Аппараты с открытой поверхностью испарения

Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью открытого аппарата образуется, если температура жидкости (t) будет выше температуры вспышки (t_всп). С учетом коэффициента надежности это условно выражается соотношением:

t ≥ t_всп - 10 ⁰С,(17)

Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости в неподвижную среду можно определить по формуле [32]:

⁽¹⁸⁾

где m_н – масса испаряющейся с открытой поверхности в неподвижную среду, кг;

ρ_t – плотность пара жидкости при рабочей температуре, кг/м³;

F_и – поверхность испарения, м²;

D_t – коэффициент диффузии пара при рабочей температуре, м²/с;

τ – продолжительность испарения, с.

Величину коэффициента диффузии пара или газа в воздух при рабочей температуре t_р определяют по формуле:

⁽¹⁹⁾

где D_с – значение коэффициента диффузии, приведенное в справочной литературе при температуре t_с, м²/с;

n – показатель степени, принимаемый по справочной литературе.

Характер испарения в движущуюся среду резко отличается от испарения в неподвижную среду. При конвективной диффузии над поверхностью жидкости образуется небольшой толщины пограничный слой с насыщенной концентрацией пара. Затем происходит резкий перепад концентрации. В слоях, лежащих выше пограничного слоя (вследствие интенсивного перемешивания среды при движении), концентрация пара становится примерно одинаковой.

Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости (в движущуюся и неподвижную среду) можно определить по формуле, приведенной в [10]:

(20)

где m_и – масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости, кг;

η – коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха в помещении, численные значения коэффициента η приведены в таблице 3.

P_S – давление насыщенного пара при температуре испарения, кПа;

М – молярная масса паров жидкости, кг/кмоль.

Таблица 3

Значения коэффициента η

ωв, м/с	Значение коэффициента η при tв, 0С,
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

«Дышащие» аппараты

Нормальная эксплуатация закрытых аппаратов требует сообщения их внутреннего объема с окружающей средой. Пары жидкости поступают из аппаратов в атмосферу или в помещение через дыхательные трубы или открытые люки в результате так называемых малых и больших дыханий. Большим дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов при изменении уровня жидкости в них.Малым дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов, вызываемые изменениями температуры газового пространства под влиянием изменения температуры внешней среды.

При выходе паровоздушной смеси из аппарата около дыхательной трубы образуется горючая концентрация паров, если температура жидкости будет равна или больше величины нижнего температурного предела воспламенения с учетом коэффициента надежности:

t_р ≥ t_нтпрп - 10 ⁰С, (21)

Величина зоны опасных концентраций будет зависеть от количества выходящих паров, их свойств и состояния окружающей среды (скорость движения и температура воздуха).

Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой («дышащего») аппарата за один цикл «большого дыхания», определяют по формуле:

⁽²²⁾

где G_б – количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл;

V_ж – объем поступающей в аппарат жидкости, м³, величину V_ж можно определить, зная геометрический объем аппарата V_ап и степень его заполнения ε; V_ж = ε·V_ап;

Р_р – рабочее давление в аппарате, Па.

Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой аппарата при «малом дыхании», определяют по формуле:

⁽²³⁾

где G_м – количество выходящих из аппарата паров при изменении температуры среды в газовом пространстве, кг/цикл;

V_с – паровоздушный объем аппарата, м³;

φ₁, φ₂ – концентрация насыщенных паров жидкости соответственно при температурах t₁ и t₂, об. доли;

φ_ср = (φ₁+φ₂)/2 – средняя концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли;

8314,31 – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К).