Расчет основных параметров среды в производственном помещении и внутренней среды в оборудовании - Реферат

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть
1.1 Нормируемые параметры наружной среды
1.1.1 Температура, влажность и подвижность воздуха
1.1.2 Предельно допустимые концентрации вредных веществ ввоздухе рабочей зоны (ПДКр.з.)

1.1.3 Предельно допустимые концентрациивредных веществ в воздухе населенныхмест (
ПДКн.м.)

1.2 Определение основных свойств наружной и внутренней среды
1.3 Методика расчета основных параметров среды
1.3.1 Расчет параметров среды в производственном помещении
1.3.2 Расчет параметров внутренней среды в оборудовании
2. Практическая часть. Определение параметров внутренней среды в трубопроводе

2.1 Объемные доли составляющих газовой смеси

2.2 Абсолютное давление газовой смеси в трубопроводе

2.3 Парциальное давление составляющих газовой смеси

2.4 Концентрации составляющих газовой смеси

2.5 Произведение iiρi
для составляющих газовой смеси

2.6 Плотность газовой смеси в трубопроводе

2.7 Динамическая вязкость составляющих газовой смеси при температуре t
= 50◦
C

2.8 Динамическая вязкость смеси газов в трубопроводе

2.9 Кинематическая вязкость смеси газов в трубопроводе

2.10 Коэффициенты диффузии составляющих газовой смеси при t
= 0◦
C
и Р = 101308 Па

2.11 Коэффициенты диффузии составляющих газовой смеси при t
= 50◦
C
и Р = 202650 Па

Литература

плотность давление газовый смесь трубопровод

Введение

Тема контрольной работы "Расчет основных параметров среды в производственном помещении и внутренней среды в оборудовании" по курсу "Основы экологии".

Цель работы –произвести расчет основных параметров среды в производственном помещении и внутренней среды в оборудовании.

Согласно задания, определим параметры внутренней среды в трубопроводе, транспортирующем газовую смесь.

1.Теоретическая часть
1.1 Нормируемые параметры наружной среды
1.1.1 Температура, влажность и подвижность воздуха

При нормировании параметров воздушной среды в помещениях исходят из так называемого диапазона допустимых параметров. Диапазон допустимых параметров определяется нижним допустимым температурным уровнем, служащим для расчета систем отопления, и верхним, обеспечиваемым средствами вентиляции.

Скорость движения, относительная влажность и загрязненность воздуха вредными примесями обычно определяются верхним допустимым уровнем. Параметры воздуха, соответствующие оптимальным и допустимым, зависят от периода года (теплый, холодный, переходный), от тепловой напряженности (по явному теплу) помещения и от тяжести выполняемой в помещении работы.

По тепловой напряженности различают две категории помещений: помещения с незначительными избытками явного тепла (не превышающим или равным 23Вт/м3 внутреннего объема помещения) и помещения или участков цехов со значительными избытками явного тепла (превышающими 23 Вт/м3). Допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных зданий следует принимать: в теплый период года – по табл. 1.1 и 1.2; для холодного и переходного периодов – по табл. 1.3 (ГОСТ 12.1.005-76).

Таблица 1.1 Допустимые нормы температуры t, относительной влажности φ и скорости движения воздуха υ для районов с расчетной наружной температурой 25ºС и ниже

Категория работ	t, о C	φ, %	υ, м/с в помещении с избытком явного тепла, Вт/м3
Категория работ	t, о C	φ, %	≤23	>23
I	≤28	≤55, при 28о С	0,2 - 0,5	0,2 - 0,5
II a	≤28	≤55, при 28о С	0,2 - 0,5	0,3 - 0,7
II б	≤28	≤55, при 28о С	0,3 - 0,7	0,5 - 1,0
III	≤26	≤65, при 26о С	0,3 - 0,7	0,5 - 1,1

Таблица 1.2 Допустимые нормы температуры t, относительной влажности φ и скорости движения воздуха υ для районов с расчетной наружной температурой выше 25ºС

Категория работ	υ, м/с	φ, %	t, о C в помещении с избытком явного тепла, Вт/м3
Категория работ	υ, м/с	φ, %	≤23	>23
I	0,2-0,5	≤50,при 29-33о С	≤31	≤33
IIa	0,5,при 28о С	≤50,при 29-33о С	≤31	≤33
IIб	0,9,при 28о С	≤50,при 29-33о С	≤30	≤32
III	1,3,при 28о С	≤50,при 29-33о С	≤29	≤31

Таблица 1.3 Допустимые нормы температуры t, относительной влажности φ и скорости движения воздуха υ в холодный и переходный периоды года

Категория работ	υ, м/с не более	φ, % не более	t, о С	Температура воздуха вне постоянных рабочих мест
Категория работ	υ, м/с не более	φ, % не более	t, о С	Температура воздуха вне постоянных рабочих мест	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	12 -19

Оптимальные нормы параметров воздуха внутри помещений устанавливают в соответствии с требованиями к условиям пребывания в помещении (табл. 1.4).

Таблица 1.4Оптимальные нормы температуры t, относительной влажности φ искорости движения воздуха υ в рабочей зоне производственных объединений

Категория работ	Теплый период года			Холодный и переходный период года
Категория работ	t, o C	φ, %	υ, м/с	t, o C	φ, %	υ, 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 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.)

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в продолжение 8 часов или при другой длительности, но не превышающей 41 часа в неделю, в течении всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдельные сроки жизни настоящего или последующих поколений.

Предельно допустимую концентрацию вредного вещества в воздухе рабочей зоны на постоянных рабочих местах производственных помещений, а также в цехах опытно-экспериментальных производств принимают по ГОСТ 12.1.005-76.

1.1.3 Предельно допустимые концентрации в воздухе населенных мест (ПДКн.м.)

ПДКн.м. вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест – максимальные концентрации, отнесенные к определенному периоду осреднения (30 минут, 24 часа, 1 месяц, 1 год) и не оказывающие при регламентированной вероятности их появления ни прямого, ни косвенного вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для настоящего и последующих поколений, не снижающие работоспособности человека и не ухудшающие его самочувствия.

Максимально кратковременная (разовая) концентрация – наиболее высокая из числа 30-минутных концентраций, зарегистрированных в данной точке за определенный период наблюдения.

Среднесуточная концентрация – средняя из числа концентраций, выявленных в течение суток или отбираемая непрерывно в течение 24 часов.

1.2 Определение основных свойств наружной и внутренней среды

Для расчета количеств выделяющихся вредных веществ из технологического оборудования в атмосферный воздух необходимо знать основные свойства химических соединений и их смесей. Характеристические константы нескольких сотен чистых веществ, которые используются затем для расчета свойств химических соединений и их смесей, приведены в Приложении I [1].

При температуре, отличающейся от 20◦С, плотность жидкости рассчитывается по формуле:

ρi
ж
= ρож
* 1/(1 + βi
[Т – Т0
]) (1)

где ρож
– плотность жидкости при20◦С, [кг/м3];

βi
– коэффициент температурного расширения, выражающий относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1◦С.

Коэффициент температурного расширения капельных жидкостей незначителен. Так, для воды при температуре 10-20◦С и давлении 101,308 кПа

βi
= 0,00015 [1/◦С] (2)

Для практических расчетов количеств вредных веществ, выделяющихся из оборудования и трубопроводов, можно принять (для жидкостей):

ρi
ж
= ρож
(3)

Плотность газообразных веществ и паров определяют по следующим формулам.

Плотность газа или пара при температуре t = 0ºС и давлении Р = 101,308кПа:

ρог
= М / 22,4 (4)

где М – молекулярная масса вещества, кг/кмоль;

22,4 – объем 1 моль газа или пара, л;

Для определения плотности газа или пара при температуре t ≠ 0 и давлении Р ≠ 101,308 кПа используют уравнение Клапейрона:

ρi
г
= ρог
T0
* P / TP0
(5)

Динамическая вязкость газов и паров при t = 0ºС рассчитывается по формуле:

μi
г
= μог
[(Т0
+ Sat) / (T + Sat)] * (T / T0
)1/5
(6)

где μог
– динамическая вязкость газа при н. у., [Па*с];

Sat– константа Сатерлента.

Для расчета динамической вязкости жидкости при t ≠ 0 имеются различные зависимости. В практических расчетах для определения количества вредных веществ, выделяющихся через неплотности соединений трубопроводов и оборудования, можно использовать формулу Пуазейля:

μi
ж
= μож
/ (1 + 0,0368t + 0,000212 t2
) (7)

Изменение динамической вязкости с изменением температуры является существенным. Так, с увеличением температуры от 0 до 100ºС вязкость воды уменьшается в 7 раз.

Кинематическая вязкость ν [м2
/с] связана с динамической вязкостью соотношением:

ν = μ / ρ (8)

где μ – динамическая вязкость, Па*с;

ρ – плотность, кг/м3
.

Коэффициент диффузии, который необходим для расчетов количеств выделяющихся вредных веществ из оборудования, рассчитывается по формуле:

D0
= 0,8 * 0,36 / √M(9)

где D0
– коэффициент диффузии при н. у.;

М – молекулярная масса вещества, [кг/кмоль].

Коэффициент диффузии при t ≠ 0 и Р ≠ 101,308 кПа определяется по формуле:

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

где Р и Т – давление и температура в оборудовании или трубопроводе.

Чтобы найти коэффициент при любой температуре, используют формулу:

Dt
= D20
[1 + 0,02 (t – 20)] (11)

Обычно на практике встречаются не чистые вещества, а их смеси. Состав среды в оборудовании или трубопроводе задается в массовых или объемных (в случае газовой или паровой смеси – в мольных) долях. Массовые доли компонентов пересчитывают в мольные (объемные) по формуле:

ni
= (ai
/ Mi
) / ∑(ai
/ Mi
) (12)

где ni
– мольные или объемные доли компонентов;

ai
– массовые доли компонентов;

М – относительные молекулярные массы компонентов.

Если в трубопроводе или оборудовании находится смесь жидкостей, то плотность этой смеси определяют из выражения:

ρсм.ж
= 1 / ∑(ai
/ ρi
ж
) (13)

где ρi
ж
– соответствующая плотность компонентов.

Динамическая вязкость смеси нормальных жидкостей определяется из выражения:

lgμсм.ж.
=∑ ni
* lgμi
ж
(14)

где ni
– мольные доли компонентов в смеси;

μi
ж
– соответствующий коэффициент динамической вязкости.

Если в трубопроводе или оборудовании находится смесь газов или парогазовоздушная смесь, то вязкость газовых (паровых) смесей можно вычислить по приближенной формуле:

μсм.г
.= Мсм.г
/ ∑ (ii
* Mi
/ μi
г
) (15)

где Мсм.г
; Мi
– относительные молекулярные массы смеси газов и отдельных компонентов соответственно;

μi
г
– коэффициент динамической вязкости отдельных компонентов;

ii
– объемные доли компонентов в смеси.

Мсм.г
.= ∑ii
* Mi
(16)

Кинематическая вязкость газовой смеси рассчитывается по формуле:

νсм
= 1 / ∑(ii
/ νi
) (17)

или

νсм
= μсм.г
./ ρсм.г
. (18)

где νi
– кинематическая вязкость компонентов газовой смеси, м2
/с.

Плотность смеси газов определяется по формуле:

ρсм.г.
= ∑ii
* ρi
г
(19)

где ii
– объемные доли компонентов газовой смеси;

ρi
г
– соответствующие плотности компонентов, кг/м3
.

При расчете количества вредных веществ, выделяющихся со свободной поверхности жидкости, необходимо помнить, что они состоят из смеси веществ, состав которых зависит от температуры, давления, а также от объемной доли каждого компонента в растворе.

Давление газовой смеси над раствором равно:

Pсм
= ∑рi
(20)

где рi
– парциальное давление отдельных компонентов, входящих в состав смеси

Согласно закону Рауля парциальное давление компонента, входящего в состав смеси определяется по формуле:

Pi
= ni
pi
н
(21)

где ni
– объемная доля компонента в растворе,

Рi
н
– давление насыщенного пара вещества над чистым компонентом при заданной температуре, мм рт.ст.

Зависимость давления насыщенного пара чистого вещества от температуры описывается уравнением:

lg Рi
н
= A – B / C+t (22)

или

lg Рi
н
= A – B / T(23)

где A, В, С – эмпирические коэффициенты для чистых веществ; значения приведены в приложении I [1].

Парциальное давление насыщенных водяных паров в наружной среде определяется по формуле:

lgPн
Н2О
= 0,622 + 7,5 t / (238 + t) (24)

где t – температура наружной среды, ◦C.

Парциальное давление водяных паров при заданной влажности наружной среды определяется по формуле:

РН2О
= Pн
Н2О
* φ[мм рт.ст.] (25)

где φ – влажность наружной среды, %

Имея объемный или массовый состав смеси в оборудовании и данные о давлении насыщенных паров веществ, составляющих смесь, можно определить количественный состав газовой смеси над поверхностью жидкости. Для этого концентрацию насыщенных паров, выраженную в единицах давления, можно пересчитать в объемную концентрацию (с, мг/м3) по следующей формуле:

Сi
= 16 Рi
н
Мi
* 1000 / (273 + t) *133,3 (26)

где Рi
н
– давление насыщенных паров вещества над чистым компонентом при заданной температуре (t), Па

Мi
– относительная молекулярная масса данного вещества.

При температуре 20 ◦С данная формула принимает следующий вид:

Сi
20
= 0,4096 Рi
н
*Мi

1.3 Методика расчета основных параметров среды
1.3.1 Расчет параметров среды в производственном помещении

Исходные данные для расчета: влажность в помещении (φ,%), температура (t,◦С), давление среды (Р, кПа), концентрация примеси в воздухе (с, мг/м3
), динамическая вязкость газовых составляющих при t = 0◦ С ( μ0
, Па*с) и константы Сатерленда (Приложение I [1]).

а) рассчитывается парциальное давление водяных паров по формуле 25;

парциальное давление примеси, исходя из формулы 26;

парциальное давление основного компонента наружной среды – воздуха:

Рв
= Р – ∑Рi
(27)

где Р – давление среды в производственном помещении, Па.

б) рассчитываются объемные доли составляющих наружную среду:

ii
= Pi
/ P(28)

затем концентрацию составляющих наружной среды по формуле 26.

в) рассчитывается плотность наружной среды по формуле 19. Произведение ii
ρi
для газовых составляющих наружной среды (кг/м3
):

ii
ρi
= ci
(29)

динамическая вязкость смеси газов наружной среды по формуле 15 и кинематическая вязкость по формуле 18.

г) рассчитываются коэффициенты диффузии компонентов наружной среды по формулам 9 и 10.

1.3.2 Расчет параметров внутренней среды в оборудовании

Исходные данные: давление наружной среды (Р, кПа), состав жидкости в оборудовании [% (масс)], температура жидкости и газовой смеси в оборудовании (t, ºС), избыточное давление в оборудовании (Ризб
, кПа), влажность воздуха (φ, %) и концентрация примеси в воздухе (мг/м3
), динамическая вязкость составляющих газовой смеси при t = 0ºС (μ0
, Па*с), константы Сатерленда и эмпирические коэффициенты А, В, С для каждого компонента смеси жидкости.

а) рассчитываются мольные доли составляющих жидкости по формуле 12;

парциальное давление паров компонентов над смесью жидкости по - формулам 22 и 21;

б) рассчитывается парциальное давление водяных паров в газовой среде по формуле 25;

парциальное давление примеси из формулы 26 и парциальное давление основного газового компонента – воздуха по формуле:

Рв
= Рабс
– ∑Рi
(30)

Рабс
= Ризб
+ Р (31)

где Ризб
– избыточное давление в оборудовании, Па;

Р – давление наружной среды, Па.

Затем рассчитывают объемные доли газовых составляющих по формуле 28;

в) рассчитывают концентрацию составляющих газовой смеси по формуле 26;

г) рассчитывают плотность газовой среды в оборудовании по формулам 19, 29;

Динамическую вязкость смеси газов в оборудовании по формулам 6, 15, 16; и кинематическую вязкость по формуле 18;

д) рассчитывают коэффициенты диффузии компонентов газовой смеси в оборудовании по формулам 9, 10.

2. Практическая часть. Определение параметров внутренней среды в трубопроводе

Определим параметры внутренней среды в трубопроводе, транспортирующем газовую смесь.

Исходные данные:

давление наружной среды Р = 101325 Па;

состав смеси, %(масс): водород 58,9 (ан2
= 0,589);

оксид углерода 7,1 (аСО
= 0,071);

метан 34 (асн4
= 0,34).

Температура газовой смеси t = 50◦С, избыточное давление в трубопроводе Ризб
= 101325Па.

Динамическая вязкость составляющих газовой смеси при t = 0◦С и давлении Р = 101308 Па составляет (Па*С):

μон2
= 4,9*10-6; μосо = 17,15*10-6; μосн4
= 10,29*10-6.

Константы Сатерленда:

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

Определение параметров внутренней среды в трубопроводе

Относительные молекулярные массы составляющих газовой смеси:

Мн2
= 2,0; Мсо = 28,0; Мсн4
= 16,0.

2.1.Объемные доли составляющих газовой смеси

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 Абсолютное давление газовой смеси в трубопроводе

Рабс
= Р + Ризб
= 101325 + 101325 = 202650 Па.

2.3 Парциальное давление составляющих газовой смеси

Рi
= ni
* Pабс
;

Рн2
= 0,925 * 202650 = 187451;

Рсо = 0,009 * 202650 = 1824;

Рсн4
= 0,066 * 202650 = 13745(Па
)

2.4 Концентрации составляющих газовой смеси

С
i
= 16Pi
Mi
* 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 Произведение iiρi для составляющих газовой смеси

iн2
ρн2
= 139317 (0,1393)

iсоρсо = 18979 (0,0189)

iсн4
ρсн4
= 81724 (0,0817) мг/м3
(кг/м3
)

2.6 Плотность газовой смеси в трубопроводе

ρсм
= ∑ii
ρi

ρc
м
= 0,1393 + 0,0189 + 0,0817 = 0,24 (кг/м3
)

2.7 Динамическая вязкость составляющих газовой смеси при температуре t = 50◦C

μt
= μ0
* (273 + Sat / T + Sat) (T / 273)1,5
;

μн2
= 4,9*10-6
(273 + (-528) / 273 + 50 + (-528)) (273 + 50 / 273)1,5
= 7,84 * 10-6
;

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

μсн4
= 10,29 * 10-6
(273 + 118 / 273 + 50 + 118) (273 + 50 / 273)1,5
= 12 * 10-6
. (Па*С
)

2.8 Динамическая вязкость смеси газов в трубопроводе

μсм
= Мсм
/ ∑(ii
Mi
/ μi
);

Мсм
= ∑ii
Mi

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

μсм
= 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 Кинематическая вязкость смеси газов в трубопроводе

νсм
= μсм
/ ρсм

νсм
= 9,51 * 10-6
/ 0,24 = 39,61 * 10-6
(м2
/с)

2.10 Коэффициенты диффузии составляющих газовой смеси при t = 0◦C и Р = 101308 Па;

До
= 0,8/√М*0,36;

До
н2
= 0,8/√2*0,36 = 0,204;

До
со = 0,8/√28*0,36 = 0,054;

До
сн4
= 0,8/√16*0,36 = 0,072 (м2/ч)
2.11 Коэффициенты диффузии составляющих газовой смеси при
t = 50◦C и Р = 202650 Па

Д
t
= До
(Т/То
)2
Ро
/Р

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

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

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

Литература

1. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Справочник. - М: Химия, 1991. – 368 с.

2. Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды. - М: Наука, 1986. – 46 с.

3. Вредные вещества в промышленности: Справочник. ч. I, II, III и дополнение / Под ред. Н.В. Лазарева. - Л.: Химия, 1977.

4. Бретшнайдер Ст. Свойства газов и жидкостей. Инженерные методы расчета: Пер. с польск. / Под ред. П.Г. Романкова. - М.–Л.: Химия, 1966. – 536 с.

5. Бокрис Дж. О. М. Химия окружающей среды: Пер с англ. / Под ред. О.Г. Скотниковой, Э.Г. Тетерина. - М.: Химия, 1982. – 672 с.

Обсуждение:

comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет основных параметров среды в производственном помещении и внутренней среды в оборудовании

Слов:	3047
Символов:	26551
Размер:	51.86 Кб.

Вам также могут понравиться эти работы: