Площадь испарения. Что такое испарение и как оно происходит? Требования к отчету

1. Исходные данные.

1.1. Помещение складирования ацетона. В помещении хранятся десять бочек с ацетоном объемом каждой по V а = 80 л = 0,08 м 3 . Размеры помещения L´S´H = 12´6´6 м. Объем помещения V П = 432 м 3 . Свободный объем помещения V св = 0,8 × 432 =345,6м 3 . Площадь помещения F = 72 м 2 .

1.2. Молярная масса ацетона М = 58,08 кг∙кмоль - 1 . Константы уравнения Антуана: А= 6,37551; В = 1281,721; С А = 237,088. Химическая формула ацетона С 3 Н 6 О. Плотность ацетона (жидкости) r ж = 790,8 кг×м - 3 . Температура вспышки ацетона t всп = -18 0 С.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одной бочки и разлив ацетона по полу помещения, исходя из расчета, что 1л ацетона разливается на 1 м 2 пола помещения. За расчетную температуру принимается абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г. Мурманск) t р = 32 0 С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием и "Пособия".

3.1. Согласно формуле (А.2) определяется значение плотности паров ацетона при расчетной температуре t p = 32 0 C кг×м - 3 .

3.2. Согласно "Пособия" определяется значение давления насыщенных паров ацетона Р Н = 40,95 кПа (lgP H = 6,37551 - = 1,612306, откуда расчетное значение Р Н = 40,95 кПа).

3.3. Согласно формуле (А.13) определяем значение интенсивности испарения ацетона W= 10 - 6 × × 40,95 = 3,1208 × 10 - 4 кг × м - 2 . с - 1 .

4. Расчетная площадь разлива содержимого одной бочки ацетона составляет:

F И = 1,0 ×V а = 1,0×80 = 80 м 2 .

Поскольку площадь помещения F = 72 м 2 меньше рассчитанной площади разлива ацетона F И = 80 м 2 , то окончательно принимаем F И = F = 72 м 2 .

5. Масса паров ацетона m, поступивших в помещение, рассчитывается по формуле (А.12) :

m = 3,1208 × 10 - 4 × 72 ×3600 = 80,891 кг.

В этом случае испарится только масса разлившегося из бочки ацетона и m = m П = V a ∙r ж = 0,08∙790,8 = 63,264 кг.

6. Избыточное давление взрыва DР согласно формуле (20) "Пособия" будет равно:

DP = 959,3 × = 75,7 кПа.

8. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение складирования ацетона относится к категории А.

1. Исходные данные.

1.1. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки. В помещении находится топливный бак с дизельным топливом марки "З" (ГОСТ 305-82) объемом V а = 6,3 м 3 . Размеры помещения L´S´H = 4,0´4,0´3,6 м. Объем помещения V П = 57,6 м 3 . Свободный объем помещения V СВ = 0,8 × 57,6 = 46,08 м 3 . Площадь помещения F = 16 м 3 . Суммарная длина трубопроводов диаметром d 1 = 57 мм = 0,057 м (r 1 = 0,0285 м), ограниченная задвижками (ручными), установленными на подводящем и отводящем участках трубопроводов, составляет L 1 = 10 м. Расход дизельного топлива в трубопроводах q = 1,5 л × с - 1 = 0,0015 м 3 × с - 1 .

1.2. Молярная масса дизельного топлива марки "З" М = 172,3 кг∙кмоль - 1 . Брутто-формула С 12,343 Н 12,889 . Плотность жидкости при температуре t = 25 0 С r ж = 804 кг∙м - 3 . Константы уравнения Антуана: А = 5,07828; В = 1255,73; С А =199,523. Температура вспышки t всп > 40 0 С. Теплота сгорания Н Т = = 4,359∙10 7 Дж∙кг - 1 = 43,59 МДж∙кг - 1 . Нижний концентрационный предел распространения пламени С НКПР = 0,6% (об.).

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация топливного бака и выход из него и подводящих и отводящих трубопроводов дизельного топлива в объем помещения. За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г. Благовещенск) t р = 41 0 С. Плотность паров дизельного топлива при t р =41 0 С кг∙м - 3 . Расчетное время отключения трубопроводов по п.А.1.2 Т а = 300 с, длительность испарения по п.А.1.2 е) Т = 3600с.

3. Объем V ж и площадь разлива F И поступившего при расчетной аварии дизельного топлива определяются в соответствии с положениями п.А.1.2 :

V ж = V a + q × T a + p × r 1 2 × L 1 =6,3+0,0015 × 300+3,14 × 0,0285 2 × 10=6,776 м 3 =6776 л,

F И = 1,0 × 6776 = 6776 м 2 .

Поскольку площадь помещения F = 16 м 2 меньше рассчитанной площади разлива дизельного топлива Fи = 6776 м 2 , то окончательно принимаем F И = F = 16 м 2 .

4. Определяем давление Р н насыщенных паров дизельного топлива при расчетной температуре t р = 41 0 С:

lgP H = 5,07828 - ,

Рн = 0,72 кПа.

5. Интенсивность испарения W дизельного топлива составит:

W = 10 - 6 × 1,0 × × 0,72 = 9,45 × 10 - 6 кг × м - 2 × с - 1 .

6. Масса паров дизельного топлива m, поступивших в помещение, будет равна:

m = 9,45 × 10 - 6 ×16∙3600 = 0,5443 кг.

7. Определение коэффициента Z участия паров дизельного топлива во взрыве проводим в соответствии с Приложением Д .

7.1. Средняя концентрация Сср паров дизельного топлива в помещении составит:

С СР = = 0,18% (об.).

С СР = 0,18% (об.)<0,5×С НКПР = 0,5 × 0,6 = 0,3% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров дизельного топлива во взрыве расчетным методом.

С Н = 100 × = 0,71% (об.).

7.3. Значение стехиометрической концентрации С СТ паров дизельного топлива согласно формуле (А.3) , исходя из химической брутто-формулы дизельного топлива, составит:

b = 12,343 + = 18,32,

С СТ = = 1,12% (об.).

7.4. Значение параметра С* будет равно:

С* = 1,19 × 1,12 = 2,13% (об.).

7.5. Поскольку С Н = 0,71% < С* = 2,13% (об.), то рассчитываем значение параметра Х:

7.6. Согласно номограмме рисунка Д.1 (п.Д.4) Приложения Д при значении Х = 0,33 определяем значение коэффициента участия паров дизельного топлива во взрыве Z=0.

8. Избыточное давление взрыва DР согласно формуле (А.2.1) составит:

DР = (900-101) × = 0 кПа.

9. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки не относится к категориям А или Б. Согласно п.5.2 и табл.1 проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1-В4.

10. В соответствии с п.Б.2 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G = V ж × r ж = 6,776 × 804 = 5448 кг,

Q = G × = 5448 × 43,59 = 237478 МДж,

S = F = 16 м 2 ,

g = МДж × м - 2 .

11. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж × м - 2 . Помещение промежуточного топливного бака резервной дизельной электростанции унифицированной компоновки согласно табл.Б.1 относится к категории В1.

1.1. Исходные данные.

1.1. Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха. В помещении находятся два бака для покрытия лаком БТ-99 полюсных катушек способом окунания с подводящими и отводящими трубопроводами. Размеры помещения L´S´H = 32´10´8 м. Объем помещения V п = 2560 м 3 . Свободный объем помещения V СВ = 0,8 × 2560 = 2048 м 3 . Площадь помещения F = 320 м 2 . Объем каждого бака V ап = 0,5 м 3 . Степень заполнения бака лаком e = 0,9. Объем лака в баке V а = e × V ап = 0,9×0,5 = 0,45 м 3 . Длина и диаметр подводящего (напорного) трубопровода между баком и насосом L 1 = 10 м и d 1 = 25 мм = 0,025 м соответственно. Длина и диаметр отводящего трубопровода между задвижкой и баком L 2 = 10м и d 2 = 40мм =0,04 м соответственно. Производительность насоса q = 6,5∙10 - 5 м 3 ×с - 1 . Время отключения насоса Т а =300с. В каждый бак попеременно загружается и выгружается единовременно по 10 шт. полюсных катушек, размещаемых в корзине. Открытое зеркало испарения каждого бака F емк = 1,54 м 2 . Общая поверхность 10 шт. свежеокрашенных полюсных катушек F св.окр = 6,28 м 2 .

1.2. В лаке БТ-99 (ГОСТ 8017-74) в виде растворителей содержится 46% (масс.) ксилола и 2% (масс.) уайт-спирита. В общей массе растворителей содержится j 1 =95,83% (масс.) ксилола и j 2 = 4,17% (масс.) уайт-спирита. Плотность лака БТ-99 r ж = 953 кг × м - 3 . Молярная масса ксилола М=106,17 кг × кмоль - 1 , уайт-спирита М=147,3 кг × кмоль - 1 . Химическая формула ксилола С 8 Н 10 , уайт-спирита С 10,5 Н 21,0 . Плотность жидкости ксилола r ж =855 кг × м - 3 , уайт-спирита r ж = 760 кг × м - 3 . Температура вспышки ксилола t всп =29 0 С, уайт-спирита t всп =33 0 С. Нижний концентрационный предел распространения пламени ксилола С НКПР =1,1% (об.), уайт-спирита С НКПР =0,7% (об.). Теплота сгорания ксилола Н Т =Q =43154 кДж × кг - 1 =43,15 МДж × кг - 1 , уайт-спирита Н Т = =43966 кДж × кг - 1 =43,97 МДж × кг - 1 . Константы уравнения Антуана для ксилола А=6,17972; В=1478,16; С А =220,535; для уайт-спирита А=7,13623; В=2218,3; С А =273,15.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного бака с лаком для покрытия полюсных катушек способом окунания и утечка лака из напорного и отводящего трубопроводов при работающем насосе с последующим разливом лака на пол помещения. Происходит испарение ксилола и уайт-спирита с поверхности разлившегося лака, а также с открытой поверхности второго бака и с поверхности выгружаемых покрытых лаком полюсных катушек (10 шт.). За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха согласно СНиП 2.01.01-82 в данном районе (г. Москва) t р = 37 0 С. Плотность паров при t р =37 0 С:

ксилола кг×м - 3 ,

уайт-спирита кг×м - 3 .

Расчетное время отключения трубопроводов и насоса по п.А.1.2 в) Т а =300с, длительность испарения по п.А.1.2 е) Т=3600с.

3. Объем V ж, площадь разлива F р поступившего в помещение при расчетной аварии лака и площадь испарения F И определяются в соответствии с положениями п.А.1.2 :

V ж = V a + q × T a + = 0,45+6,5 × 10 - 5 × 300+0,785 × (0,025 2 ×10 +

0,04 2 × 10) = 0,487 м 3 =487 л,

F p = 0,5 × 487 = 243,5 м 2 ,

F И = F Р + F емк + F св. окр = 243,5+1,54+6,28 = 251,3 м 2 .

4. Определяем давление Р Н насыщенных паров ксилола и уайт-спирита при расчетной температуре t р =37 0 С:

Для ксилола:

lgP H = 6,17972 -

P H = 2,755 кПа,

Для уайт-спирита:

lgP H = 7,13623 -

P H = 0,964 кПа.

5. Интенсивность испарения W растворителя составит:

По ксилолу:

W = 10 - 6 × 1,0 × × 2,755 = 2,8387 × 10 - 5 кг × м - 2 × c - 1 ,

По уайт-спириту:

W = 10 - 6 × 1,0 × × 0,964 = 1,1700 × 10 - 5 кг × м - 2 × c - 1 .

6. В соответствии с положениями п.п.4.3 и А.1.1 определяем массу паров m по наиболее опасному компоненту ксилолу, поступивших в помещение:

m = 2,8387× 10 - 5 × 251,3 × 3600 = 25,6812 кг.

7. Определение коэффициента Z участия паров растворителя во взрыве проводим в соответствии с Приложением Д , принимая значения расчетных параметров по ксилолу либо уайт-спириту, наиболее опасные в отношении последствий взрыва.

7.1. Средняя концентрация С ср паров растворителя в помещении составит:

С СР = = 0,30% (об.).

С СР = 0,30%(об.) < 0,5 × Снкпр = 0,5 × 0,7 = 0,35% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров растворителя во взрыве расчетным методом.

7.2. Значение С Н будет равно:

С Н = 100 × = 2,73% (об.).

7.3. Значение С 0 будет равно:

С 0 = 2,73 × = 1,105% (об.).

7.4. Расстояния Х НКПР, У НКПР, Z НКПР составят:

Х НКПР = 1,1958 × 32 × = 31,55 м,

У НКПР = 1,1958 ×10 × = 9,86 м,

Z НКПР = 0,04714 × 8 × = 0,31 м.

7.5. Коэффициент Z участия паров растворителя во взрыве согласно формуле (Д.2) Приложения Д составит:

8. Значение стехиометрической концентрации С СТ согласно формуле (А.3) составит:

Для ксилола:

С СТ = = 1,93% (об.),

Для уайт-спирита:

С СТ = = 1,29% (об.).

9. Избыточное давление взрыва DР согласно формуле (А.1) составит:

DP = (900 - 101) × кПа.

10. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха относится к категории Б.

11. Расчет избыточного давления взрыва DР в помещении сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха с учетом работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п.А.2.3 . Рассматривается случай при кратности обмена аварийной вентиляции А=6 ч - 1 .

11.1. При кратности воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, равной А=6 ч - 1 =1,6667 × 10 - 3 с - 1 , согласно п.3.4 "Пособия" скорость движения воздуха в помещении составит:

U = A × L = 1,6667 × 10 - 3 × 32 = 0,05 м × с - 1 .

11.2. Интенсивность испарения W растворителя (по ксилолу) при скорости воздушного потока в помещении U = 0,05 м × с - 1 (с некоторым запасом коэффициент h= 1,6 в соответствии с табл. А.2 ) будет равна:

W = 10 - 6 × 1,6 × × 2,755 = 4,5420 × 10 - 5 кг × м - 2 × с - 1 .

11.3. Масса поступивших в помещение паров растворителя (по ксилолу) m И составит:

m И = 4,5420 × 10 - 5 × 251,3 × 3600 = 41,0906 кг.

11.4. Масса находящихся в помещении паров растворителя m при учете работы аварийной вентиляции или постоянно работающей общеобменной вентиляции, удовлетворяющей требованиям п.А.2.3 , будет равна:

11.5. Средняя концентрация С СР паров растворителя в помещении составит:

С СР = (об.).

С СР = 0,07%(об.) < 0,5 × С НКПР = 0,5 × 0,7 = 0,35% (об.), следовательно, можно определить значение коэффициента Z участия паров растворителя во взрыве расчетным методом.

11.6. Значение С 0 будет равно:

0,502% (об.).

11.7. Расстояния Х НКПР, У НКПР, Z НКПР составят:

Х НКПР = 1,1958 × 32 × = 0 м,

У НКПР = 1,1958 ×10 × = 0 м,

Z НКПР = 0,3536 × 8 × = 0 м.

Х НКПР, У НКПР, Z НКПР согласно Приложению Д принимаются равными 0, поскольку логарифмы указанных в формулах сомножителей параметров дают отрицательные значения. Следовательно, исходя из формулы Д.1 Приложения Д , коэффициент Z участия паров растворителя также равен Z=0. Подставляя в формулу (А.2.1) значение коэффициента Z=0 получим избыточное давление взрыва DP=0 кПа.

11.8. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа, следовательно, помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, удовлетворяющей требованиям п.А.2.3 , с кратностью воздухообмена А = 6 ч - 1 не относится к категориям А или Б. Согласно п.5.2 и табл.1 проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1-В4.

11.9. В соответствии с п.Б.2 определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

G= 2 × V a × r ж = 2 × 0,45 × 855 = 769,5 кг,

Q = G × = 769,5 × 43,97 = 33835 Мдж,

S = 2 × F емк = 1,54 × 2 = 3,08 м 2 (согласно п.Б.2 принимаем S=10м 2),

g = Мдж × м - 2 .

11.10. Удельная пожарная нагрузка более 2200 МДж × м - 2 . Помещение сушильно-пропиточного отделения электромашинного цеха при оснащении его аварийной вентиляцией или постоянно работающей общеобменной вентиляцией, удовлетворяющей требованиям п. А.2.3 , с кратностью воздухообмена А=6 ч - 1 согласно табл.Б.1 относится к категории В1.

Солнечная энергия приводит в действие невероятно сильную тепловую машину, которая, преодолевая гравитацию, без труда поднимает в воздух огромных размеров куб (каждая сторона составляет около восьмидесяти километров). Таким образом, с поверхности нашей планеты за год испаряется водяной слой метр толщиной.

Во время испарения жидкое вещество постепенно переходит в паро- или газообразное состояние после того, как мельчайшие частицы (молекулы или атомы), двигаясь на скорости, достаточной для того, чтобы преодолеть силы сцепления между частицами, отрываются от поверхности.

Несмотря на то, что процесс испарения известен больше как переход жидкого вещества в пар, существует сухое испарение, когда при минусовой температуре лёд переходит из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкую фазу. Например, если выстиранное сырое бельё развесить сушиться на морозе, оно, замерзнув, становится очень жёстким, но через какое-то время, размягчившись, становится сухим.

Как улетучивается жидкость

Молекулы жидкости расположены друг к другу практически впритык, и, несмотря на то, что связаны между собой силами притяжения, к определённым точкам не привязаны, а потому свободно перемещаются по всей площади вещества (они постоянно сталкиваются друг с другом и изменяют свою скорость).

Частицы, что уходят на поверхность, набирают во время движения темп, достаточный для того, чтобы покинуть вещество. Оказавшись наверху, своё движение они не останавливают и, преодолев притяжение нижних частиц, вылетают из воды, преобразовываясь в пар. При этом часть молекул из-за хаотического движения возвращается в жидкость, остальные уходят дальше, в атмосферу.

Испарение на этом не заканчивается, и на поверхность вырываются следующие молекулы (так происходит до тех пор, пока жидкость полностью не улетучивается).

Если речь идёт, например, о круговороте воды в природе, можно наблюдать за процессом конденсации, когда пар, сконцентрировавшись, при определённых условиях возвращается назад. Таким образом, испарение и конденсация в природе тесно связаны между собой, поскольку благодаря им осуществляется постоянный водообмен между землёй, сушей и атмосферой, благодаря чему окружающая среда снабжается огромным количеством полезных веществ.

Стоит заметить, что интенсивность испарения у каждого вещества различна, а потому основными физическими характеристиками, которые влияют на скорость испарения, являются:

1. Плотность. Чем вещество плотнее, тем ближе молекулы находятся по отношению друг к другу, тем труднее верхним частицам преодолеть силу притяжения других атомов, следовательно, испарение жидкости происходит медленнее. Например, метиловый спирт улетучивается намного быстрее воды (метиловый спирт – 0,79 г/см3, вода – 0,99 г/см3).
2. Температура. На скорость испарения также влияет теплота испарения. Несмотря на то, что процесс испарения происходит даже при минусовой температуре, чем больше температура вещества, тем выше теплота испарения, значит, тем быстрее двигаются частицы, которые, увеличивая интенсивность испарения, массово покидают жидкость (поэтому кипящая вода испаряется быстрее холодной).Из-за потери быстрых молекул внутренняя энергия жидкости уменьшается, а потому температура вещества во время испарения понижается. Если жидкость в это время будет находиться возле источника тепла или непосредственно нагреваться, её температура снижаться не будет, так же, как и не снизится интенсивность испарения.
3. Площадь поверхности. Чем большую площадь поверхности занимает жидкость, тем больше молекул с неё улетучивается, тем выше скорость испарения. Например, если влить воду в кувшин с узким горлышком, жидкость будет исчезать очень медленно, поскольку испаряемые частицы начнут оседать на сужающихся стенках и спускаться. В то же время, если налить воду в миску, молекулы будут беспрепятственно уходить с поверхности жидкости, поскольку им будет не на чем конденсироваться, дабы вернуться в воду.
4. Ветер. Процесс испарения окажется намного быстрее, если над ёмкостью, в которой находится вода, движется воздух. Чем быстрее он это делает, тем скорость испарения больше. Нельзя не учитывать взаимодействие ветра с испарением и конденсацией.Молекулы воды, поднимаясь с океанической поверхности, частично возвращаются назад, но большая часть высоко в небе конденсируется и образует облака, которые ветер перегоняет на сушу, где капли выпадают в виде дождя и, проникнув в грунт, через какое-то время возвращаются в океан, снабжая растущую в почве растительность влагой и растворёнными минеральными веществами.

Роль в жизни растений

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

Вода, передвигаясь по растительному организму, переносит и образует внутри него органические вещества, для образования которых растение нуждается в солнечном свете.

А вот тут немаловажная роль отводится испарению, так как солнечные лучи имеют способность чрезвычайно сильно нагревать предметы, а потому способны вызвать гибель растения от перегрева (особенно в жаркие летние дни). Чтобы этого избежать, происходит испарение воды листьями, через которые в это время выделяется много жидкости (например, из кукурузы за сутки испаряется от одного до четырёх стаканов воды).

Это значит, что чем больше в организм растения поступит воды, тем испарение воды листьями будет интенсивнее, растение будет больше охлаждаться и нормально расти. Испарение воды растениями можно ощутить, если во время прогулки в знойный день прикоснуться к зелёным листьям: они обязательно окажутся прохладными.

Связь с человеком

Не менее велика роль испарения в жизнедеятельности человеческого организма: он борется с нагреванием посредством потоотделения. Испарение происходит обычно через кожу, а также через дыхательные пути. Это можно легко заметить во время болезни, когда температура тела поднимается или в период занятий спортом, когда повышается интенсивность испарения.

Если нагрузка невелика, из организма уходит от одного до двух литров жидкости в час, при более интенсивном занятии спортом, особенно когда температура внешней среды превышает 25 градусов, интенсивность испарения увеличивается и с потом может выйти от трёх до шести литров жидкости.

Через кожу и дыхательные пути вода не только покидает организм, но и поступает в него вместе с испарениями окружающей среды (не зря своим пациентам врачи часто прописывают отдых на море). К сожалению, вместе с полезными элементами в него нередко попадают и вредные частицы, среди них – химические вещества, вредные испарения, которые наносят здоровью непоправимый ущерб.

Одни из них токсичны, другие, вызывают аллергию, третьи – канцерогенны, четвёртые вызывают онкологические и другие не менее опасные заболевания, при этом многие обладают сразу несколькими вредными свойствами. Вредные испарения оказываются в организме в основном через органы дыхания и кожу, после чего, оказавшись внутри, моментально всасываются в кровь и разносятся по всему телу, оказывая токсическое воздействие и вызывая серьёзные заболевания.

В данном случае много зависит от местности, где обитает человек (возле фабрики или завода), помещения, в котором живёт или работает, а также времени пребывания в опасных для здоровья условиях.

Вредные испарения могут попадать в организм из предметов быта, например, линолеума, мебели, окон и пр. Дабы сохранить жизнь и здоровье, таких ситуаций желательно избегать и наилучшим выходом будет покинуть опасную территорию, вплоть до обмена квартиры или работы, а при обустройстве жилища обращайте внимание на сертификаты качества покупаемых материалов.

В современном производстве довольно часто эксплуатируются аппараты с открытой поверхностью испарения, к ним относятся ванны для окраски окунанием, ванны для пропитки тканей, бумаги смолами, ванны для промывки и обезжиривания деталей растворителями, открытая поверхность испарения в случае аварийного разлива ЛВЖ, ГЖ.

Эти аппараты являются наиболее опасными, т.к. даже при их нормальной работе возможно поступление большого количества паров горючих веществ в воздушное пространство производственного помещения.

Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью такого аппарата образуется, если температура жидкости Т выше температуры вспышки ее паров:

Т≥Т всп

Для практического использования этого условия численное значение Т определяют по проекту или технологическому регламенту, Т всп определяется по справочнику.

Количество жидкости, испаряющей со свободной поверхности, зависит от физических свойств этой жидкости, температурных условий, площади и времени испарения, а также подвижности воздуха.

Различают испарение в неподвижную и движущуюся среду.

Движущей силой процесса в случае испарения в неподвижную среду будет являться молекулярная диффузия.

При испарении паров в неподвижную среду рассеивание их в производственное помещение затруднено. Практический интерес представляет закон изменения концентрации пара по высоте над поверхностью испаряющейся жидкости, возможные размеры зоны взрывоопасности, количество испаряющейся жидкости.

Основной закон статического испарения, открытый Дальтоном, гласит, что количество паров испаряемой жидкости в единицу времени пропорционально площади зеркала испарения, коэффициенту диффузии D и разности давления насыщенного пара Р s жидкости при данной температуре и давления паров в воздухе Р g .

Отношение давления паров жидкости в воздухе в данный момент к максимальному давлению насыщенных паров при данной температуре называется степенью насыщения φ , т.е.

φ= Р g / Р s или Р g = φ Р s

При решении практических задач обычно определяют скорость испарения, а затем количество испарившейся жидкости.

Для практических расчётов важно знать и величину средней концентрации горючих паров в паровоздушной зоне.

Под скоростью испарения понимают объем паров жидкости V , испаряющейся со свободной поверхности в 1 секунду.

Скорость испарения зависит от формы сосуда, в котором находится жидкость и от высоты взлива жидкости.

Испарение в подвижную среду будет определяться законами массообмена .

Для расчета количества испарившихся паров в подвижную среду на практике используют эмпирические зависимости.

Интенсивность испарения в движущуюся среду определяют по зависимости:

где: -интенсивность испарения в движущуюся среду, кг с -1 ;

- скорость движения воздуха над поверхностью испаре­ния, м с -1 ;

- давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, Па;

- молярная масса, кг кмоль -1 ;

- площадь испарения, м 2 .

ПРИЛОЖЕНИЕ И

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ГОРЮЧИХ НЕНАГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

И. 1 Интенсивность испарения W, кг/(с·м 2), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле 1)

W = 10 -6 h p н , (И.1)

_______

1) Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где h - коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

М - молярная масса, г/моль;

p н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t р , определяемое по справочным данным, кПа.

Таблица И.1

Скорость воздушного потока в помещении,	Значение коэффициента h при температуре t, ° С, воздуха в помещении
м/с
	10,0

И.2 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m СУГ , кг/м 2 , по формуле 1)

, (И.2 )

_______

1) Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где М - молярная масса СУГ, кг/моль;

L исп - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т ж , Дж/моль;

Т 0 - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t p , К;

Т ж - начальная температура СУГ, К;

l тв - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м · К);

а - эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4·10 -8 м 2 /с;

t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

число Рейнольдса (n - скорость воздушного потока, м/с; d - характерный размер пролива СУГ, м;

u в - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t р , м 2 /с);

l в - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t р , Вт/(м · К).

Примеры - Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов

1 Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.

Данные для расчета

В помещении с площадью пола 50 м 2 установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V a п = 3 м 3 . Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2 · 10 - 3 м 3 /с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки l 1 = 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L 2 равна 1 м. Скорость воздушного потока и в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t р =20 ° С. Плотность r ацетона при данной температуре равна 792 кг/м 3 . Давление насыщенных паров ацетона р a при t р равно 24,54 кПа.

Расчет

Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V н.т составляет

М 3 ,

где t - расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).

Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V от составляет

Объем ацетона, поступившего в помещение

V a = V ап + V н.т + V от = 3 + 6,04 ·10 -1 + 1,96 · 10 -3 = 6,600 м 3 .

Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м 2 площади пола, расчетная площадь испарения S р = 3600 м 2 ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м 2 .

Интенсивность испарения равна:

W исп = 10 -6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10 -3 кг/(с · м 2).

Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна

т = 0,655 · 10 -3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2 Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V и.р.э = 10000 м 3 установлен в бетонном обваловании свободной площадью S об = 5184 м 2 и высотой отбортовки Н об = 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d т p = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10 -6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L = 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G ж.э = 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена r ж.э при температуре эксплуатации Т эк = 169,5 К равна 568 кг/м 3 . Плотность газообразного этилена r г.э при Т эк равна 2,0204 кг/м 3 . Молярная масса сжиженного этилена М ж.э = 28 · 10 -3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L иcn при Т эк равна 1,344 · 10 4 Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l б =1,5Вт/(м·К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10 -8 м 2 /с. Минимальная скорость воздушного потока u min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны u max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха n в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t р = 36 ° С равна 1,64 · 10 -5 м 2 /с. Коэффициент теплопроводности воздуха l в при t р равен 2,74 · 10 -2 Вт/(м · К).

Расчет

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит

М 3 .

Свободный объем обвалования V об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м 3 .

Ввиду того, что V ж.э < V об примем за площадь испарения S исп свободную площадь обвалования S об, равную 5184 м 2 .

Тогда массу испарившегося этилена m и.э с площади пролива при скорости воздушного потока u = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)

Масса m и.э при u = 0 м/с составит 528039 кг.

ПРИЛОЖЕНИЕ К

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

К.1 Условные обозначения

V- объем помещения, м 3 ;

S- площадь пола помещения, м 2 ;

А i - площадь i -го проема помещения, м 2 ;

h i - высота i -го проема помещения, м;

Суммарная площадь проемов помещения, м 2 ;

- приведенная высота проемов помещения,м;

П- проемность помещения, рассчитывается по формуле (К.1) или (К.2), м 0,5 ;

Р i - общее количество пожарной нагрузки i- го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q кр.к - удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м 2 ;

q к - количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м 2 ;

П ср - средняя скорость выгорания древесины, кг/(м 2 · мин);

П ср i - средняя скорость выгорания i -го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг / м 2 · мин);

- низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

- низшая теплота сгорания /-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

e ф - степень черноты факела;

Т 0 - температура окружающего воздуха, К;

Т w - температура поверхности конструкции, К;

t - текущее время развития пожара, мин;

t н.с.п - минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

Предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении

Вычисляется объем помещения V

Рассчитывают проемность помещений П, м 0,5 , объемом V £ 10 м 3

, (K.1)

для помещений с V > 10м 3

. (К.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i -й пожарной нагрузки V 0i , нм 3 /кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки V 0,667 .