7.1 Определение количества вредных веществ, испаряющихся со свободной поверхности жидкости при пленочном режиме

При таком режиме около поверхности жидкости создается пленка неподвижного воздуха сравнительно большой толщины. Перенос вещества с поверхности через эту пленку обеспечивается диффузией. Диффузионный процесс переноса вещества характеризуется произведением определяющих процесс критериев Gr∙Pr' < 1.

При испарении жидкости из глубокого сосуда количество вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух, вычисляют по формуле, г/ч:

, (57)

где D_i - коэффициент диффузии паров жидкости, см²/ч; F - площадь сосуда, м²; С - концентрация компонента в газовой смеси, мг/м³; h - глубина, считая от верхнего края сосуда до поверхности жидкости, м³; p_н - барометрическое давление, Па; p_0i - парциальное давление паров на некотором удалении от источника, Па; p_жi - парциальное давление паров над поверхностью жидкости при температуре испарения, Па; k₁ - коэффициент, учитывающий понижение температуры поверхности испарения; k₂ - коэффициент, учитывающий степень закрытия поверхности испарения.

При испарении жидкости с малых поверхностей (например, с шариков ртути) количество вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух, определяется по формуле, г/ч:

, (58)

где F - поверхность испарения, м²; p_жi - парциальное давление паров над поверхностью жидкости, Па; ρ - плотность паров жидкости, кг/м³.

Задача 7.1. Определить количество испаряющихся через люк вредных веществ. Атмосферное давление p_н = 101325 Па, диаметр люка d = N_в∙0,1 м. Диаметр аппарата d_ап = (10 + N_в)∙10^-1 м, высота H_ап = (20 + N_в)∙10^-1 м. Степень заполнения жидкостью k_з = 0,7. Состав жидкости в аппарате: вода - (30 + N_в) %, бензол - (20 + N_в) %, дихлорэтан. Газовая среда в аппарате и снаружи - воздух с примесью аммиака. Влажность воздуха φ - 50 %. Концентрация аммиака в воздухе С = 10 мг/м³. Температура жидкости и газовой среды в аппарате t = 40 °С.

7.2 Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при испарении с поверхности жидкости при ламинарном и переходном режимах

Ламинарный и переходный режимы движения воздуха наружной среды вблизи поверхности испарения наблюдаются при 2∙10²< Gr∙Pr'< (Gr∙Pr')_кp.

При испарении со смоченных вертикальных стенок можно считать, что:

(Gr∙Pr')_кp≈ 2,3∙10⁸.

Если испарение происходит с горизонтальной поверхности жидкости, пары которой легче воздуха или наружной среды, то:

(Gr∙Pr')_кp≈ 7,1∙10⁵,

а если пары тяжелее воздуха или наружной среды, то:

(Gr∙Pr')_кp≈ l,l∙10⁹.

Ниже приведены формулы для определения количества испаряющихся веществ с горизонтальной и вертикальной поверхностей в зависимости от разности концентраций и разности парциальных давлений.

1. Пары испаряющейся жидкости легче воздуха или наружной среды (поверхность испарения - горизонтальная):

; (59)

; (60)

где G - количество испаряющихся веществ, г/ч; F - площадь испарения, м²; L - определяющий размер поверхности (диаметр, сторона квадрата, меньшая сторона прямоугольника или для поверхности неправильной формы ); M_н.ср - молекулярная масса паров наружной среды; M_i - молекулярная масса паров определяемого вещества; ρ_н.ср - плотность наружной среды над поверхностью жидкости; p_ж и p₀ - парциальное давление паров соответственно над поверхностью жидкости и в наружной среде, Па; С_ж и С₀ - концентрации паров над поверхностью жидкости и в наружной среде, г/м³; k_l - коэффициент, учитывающий понижение температуры поверхности испарения; k₂ - коэффициент, учитывающий степень закрытия поверхности испарения; D_i - коэффициент диффузии паров жидкости, см²/с.

2. Пары испаряющейся жидкости тяжелее воздуха или наружной среды, M_i > M_н.ср (поверхность испарения - горизонтальная):

; (61)

. (62)

3. Пары испаряющейся жидкости легче (или тяжелее) воздуха или наружной среды (поверхность испарения - вертикальная):

; (63)

. (64)