7.3 Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при испарении их с поверхности жидкости при турбулентном режиме

Турбулентный режим движения воздуха (наружной среды) вблизи поверхности испарения наблюдается при Gr∙Pr'>(Gr∙Pr')_кp.

1. Пары испаряющейся жидкости легче воздуха или наружной среды, M_i < M_н.ср (поверхность испарения - горизонтальная):

; (65)

. (66)

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

; (67)

. (68)

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

; (69)

.(70)

Все приведенные формулы относятся к испарению при естественной конвекции, которая наблюдается, когда коэффициент обмена А близок или равен коэффициенту молекулярной диффузии вещества D.

Задача 7.2. Определить количество вредных веществ, испаряющихся с открытой поверхности аппарата, полностью заполненного жидкостью. Диаметр аппарата d = (1 + 0,1∙N_в) м. Состав жидкости в аппарате: вода - (30 + N_в) %, бензол - (20 + N_в) %, дихлорэтан. Наружная среда - воздух с примесью аммиака. Влажность воздуха φ = 50 %. Концентрация аммиака в воздухе мг/м³. Температура жидкости t = 40 °С. Тепло к аппарату не подводится. Барометрическое давление наружной среды p_н = 101325 Па. Температура наружной среды t = 16 °С.

7.4 Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при испарении их с поверхности жидкости при вынужденной конвекции газового потока

В потоке воздуха (вынужденная конвекция) количество испаряющейся жидкости описывается уравнением, г/ч:

, (71)

где υ - скорость движения воздуха над поверхностью испарения, м/с.

Задача 7.3. Определить количество вредных веществ, испаряющихся из аппарата, наполненного смесью жидкостей: вода - (30 + N_в) %, бензол - (20 + N_в) %, дихлорэтан. Диаметр аппарата D = (1 + 0,1∙N_в) м. Температура жидкости t = 40 °С. Тепло к аппарату не подводится. Барометрическое давление наружной среды p_н = 101325 Па. Скорость движения наружной среды над поверхностью жидкости υ = 2 м/с.

8. Расчет количества вредных веществ, выделяющихся с поверхностей, на которых образуется пленка

Сушка многих веществ сопровождается образованием пленки на поверхности испарения. К таким веществам относятся различные лакокрасочные материалы, связующие стеклопластиков, клеи, смолы, кремнийорганические соединения и др. После нанесения их на поверхность оборудования происходит испарение растворителя и образование пленки - слоя вязкого геля. Толщина и твердость пленки со временем увеличиваются. Поэтому испарение растворителя с открытой поверхности происходит только в первые 1-3 мин. В этом промежутке времени процесс испарения подчиняется законам, изложенным в разделе 5. В дальнейшем пленка начинает препятствовать испарению, и скорость его уменьшается. Интенсивность выделения летучих веществ в последнем случае зависит от физико-химических свойств материала, а также от метеорологических условий окружающей воздушной среды.

При окраске поверхности оборудования, а также при разливе материала различают три периода выделения летучих веществ:

а) начальный - нанесение материала на поверхность сопровождается выделением летучих веществ с возрастающей интенсивностью;

б) основной - при нанесении материала интенсивность выделения летучих веществ со всей окрашенной поверхности постоянна;

в) конечный - материал на поверхность не наносится, интенсивность выделения летучих веществ уменьшается.

Графическое изображение периодов интенсивности выделения летучих веществ с поверхностей, на которых образуется пленка при высыхании, представлено на рис. 8.1.

Рис 8.1. Зависимость интенсивности выделения вредных веществ с поверхностей, на которых образуется пленка при высыхании: I - начальный период сушки; II – основной; III – конечный период сушки.

Интенсивность испарения в каждый момент времени начального периода определяют из выражения, г/мин:

, (72)

где B - количество вещества, выделяющегося с единицы площади при полном высыхании материала, кг/м²; ω - скорость покрытия поверхности лакокрасочным материалом, м²/мин; k - коэффициент, характеризующий интенсивность испарения растворителя при определенных метеорологических условиях, мин^-1; τ - время от начала нанесения лакокрасочного материала до расчетного момента, мин.

При показателе kτ = 4,5 величина приближается к нулю. Поэтому можно считать, что начальный период составляет, мин:

.

Так как значение k колеблется в пределах 0,01 - 0,02, начльный период выделения летучих составляет 22,5 - 450 мин. В основной период интенсивность испарения постоянна и определяется из выражения, г/мин:

. (73)

Количество выделяющихся вредных веществ:

, (74)

где τ_осн – время основного периода, мин.

Если время окончания нанесения материала обозначать Т, то интенсивность испарения в момент времени τ>T составит:

. (75)

При kτ ≥4,5 величиной можно пренебречь и считать . (76)

Количество летучих веществ, выделяющихся от начала нанесения материала до момента времени τ, в течении которого увеличивается покрытая материалом площадь (начальный и основной периоды), составит, ч:

. (77)

Для практических расчетов целесообразно использовать величину k₂₀, характеризующую интенсивность испарения летучих веществ в неподвижном воздухе при температуре 20 ºС, относительной влажности 50 % и обычной толщине слоя наносимого материала.

Для лакокрасочных материалов коэффициент k₂₀ можно определить из выражения:

, (78)

где τ_п - продолжительность высыхания лакокрасочных материалов «от пыли», ч.

Согласно ОСТ 10086-39 под определением времени высыхания от пыли понимают время образования на выкрашенной поверхности тончайшей пленки, к которой пыль не прилипает. Значения τ_п для лакокрасочных материалов при 18 - 22 ºС приведены в ГОСТе и ТУ на лакокрасочные материалы.

При изменении метеорологических условий следует ввести поправку на температуру k_t, относительную влажность k_φ и подвижность воздуха k_υ (см. рис. 8.2). Поправки на фактическую толщину слоя k_g можно характеризовать удельным расходом материала (кг/м²) и определить по графику (см. рис. 8.2). Тогда значение коэффициента k следует вычислять по формуле:

. (79)

Значения величины в зависимости от τ приведены на рис. 8.2.

Задача 8.1. Определить количество вредных веществ, выделяющихся в атмосферный воздух при окраске изделий нитролаком. Продолжительность окраски 3 ч. Скорость окраски 0,2 м²/мин. Количество растворителя, выделяющегося с единицы площади при полном высыхании материала B = (100 + N_в∙10) г/м². Температура воздуха в помещении 25 °С. Относительная влажность 70 %. Подвижность воздуха ω_в = 0,2 м/с. Продолжительность высыхания материала «от пыли» 0,5 ч. Расположение окрашиваемой поверхности - вертикальное.

Рис. 8.2. Графики для определения поправочных коэффициентов на метеорологические условия (а), толщину слоя (б) и величины 1 – e^-kτ (в).