В нагреваемом герметичном аппарате,

ПОЛНОСТЬЮ ЗАПОЛНЕННОМ ЖИДКОСТЬЮ

На промышленных объектах значительную опасность представляют герметичные аппараты, полностью заполненные жидкостью или сжиженным газом. С повышением температуры в таких аппаратах жидкости увеличивают свой первоначальный объем, что сопровождается увеличением внутреннего давления в аппарате. Повышение давления является сложным процессом, так как сопровождается одновременно не только увеличением объема жидкости, но и приращением объема самого аппарата в результате термического расширения его стенок. При этом объем жидкости изменяется в большей степени по сравнению с увеличением линейных размеров аппарата. Поэтому нагревание жидкостей и сжиженных газов даже до невысоких температур (например, в пределах суточных колебаний температуры наружного воздуха) может создать опасное давление, при котором возможно повреждение стенок аппарата.

 

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ № 1

 

Определить изменение давления в емкости, полностью заполненной жидкостью А, если известно, что температура в аппарате изменяется от Б до В ⁰С. Материал аппарата – Г. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения для данного аппарата. Объем аппарата Д м³.

 

Таблица 1

Исходные данные

Варианты заданий	Жидкость	Начальная температура, ºС	Конечная температура, ºС	Материал аппарата	Объем аппарата, м^3
А	Б	В	Г	Д
	Толуол			чугун
	Азотная
	кислота			железо
	Ацетон			стекло	0,1
	Бензол			латунь
	Глицерин			алюминий	0,5
	Керосин			сталь	0,7
	Ксилол			титан
	Метанол			сталь
	Пентан			медь
	Толуол			латунь	0,8
	Хлоро-
	форм			сталь	1,5
	Четырех-
	хлористый
	углерод			железо	3,2
	Этанол			алюминий
	Диэтило-
	вый эфир			стекло	0,6
	Керосин			чугун
	Нефть			сталь
	Вода			свинец	0,9
	Пентан			железо
	Ацетон	-4		стекло	0,3

 

КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Условие задачи

Определить изменение давления в емкости, полностью заполненной легковоспламеняющейся жидкостью сероуглеродом СS , если известно, что температура в аппарате изменяется от 15 до 30 ºС. Материал аппарата – железо. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения аппарата. Объем аппарата составляет 3м³.

 

Решение

Давление, создаваемое жидкостью при увеличении ее температуры, определяют по формуле

(1.1)

где - конечное давление жидкости, МПа;

- начальное давление жидкости в аппарате, МПа;

ΔР - приращение давления жидкости в аппарате при повышении температуры, МПа.

Приращение давления в герметичном нагреваемом аппарате, полностью заполненном жидкостью, можно определить по формуле

, (1.2)

где - коэффициент объемного расширения жидкости, ;

- коэффициент объемного сжатия жидкости, МПа ;

- коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата, ;

- изменение температуры в аппарате, .

Коэффициент объемного теплового расширения жидкостей существенно зависит от температуры, однако для ориентировочных расчетов допускается пользоваться усредненным значением этого коэффициента (Приложение 1).

Коэффициент объемного сжатия жидкостей в широком интервале температур сохраняет почти постоянное значение (Приложение 2).

Коэффициенты линейного расширения ряда металлов и сплавов приведены в Приложении 3 данного пособия.

По таблицам Приложений 1, 2, 3 находим значения требуемых коэффициентов для сероуглерода и железа:

;

МПа ;

.

Используя эти значения, получаем искомое приращение давления в аппарате с сероуглеродом

МПа.

Защита от повышения давления при увеличении температуры жидкости достигается путем создания в аппаратах свободного пространства. В этом случае давление в аппарате не может быть больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Свободное пространство выполняет роль компенсатора при тепловом расширении жидкости, и опасность образования больших давлений в аппарате исключается.

Минимальную величину свободного пространства или максимально допустимую степень заполнения емкостей и резервуаров можно определить по формулам

(1.3)

(1.4)

где - объем свободного пространства аппарата, м³;

- объем аппарата, м³;

- коэффициент объемного расширения жидкости, ;

- разность между начальной и конечной температурой, ;

- степень заполнения аппарата – отношение объема, занимаемого жидкостью, к общему объему аппарата.

Подставляя исходные данные в формулы (1.3) и (1.4), получим:

м³,

.