабочей зоны.

Количество вредных веществ, выделяющихся при разряжении, определяется по формуле (кг/с)

G=1/2*f*C₀*v/Pe²

f – суммарная площадь щелей, м²;

С₀ – концентрация вредного вещества в аппарате, г/м³;

v – скорость воздуха в щелях, м/с;

Ре – критерий в задачах, диффузионного переноса вещества.

Pe=v*l/D

l – средняя длина щелей, м;

D – коэффициент диффузии газа в воздухе, м²/с.

D=D₀*(T/T₀)^3/2P₀/P,

D₀- коэффициент диффузии газа в воздухе при Т=273К, Р<0,981*10⁵Па (760мм.рт.ст)

Тогда

G=f*C₀*D²/2v*l

 

 

Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при большом дыхании аппарата

 

Большим дыханием называют вытеснение паров внутрь аппаратов при изменении в них уровня жидкости. Наполнение почти всегда происходит при постоянной температуре t_раб и давлении в емкости Р_раб. Объем вытесненных газов или паров при наполнении аппарата будет равен (м³):

V_г = V₁ – V₂

где V₁ и V₂ – объем газов или паров в аппарате перед его наполнением и после наполнения.

Масса теряемых при дыхании газов или паров за цикл (кг/цикл):

G=V_г * r_г=(V₁ – V₂)* r_г

где r_г – плотность газов или паров, кг/м³. Величину r_г можно выразить через плотность воздуха:

r_г=М_ж*r_в/М_в,

где М_ж и М_в – молярные массы паров жидкости, воздуха, r_в- плотность воздуха, кг/м³.

Так как плотность паров жидкости зависит от Р_раб и Т_раб, то необходимо ввести соответствующую поправку:

(Р_раб/Р₀)*Т₀/Т_раб

Р₀ и Т₀ – давление и температура окружающей среды воздуха вдали от источника.

С учетом поправки на давление и температуру количество теряемых при дыхании газов или паров за цикл составит:

G=(V₁-V₂)*(P_раб/Р₀)*(Т₀/Т_раб)*r_г

Окончательно формула принимает вид:

G=(V₁-V₂)*(P_раб/Р₀)*(Т₀/Т_раб)*М_ж*r_в/М_в

При известной концентрации газов или паров вредного вещества в аппарате их количество (г/цикл) определится из следующего выражения:

G=(V₁-V₂)*(P_раб/Р₀)*(Т₀/Т_раб)*С,

где С – концентрация газа или пара в газовой смеси в аппарате, г/м³.

 

Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при малом дыхании аппарата

 

Малым дыханием называют вытеснение газов или паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата, вызываемые изменением температуры газов или паров под влиянием внешней среды. При малом дыхании уровень жидкости изменяется очень незначительно, следовательно, объем газового или парового пространства аппарата останется постоянным. Давление в аппарате газовой смеси Р_раб также остается неизменным, т.к. ее избыток удаляется через дыхательную систему.

Если за весь период малого дыхания температура равномерно изменяется от t₁ до t₂, то равномерно изменяется и концентрация насыщенных паров от С₁ до С₂.

Малое дыхание характерно, главным образом, для аппаратов, расположенных вне помещений. Объем вытесненных газов или паров при малом дыхании можно найти из следующего выражения:

V_г=b*(t₂ – t₁)=V*Dt/273,

где V_г – увеличение объема газов или паров, м³;

V – объем газа или пара в аппарате над жидкостью, м³;

b - коэффициент объемного расширения, равный 1/273.

Dt – изменение температуры газа или пара над жидкостью.

Масса теряемого при дыхании вещества определяется из выражения (кг/цикл):

G=V_ср*/C_ср

где С₁ и С₂ – концентрации насыщенных паров при t₁ и t₂. С учетом поправки на изменение плотности в зависимости от давления и температуры формула приобретает вид:

G=V*(Dt/273)*C_ср*Р₂*Т₁/Р₁*Т₂

 

Расчет количества вредных веществ, выделяющихся

При сварочных работах

При выполнении сварочных работ атмосферный воздух загрязняется сварочным аэрозолем, в состав которого входит в зависимости от вида сварки, марок электродов и флюса, вредные для здоровья оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, вольфрама), газообразные (фтористые соединения, оксид углерода, азота, озон).

Количество образующихся при сварке пыли и газов, принято характеризовать валовыми выделениями, отнесенными к 1кг расходуемых материалов, количество таких выделений, полученных экспериментально для наиболее распространенных сварочных материалов приводятся в таблицах, справочниках для расчета ВВ.

Пример. Определить количество выделяющихся ВВ при ручной сварке электродами АНО-6.

Исходные данные; расход электродов 2кг/час.

Решение. Из табл 3.5. справочника Тищенко определяем виды выделяющихся ВВ и удельные валовые выделения их при ручной сварке электродами АНО-6:

пыль: 16.8 г/кг, в том числе MnO₂ 1,95 г/кг. Количество выделяющихся вредных веществ при заданном расходе электродов:

пыль: 16.8*2=33 г/ч

в том числе MnO₂=1,95*2=3,9 г/ч.

Расчет количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух от участков механической обработки материалов.

Под механической обработкой материалов понимают процессы резания, точение, фрезерование, сверление, строгание, абразивной обработки (обдирка, заточки, шлифование, полировка, фрезерование – обработка материалов, снятие стружки с помощью фрезы. Фреза совершает вращательное движение, а заготовка – поступательное).

При механической обработке материалов источниками образования и выделения ВВ в атмосферу являются различные маталлорежущие и абразивные станки, работающие с охлаждением и без него штамповочно-прессового оборудования и литьевое оборудование для изготовления изделий из пластмасс и пресс-порошков.

При работе этого оборудования в воздух выделяются вредные вещества в виде пыли, аэрозолей, туманов масел, газообразных веществ.

Удельные выделения пыли (на единицу оборудования) при механической обработке материалов: чугун (г/ч) токарных станках (нарезание, резьба, сверление): 20-40; фрезерных (15-25; сверлильных 3-5.

При обработке стеклопластиков наибольшая концентрация пыли возникает в процессе обдирки и наименьшая — при фрезеровании.

При обработке полимерных материалов одновременно с пылью могут выделяться в атмосферу пары различных химических веществ: фенол, формальдегид, стирол, входящие в состав обрабатываемых материалов. Данные о количественных характеристиках этих веществ приводятся в справочной литературе (фенопласт: фенол 1,5г/ч, формальдегид 0,2г/ч), пыль пресс-порошка 34,2г/ч)