На головну

 Розрахунок основних параметрів середовища у виробничому приміщенні та внутрішнього середовища в обладнанні - Екологія

Зміст

Введеніе1. Теоретична частина 1.1 Нормовані параметри зовнішнього середовища 1.1.1 Температура, вологість і рухливість повітря 1.1.2 Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони (ПДКр.з.)

1.1.3 Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі населених місць (ПДКн.м.) 1.2 Визначення основних властивостей зовнішнього і внутрішнього середовища 1.3 Методика розрахунку основних параметрів середовища 1.3.1 Розрахунок параметрів середовища у виробничому приміщенні 1.3.2 Розрахунок параметрів внутрішнього середовища в обладнанні 2. Практична частина. Визначення параметрів внутрішнього середовища в трубопроводі

2.1 Об'ємні частки складових газової суміші

2.2 Абсолютний тиск газової суміші в трубопроводі

2.3 Парціальний тиск складових газової суміші

2.4 Концентрації складових газової суміші

2.5 Твір ii?i для складових газової суміші

2.6 Щільність газової суміші в трубопроводі

2.7 Динамічна в'язкість складових газової суміші при температурі t = 50?C

2.8 Динамічна в'язкість суміші газів в трубопроводі

2.9 Кінематична в'язкість суміші газів в трубопроводі

2.10 Коефіцієнти дифузії складових газової суміші при t = 0?C і Р = 101308 Па

2.11 Коефіцієнти дифузії складових газової суміші при t = 50?C і Р = 202650 Па

Літератураплотность тиск газовий суміш трубопровід

Введення

Тема контрольної роботи "Розрахунок основних параметрів середовища у виробничому приміщенні та внутрішнього середовища в обладнанні" з курсу "Основи екології".

Мета роботи -Провести розрахунок основних параметрів середовища у виробничому приміщенні та внутрішнього середовища в обладнанні.

Згідно завдання, визначимо параметри внутрішнього середовища в трубопроводі, транспортуючому газову суміш.

 1.Теоретіческая частина 1.1 Нормовані параметри зовнішнього середовища 1.1.1 Температура, вологість і рухливість повітря

При нормуванні параметрів повітряного середовища в приміщеннях виходять з так званого діапазону допустимих параметрів. Діапазон допустимих параметрів визначається нижнім допустимим температурним рівнем, службовцям для розрахунку систем опалення, і верхнім, забезпечуваним засобами вентиляції.

Швидкість руху, відносна вологість і забрудненість повітря шкідливими домішками зазвичай визначаються верхнім допустимим рівнем. Параметри повітря, відповідні оптимальним і допустимим, залежать від періоду року (теплий, холодний, перехідний), від теплової напруженості (по явному теплу) приміщення і від тяжкості виконуваної в приміщенні роботи.

По тепловій напруженості розрізняють дві категорії приміщень: приміщення з незначними надлишками явного тепла (не перевищує або рівним 23Вт / м3 внутрішнього об'єму приміщення) та приміщення або ділянок цехів зі значними надлишками явного тепла (перевищують 23 Вт / м3). Допустимі норми температури, відносної вологості та швидкості руху повітря в робочій зоні виробничих будинків слід приймати: в теплий період року - по табл. 1.1 та 1.2; для холодного і перехідного періодів - по табл. 1.3 (ГОСТ 12.1.005-76).

Таблиця 1.1 Допустимі норми температури t, відносної вологості ? і швидкості руху повітря ? для районів з розрахунковою зовнішньою температурою 25?С і нижче

 Категорія робіт

 t, про C ?,%

 ?, м / с в приміщенні з надлишком явного тепла, Вт / м 3

 ?23> 23

 I ?28

 ?55, при 28 о С 0,2 - 0,5 0,2 - 0,5

 II a ?28

 ?55, при 28 о С 0,2 - 0,5 0,3 - 0,7

 II б ?28

 ?55, при 28 о С 0,3 - 0,7 0,5 - 1,0

 III ?26

 ?65, при 26 о С 0,3 - 0,7 0,5 - 1,1

Таблиця 1.2 Допустимі норми температури t, відносної вологості ? і швидкості руху повітря ? для районів з розрахунковою зовнішньою температурою вище 25?С

 Категорія робіт ?, м / с ?,%

 t, о C в приміщенні з надлишком явного тепла, Вт / м 3

 ?23> 23

 I 0,2-0,5

 ?50, при 29-33 о С ?31 ?33

 IIa

 0,5, при 28 о С

 ?50, при 29-33 о С ?31 ?33

 IIб

 0,9, при 28 о С

 ?50, при 29-33 о С ?30 ?32

 III

 1,3, при 28 о С

 ?50, при 29-33 о С ?29 ?31

Таблиця 1.3 Допустимі норми температури t, відносної вологості ? і швидкості руху повітря ? в холодний і перехідний періоди року

 Категорія робіт

 ?, м / с

 не більше

 ?,%

 не більше

 t, о С Температура повітря поза постійних робочих місць

 I 0,2 75 19 - 25 15 - 26

 IIa 0,3 75 17 - 23 13 - 24

 IIб 0,4 75 15 - 21 13 - 24

 III 0,5 75 13 - 19 грудня -19

Оптимальні норми параметрів повітря всередині приміщень встановлюють відповідно до вимог до умов перебування в приміщенні (табл. 1.4).

Таблиця 1.4Оптімальние норми температури t, відносної вологості ? Іскорості руху повітря ? в робочій зоні виробничих об'єднань

 Категорія робіт Теплий період року Холодний і перехідний період року

 t, o C ?,% ?, м / с

 t, o C ?,% ?, м / с

 I 22-25 60-40 0,2 20-23 60-40 0,2

 IIa 21-23 60-40 0,3 18-20 60-40 0,2

 IIб 20-22 60-40 0,4 17-19 60-40 0,3

 III 18-21 60-40 0,5 16-18 60-40 0,3

 1.1.2 Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони (ПДКр.з.)

Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони - це концентрації, які при щоденній (крім вихідних днів) роботі протягом 8:00 або при іншій тривалості, але не перевищує 41 години на тиждень, протягом усього робочого стажу не можуть викликати захворювань або відхилень у стані здоров'я, що виявляються сучасними методами досліджень у процесі роботи або в окремі строки життя теперішнього або наступних поколінь.

Гранично допустиму концентрацію шкідливої ??речовини в повітрі робочої зони на постійних робочих місцях виробничих приміщень, а також в цехах дослідно-експериментальних виробництв приймають за ГОСТ 12.1.005-76. 1.1.3 Гранично допустимі концентрації в повітрі населених місць (ПДКн.м.)

ПДКн.м. шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених місць - максимальні концентрації, віднесені до певного періоду осереднення (30 хвилин, 24 години, 1 місяць, 1 рік) і не надають при регламентованої ймовірності їх появи ні прямого, ні непрямого шкідливого впливу на організм людини, включаючи віддалені наслідки для теперішнього і наступних поколінь, які не знижують працездатності людини і не погіршують його самопочуття.

Максимально короткочасна (разова) концентрація - найбільш висока з числа 30-хвилинних концентрацій, зареєстрованих в даній точці за певний період спостереження.

Середньодобова концентрація - середня з числа концентрацій, виявлених протягом доби або відбирається безперервно протягом 24 годин. 1.2 Визначення основних властивостей зовнішнього і внутрішнього середовища

Для розрахунку кількостей виділяються шкідливих речовин з технологічного обладнання в атмосферне повітря необхідно знати основні властивості хімічних сполук та їх сумішей. Характеристичні константи декількох сотень чистих речовин, які використовуються потім для розрахунку властивостей хімічних сполук та їх сумішей, наведені у Додатку I [1].

При температурі, що відрізняється від 20?С, щільність рідини розраховується за формулою:

?iж = ?ож * 1 / (1 + ?i [Т - Т0]) (1)

де ?ож- щільність рідини при 20?С, [кг / м3];

?i- коефіцієнт температурного розширення, що виражає відносне збільшення об'єму рідини при збільшенні температури на 1?С.

Коефіцієнт температурного розширення крапельних рідин незначний. Так, для води при температурі 10-20?С і тиску 101,308 кПа

?i = 0,00015 [1 / ?С] (2)

Для практичних розрахунків кількостей шкідливих речовин, що виділяються з обладнання і трубопроводів, можна прийняти (для рідин):

?iж = ?ож (3)

Щільність газоподібних речовин і парів визначають за такими формулами.

Щільність газу або пари при температурі t = 0?С і тиску Р = 101,308кПа:

?ог = М / 22,4 (4)

де М - молекулярна маса речовини, кг / кмоль;

22,4 - об'єм 1 моль газу або пари, л;

Для визначення щільності газу або пари при температурі t ? 0 і тиску Р ? 101,308 кПа використовують рівняння Клапейрона:

?iг = ?огT0 * P / TP0 (5)

Динамічна в'язкість газів і парів при t = 0?С розраховується за формулою:

?iг = ?ог [(Т0 + Sat) / (T + Sat)] * (T / T0) 1/5 (6)

де ?ог- динамічна в'язкість газу при н. у., [Па * с];

Sat - константа Сатерлента.

Для розрахунку динамічної в'язкості рідини при t ? 0 є різні залежності. У практичних розрахунках для визначення кількості шкідливих речовин, що виділяються через нещільності з'єднань трубопроводів та обладнання, можна використовувати формулу Пуазейля:

?iж = ?ож / (1 + 0,0368t + 0,000212 t2) (7)

Зміна динамічної в'язкості зі зміною температури є суттєвим. Так, зі збільшенням температури від 0 до 100 ? в'язкість води зменшується в 7 разів.

Кінематична в'язкість ? [м2 / с] пов'язана з динамічною в'язкістю співвідношенням:

? = ? / ? (8)

де ? - динамічна в'язкість, Па * с;

? - щільність, кг / м3.

Коефіцієнт дифузії, який необхідний для розрахунків кількостей виділяються шкідливих речовин із устаткування, розраховується за формулою:

D0 = 0,8 * 0,36 / vM (9)

де D0- коефіцієнт дифузії при н. у .;

М - молекулярна маса речовини, [кг / кмоль].

Коефіцієнт дифузії при t ? 0 і Р ? 101,308 кПа визначається за формулою:

Dt = D0 (P0 / P) * (T / T0) 2 (10)

де Р і Т - тиск і температура в обладнанні або трубопроводі.

Щоб знайти коефіцієнт при будь-якій температурі, використовують формулу:

Dt = D20 [1 + 0,02 (t - 20)] (11)

Зазвичай на практиці зустрічаються не чисті речовини, а їх суміші. Склад середовища в обладнанні або трубопроводі задається в масових або об'ємних (у разі газової або парової суміші - в мольних) частках. Масові частки компонентів перераховують в молярний (об'ємні) за формулою:

ni = (ai / Mi) / ? (ai / Mi) (12)

де ni- молярний або об'ємні частки компонентів;

ai- масові частки компонентів;

М - відносні молекулярні маси компонентів.

Якщо в трубопроводі або обладнанні знаходиться суміш рідин, то щільність цієї суміші визначають з виразу:

?см.ж = 1 / ? (ai / ?iж) (13)

де ?iж- відповідна щільність компонентів.

Динамічна в'язкість суміші нормальних рідин визначається з виразу:

lg ?см.ж. = ? ni * lg ?iж (14)

де ni- молярний частки компонентів у суміші;

?iж- відповідний коефіцієнт динамічної в'язкості.

Якщо в трубопроводі або обладнанні знаходиться суміш газів або парогазоповітряні суміш, то в'язкість газових (парових) сумішей можна обчислити за наближеною формулою:

?см.г. = Мсм.г / ? (ii * Mi / ?iг) (15)

де Мсм.г; Мi- відносні молекулярні маси суміші газів та окремих компонентів відповідно;

?iг- коефіцієнт динамічної в'язкості окремих компонентів;

ii- об'ємні частки компонентів у суміші.

Мсм.г. = ?ii * Mi (16)

Кінематична в'язкість газової суміші розраховується за формулою:

?см = 1 / ? (ii / ?i) (17)

або

?см = ?см.г. / ?см.г. (18)

де ?i- кінематична в'язкість компонентів газової суміші, м2 / с.

Щільність суміші газів визначається за формулою:

?см.г. = ?ii * ?iг (19)

де ii- об'ємні частки компонентів газової суміші;

?iг- відповідні щільності компонентів, кг / м3.

При розрахунку кількості шкідливих речовин, що виділяються з вільної поверхні рідини, необхідно пам'ятати, що вони складаються з суміші речовин, склад яких залежить від температури, тиску, а також від об'ємної частки кожного компонента в розчині.

Тиск газової суміші над розчином одно:

Pсм = ?рi (20)

де рi- парціальний тиск окремих компонентів, що входять до складу суміші

Згідно закону Рауля парціальний тиск компонента, що входить до складу суміші визначається за формулою:

Pi = nipiн (21)

де ni- об'ємна частка компонента в розчині,

Рiн- тиск насиченої пари речовини над чистим компонентом при заданій температурі, мм рт.ст.

Залежність тиску насиченої пари чистого речовини від температури описується рівнянням:

lg Рiн = A - B / C + t (22)

або

lg Рiн = A - B / T (23)

де A, В, С - емпіричні коефіцієнти для чистих речовин; значення наведені в додатку I [1].

Парціальний тиск насичених водяних парів в зовнішньому середовищі визначається за формулою:

lg PнН2О = 0,622 + 7,5 t / (238 + t) (24)

де t - температура зовнішнього середовища, ?C.

Парціальний тиск водяної пари при заданій вологості зовнішнього середовища визначається за формулою:

РН2О = PнН2О * ? [мм рт.ст.] (25)

де ? - вологість зовнішнього середовища,%

Маючи об'ємний або масовий склад суміші в обладнанні та дані про тиск насичених парів речовин, що складають суміш, можна визначити кількісний склад газової суміші над поверхнею рідини. Для цього концентрацію насичених парів, виражену в одиницях тиску, можна перерахувати в об'ємну концентрацію (с, мг / м3) за такою формулою:

Сi = 16 РiнМi * 1000 / (273 + t) * 133,3 (26)

де Рiн- тиск насичених парів речовини над чистим компонентом при заданій температурі (t), Па

Мi- відносна молекулярна маса даної речовини.

При температурі 20 ?С дана формула приймає наступний вигляд:

Сi20 = 0,4096 Рiн * Мi

 1.3 Методика розрахунку основних параметрів середовища 1.3.1 Розрахунок параметрів середовища у виробничому приміщенні

Вихідні дані для розрахунку: вологість в приміщенні (?,%), температура (t, ?С), тиск середовища (Р, кПа), концентрація домішки в повітрі (с, мг / м3), динамічна в'язкість газових складових при t = 0 ? С (?0, Па * с) і константи Сатерленда (Додаток I [1]).

а) розраховується парціальний тиск водяної пари за формулою 25;

парціальний тиск домішки, виходячи з формули 26;

парціальний тиск основного компонента зовнішнього середовища - повітря:

Рв = Р - ?Рi (27)

де Р - тиск середовища у виробничому приміщенні, Па.

б) розраховуються об'ємні частки складових зовнішню середу:

ii = Pi / P (28)

потім концентрацію складових зовнішнього середовища за формулою 26.

в) розраховується щільність зовнішнього середовища за формулою 19. Твір ii?iдля газових складових зовнішнього середовища (кг / м3):

ii?i = ci (29)

динамічна в'язкість суміші газів зовнішнього середовища за формулою 15 і кінематична в'язкість за формулою 18.

г) розраховуються коефіцієнти дифузії компонентів зовнішнього середовища за формулами 9 і 10.

 1.3.2 Розрахунок параметрів внутрішнього середовища в обладнанні

Вихідні дані: тиск зовнішнього середовища (Р, кПа), склад рідини в обладнанні [% (мас)], температура рідини та газової суміші в обладнанні (t, ?С), надлишковий тиск в обладнанні (Різб, кПа), вологість повітря (? ,%) і концентрація домішки в повітрі (мг / м3), динамічна в'язкість складових газової суміші при t = 0?С (?0, Па * с), константи Сатерленда та емпіричні коефіцієнти А, В, С для кожного компонента суміші рідини.

а) розраховуються молярний частки складових рідини за формулою 12;

парціальний тиск парів компонентів над сумішшю рідини по - формулами 22 і 21;

б) розраховується парціальний тиск водяної пари в газовому середовищі за формулою 25;

парціальний тиск домішки з формули 26 і парціальний тиск основного газового компонента - повітря за формулою:

Рв = Рабс- ?Рi (30)

Рабс = Різб + Р (31)

де Різб- надлишковий тиск в обладнанні, Па;

Р - тиск зовнішнього середовища, Па.

Потім розраховують об'ємні частки газових складових за формулою 28;

в) розраховують концентрацію складових газової суміші за формулою 26;

г) розраховують щільність газового середовища в обладнанні за формулами 19, 29;

Динамічну в'язкість суміші газів в обладнанні за формулами 6, 15, 16; і кінематичну в'язкість за формулою 18;

д) розраховують коефіцієнти дифузії компонентів газової суміші в обладнанні за формулами 9, 10.

 2. Практична частина. Визначення параметрів внутрішнього середовища в трубопроводі

Визначимо параметри внутрішнього середовища в трубопроводі, транспортуючому газову суміш.

Вихідні дані:

тиск зовнішнього середовища Р = 101325 Па;

склад суміші,% (мас): водень 58,9 (АН2 = 0,589);

оксид вуглецю 7,1 (АСО = 0,071);

метан 34 (асн4 = 0,34).

Температура газової суміші t = 50?С, надлишковий тиск в трубопроводі Різб = 101325Па.

Динамічна в'язкість складових газової суміші при t = 0?С і тиску Р = 101308 Па становить (Па * С):

?он2 = 4,9 * 10-6; ?осо = 17,15 * 10-6; ?осн4 = 10,29 * 10-6.

Константи Сатерленда:

Satн2 = -528; Satсо = 116; Satcн4 = 118.

Визначення параметрів внутрішнього середовища в трубопроводі

Відносні молекулярні маси складових газової суміші:

МН2 = 2,0; Мсо = 28,0; Мсн4 = 16,0.

 2.1.Об'емние частки складових газової суміші

ni = aiMi / ? (aiMi);

NН2 = 0,589 / 2 / (0,589 / 2 + 0,071 / 28 + 0,34 / 16) = 0,925;

nсн4 = 0,34 / 16 / (0,589 / 2 + 0,071 / 28 + 0,34 / 16) = 0,066;

nсо = 0,071 / 28 / (0,589 / 2 + 0,071 / 28 + 0,34 / 16) = 0,009. 2.2 Абсолютний тиск газової суміші в трубопроводі

Рабс = Р + Різб = 101325 + 101325 = 202650 Па. 2.3 Парціальний тиск складових газової суміші

Рi = ??ni * Pабс;

РН2 = 0,925 * 202650 = 187451;

РСО = 0,009 * 202650 = 1824;

Рсн4 = 0,066 * 202650 = 13745 (Па) 2.4 Концентрації складових газової суміші

Сi = 16PiMi * 1000 / [(273 + t) * 133,3]

СН2 = 16 * 187451 * 2 * 1000 / (273 + 50) * 133,3 = 139317;

ССО = 16 * 1824 * 28 * 1000 / (273 + 50) * 133,3 = 18979;

Ссн4 = 16 * 13745 * 16 * 1000 / (273 + 50) * 133,3 = 81724 (мг / м3). 2.5 Твір ii?i для складових газової суміші

iн2?н2 = 139317 (0,1393)

iсо?со = 18979 (0,0189)

iсн4?сн4 = 81724 (0,0817) мг / м3 (кг / м3) 2.6 Щільність газової суміші в трубопроводі

?см = ?ii?i

?cм = 0,1393 + 0,0189 + 0,0817 = 0,24 (кг / м3) 2.7 Динамічна в'язкість складових газової суміші при температурі t = 50?C

?t = ?0 * (273 + Sat / T + Sat) (T / 273) 1,5;

?н2 = 4,9 * 10-6 (273 + (-528) / 273 + 50 + (-528)) (273 + 50/273) 1,5 = 7,84 * 10-6;

?со = 17,15 * 10-6 (273 + 116/273 + 50 + 116) (273 + 50/273) 1,5 = 20 * 10-6;

?сн4 = 10,29 * 10-6 (273 + 118/273 + 50 + 118) (273 + 50/273) 1,5 = 12 * 10-6. (Па * С) 2.8 Динамічна в'язкість суміші газів в трубопроводі

?см = МСМ / ? (iiMi / ?i);

МСМ = ?iiMi

Mсм = 0,925 * 2 + 0,009 * 28 + 0,066 * 16 = 32

?см = 3,2 / (0,925 * 2 / 7,84 * 10-6 + 0,009 * 28/20 * 10-6 + 0,066 * 16/12 * 10-6) =

= 9,51 * 10-6 (Па * С)

 2.9 Кінематична в'язкість суміші газів в трубопроводі

?см = ?см / ?см

?см = 9,51 * 10-6 / 0,24 = 39,61 * 10-6 (м2 / с) 2.10 Коефіцієнти дифузії складових газової суміші при t = 0?C і Р = 101308 Па;

До = 0,8 / vМ * 0,36;

Дон2 = 0,8 / v2 * 0,36 = 0,204;

Досо = 0,8 / v28 * 0,36 = 0,054; Досн4 = 0,8 / v16 * 0,36 = 0,072 (м2 / год) 2.11 Коефіцієнти дифузії складових газової суміші при t = 50?C і Р = 202650 Па

Дt = До (Т / Те) 2Ро / Р

Дн2 = 0,204 * (273 + 50/273) 2 * 101308/202650 = 0,143;

ДЗГ = 0,054 * (273 + 50/273) 2 * 101308/202650 = 0,038;

Дсн4 = 0,072 * (273 + 50/273) 2 * 101308/202650 = 0,050 (м2 / год)

Література

1. Тищенко Н.Ф. Охорона атмосферного повітря. Довідник. - М: Хімія, 1991. - 368 с.

2. Артамонов В.І. Рослини і чистота природного середовища. - М: Наука, 1986. - 46 с.

3. Шкідливі речовини в промисловості: Довідник. ч. I, II, III і доповнення / Под ред. Н.В. Лазарєва. - Л .: Хімія, 1977.

4. Бретшнайдер Ст. Властивості газів і рідин. Інженерні методи розрахунку: Пер. з пол. / Под ред. П.Г. Романкова. - М.-Л .: Хімія, 1966. - 536 с.

5. Бокріс Дж. О. М. Хімія довкілля: Пер з англ. / Под ред. О.Г. СКОТНІКОВА, Є.Г. Тетеріна. - М .: Хімія, 1982. - 672 с.

© 8ref.com - українські реферати
8ref.com