Приклади розрахунків

Задача 1.

Знайти час, за який при температурі 25°С у лабораторії об'ємом 60 м³ (4 м х 5 м х 3 м), де випадково витік бензол і утворив пляму площею 0,25 м² (0,5 м х 0,5 м) буде встановлена:

- граничнодопустима концентрація;

- середня смертельна концентрація;

- нижня межа вибухонебезпеки.

Для розв'язку задачі необхідні такі довідкові дані:

- граничнодопустима концентрація - 5 мг/м³;

- середня смертельна концентрація - 38000 мг/м³ протягом 4 год.;

- нижня межа вибухонебезпеки - 1,2% об.;

- швидкість випаровування при температурі повітря 25°С і при швидкості руху повітря 0,25 м/с (оптимальна) – 436 мг/(м²с);

- леткість – 320000 мг/м³.

Оцінюючи небезпеку отруєння, враховують леткість речовин. Вона свідчить про максимальну концентрацію пари речовини, яка досягається внаслідок її випаровування при заданій температурі Якщо леткість нижча ніж ГДК, то отруєння неможливе.

Леткість бензолу перевищує ГДК і ССК, тому виникає небезпека отруєння.

Робочою формулою для розрахунку часу встановлення відповідних концентрацій є рівняння:

, (4.1)

де V - об'єм приміщення, м³;

С - концентрація речовини у повітрі, мг/м³;

S- площа плями рідини, м²;

и - швидкість випаровування рідини, мг/(м²с);

t - час випаровування, с.

Звідси час дорівнюватиме:

. (4.2)

Для граничнодопустимої концентрації у робочій зоні знаходимо безпосередньо:

Аналогічно для середньої смертельної концентрації маємо:

Щоб визначити час встановлення нижньої межі вибухонебезпеки, необхідно від об'ємних відсотків у нижній межі вибухонебезпека перейти до масово-об'ємної концентрації. За визначенням об'ємно-масової концентрації встановлюємо, що

^. (4.3)

де m - маса речовини в мг,

V – об’єм суміші в м³.

За законом Авогадро, маємо:

^. (4.4)

де М - молярна маса речовин в г/моль;

v - об'єм пари речовини, який займає т, мг речовини, а за нижньою межею вибухонебезпеки в % об. (НМВ) знаходимо:

. (4.5)

Підставивши (5) і (4) у (3), одержимо:

^. (4.6)

Тепер, підставивши (6) в (2), маємо:

^, (4.7)

Якщо пляму рідини збільшити до 1 м², то час відповідно зменшиться вдесятеро.

Важливо знати, який об'єм розлитої рідини призведе до встановлення концентрації, що відповідає нижній межі вибухонебезпеки. Його оцінюють за формулою:

, (4.8)

де m - маса випаруваної речовини, мг (г);

ρ - її густина, яка для бензолу дорівнює 0,8 г/см³ = 800 мг/см³.

Маса речовини, яка випарувалась, дорівнює:

. (4.9)

Підставивши (9) у (8), маємо:

. (4.10)

³

Тому одним із засобів безпеки під час роботи з легкозаймистими речовинами є вимога зберігати у лабораторії тільки денну норму рідини, тобто стільки, скільки використовується протягом робочого дня.

Задача 2.

Оціниш можливість виникнення мікромеркуріалізму (хронічного отруєння ртуттю при дії незначних концентрацій пари ртуті), якщо випадково розбито медичний термометр, вилита ртуть з якого не зібрана.

Для оцінки необхідні такі довідкові дані:

- граничнодопустима концентрація - 0,01 мг/м³;

- швидкість випаровування зі свіжої поверхні при температурі 20ºС і спокійному повітрі - 0,55·10^-2 мг/(м²с);

- леткість - 14,3 мг/м³.

З довідкових даних видно, що леткість перевищує ГДК і отруєння можливе.

Для уточнення умов аналізу приймемо, що:

- об'єм кімната V_K = 45 м³ (5 м х 3 м х 3 м);

- об'єм ртуті, вилитої з розбитого термометра V_Р = 0,5 см³.

Вилита ртуть при падінні розбивається на окремі кульки. При цьому площу випаровування розраховуємо за формулою:

, (4.11)

де п - кількість кульок.

Спочатку знаходимо площу випаровування, прийнявши, що утворилась одна кулька ртуті:

.

Знаходимо час, за який в кімнаті концентрація ртуті досягне ГДК, за формулою (2) (приклад 1):

.

Якщо приміщення зовсім не провітрюється, то концентрація ртуті досягне граничного значення, яке визначене її леткістю, тобто 14,3 мг/м³ і зберігатиметься нескінченно довго. Однак у кімнаті завжди є обмін повітря. Якщо повітря в кімнаті обмінюється повністю швидше, ніж за 3 доби, то за таких умов ГДК не буде досягнуто.

Якщо прийняти, що при розбитті термометра утворилось, наприклад, 10 однакових кульок, то площа випаровування зросте до 5,6·10^-4м², тобто вдвічі. За таких умов час досягнення ГДК зменшиться також удвічі - до 1,5 доби і величина ГДК в кімнаті не встановиться, якщо повітря повністю обмінюватиметься швидше, ніж за 1,5 доби.

Отже, чим більша поверхня розлитої ртуті, тим швидше повинен відбуватися обмін повітря в кімнаті, щоб не було досягнуто ГДК.

При обміні повітря з меншою кратністю в кімнаті встановиться концентрація ртуті, яка перевищує ГДК. За таких умов можливість виникнення мікромеркуріалізму визначається також часом, протягом якого небезпечна концентрація зберігається в кімнаті.

Якщо прийняти, що в кімнаті досягається гранично - допустима концентрація, то маса ртуті у повітрі розраховується за формулою:

. (4.12)

Якщо за добу повітря в кімнаті змінюється в К разів, то маса ртуті, яка виноситься з кімнати, дорівнює:

. (4.13)

Маса вилитої ртуті дорівнює:

(4.14)

Тепер кількість діб, протягом яких у кімнаті підтримуватиметься граничнодопустима концентрація, розраховують за формулою:

. (4.15)

Якщо відбувається один обмін повітря за добу, то:

Таке обчислення, звичайно, є приблизне, проте воно показує, що небезпечна концентрація може підтримуватися довго. У розрахунках не враховано, що з часом швидкість випаровування ртуті зменшується внаслідок зменшення поверхні й окислення, а також те, що ртуть при високих концентраціях адсорбується стінами, меблями, а потім десорбуєгься. Але для цих чинників тільки подовжує існування небезпечного чинника в кімнаті.