Файл: 2.doc

Имеется множество предложений по написанию основных диффе­ренциальных уравнений процесса. Отличие в основном состоит в выбо­ре поверхности или объема, определяющих обмен. Поскольку в реаль­ных аппаратах площадь фактических поверхностей обмена установить чрезвычайно трудно, представляется целесообразным для рассмотрения полной постановки задачи пользоваться общими показателями тепло­передачи К и влагообмена B_d для аппарата в данном режиме его ра­боты.

Если принять для упрощения, что при хаотическом перемешивании и больших скоростях сред определяющим является молярный перенос, и, следовательно, справедливо уравнение Меркеля, то уравнение пол­ного теплообмена можно записать в виде

dQ_n = B_d(I_a-U)dz, (VI.71)

а уравнение явного теплообмена — в виде

dQn = K{t_B — 1ж)Лг. (VI. 72)

Приращения энтальпии и температуры потока воздуха равны:

dQ„

dl в = -7^; (VI. 73)

di_B = -~. (VI. 74)

^ в

Приращение температуры потока воды равно:

dQn

dt_M^-~- . (VI.75)

^сж

Последнее уравнение можно преобразовать, имея в виду возмож­ность получения производной dt-Jdl* из соотношения между энтальпией и температурой воздуха на линии насыщения (VI.67):

dQn

^dU= тЪ“Т- (VI-76)

dty

^ Зп — ж I J ш

dl j

Используя рассмотренные соотношения, можно записать общие

дифференциальные уравнения нестационарного тепло- и влагообмена

воздуха с водой в аппарате в следующем виде: для воздуха по полному теплу

G_BdI_B = Вц (/_в — /_ж) dz\ (VI.77)

для воздуха по явному теплу

G_B с_в dt_B = К (t_a — /_ж) dz\ (VI. 78)

для воды по теплу

с_ж dl_ж = B_d (I_ж — In) dz; (VI.79)

dl AL

для воздуха по влаге

!_вdd_B — (d_B — ^_ж)dz. (VI.80)

Обычно дифференциальное уравнение для теплообменных аппара­тов записывают относительно разности-параметров обменивающих сред. Для нашего случая, пользуясь уравнениями (VI.77) и (VI.79), получим

/ 1 dI Jdt -_M \

d (/_в - /ж) = — + ~dQ_n =- mdQ„. (VI.81)

б_в б_ж с_ж Из уравнения (VI.67) имеем

^d/* = 1,48 + 0,0485 /* илк -^- = 0,354 + 0,0116/_ж, (VI.82)

Лж dt

поэтому т здесь можно представить в виде

1 , 1,48 + 0,0485/_ж -1 , 0,354 + 0,0116/*

— m = —— + или ~т — ——г' . (VI.83)

бв бж Сж б_в б_ж С_ж

С учетом уравнения (VI.71) дифференциальное уравнение для раз­ности энтальпий имеет вид

d(l_B — /_ж)

~ -⁵- mB_ddz. (VI.84)

/в — 1ж j

Решение уравнения вида (VI.84) известно из курса «Строительной теплофизики». Оно имеет вид

„ /_в——тВАг

в_г = -Г f~=e ^d . (VI.85)

* ВО ‘ жо

.Из него, в частности, следует, что средняя разность энтальпий воз­духа и воды Д/ = /_в—/ж в этом процессе определится как среднелога­рифмическая разность, т. е. в виде

_ Д/₀ — Д/

"д/Г” • ^(vl®>

^|п1Г

где Д/₀ = /во—/жо; Д/ = /в—/_ж в конце процесса обмена.

В выражении (VI.85) принято, что m и Д* постоянны, хотя в дей­ствительности они изменяются в процессе обмена. Учет этого обстоя­тельства осложнит решение, но его логическая последовательность оста­нется неизменной.

Решение (VI.85), написанное для разности энтальпий, не позволя­ет, однако, получить параметры воздуха на выходе из аппарата (прямая задача), что часто должно быть основным результатом расчета. Ответ

на этот вопрос можно получить, решая уравнения (VI.77), (VI.78),

(VI.80) и определяя параметры равновесного состояния рассматривае­мой системы «воздух — вода» по уравнениям (VI.69) и (VI.70). В об­щем виде решение имеет вид, известный из курса «Строительной тепло­физики»:

0 = e~"^Fo. (VI. 87)

В уравнении (VI.87) © является относительным избыточным значе­нием искомого параметра, например температуры воздуха 0_<в:

'в “Со

—• (VI. 88)

ь0 ооПоказатель степени в уравнении (VI.87) есть критерий Фурье, опре­деляемый относительно соответствующих показателей общей емкости С, общего сопротивления обмену R и его продолжительности Az, в виде

Fo=|r. ^(VK89)

Например, для обмена явным теплом потока воздуха

1 „ АгК

С — G_Bc_B; R— j Fo— ,

К G_B с_в

и решение для определения температуры воздуха на выходе из аппара­та при продолжительности контакта Az получим в виде

А гК

в,_в = -;= е ^Св‘^в. (VI.90)

вО »

Для расчета обмена полным теплом и влагообмена воздуха с водой C=G_B n R=l/Bd; в остальном решение аналогично (VI.90).

Решение (VI.87) справедливо также для определения параметров воды на выходе из аппарата.

Рассмотренная задача, как было сказано, относится к случаю хао­тического перемешивания воды и возд\ха в течение ограниченного про­межутка времени. Если в аппарате четко определено взаимное направ­ление потоков (например, в пленочных камерах), то решение можно по­лучить в той же последовательности, заменив продолжительность кон­такта соответствующей протяженностью поверхности контакта. В этом случае сопротивления обмену должны быть отнесены к единице протя­женности поверхности контакта. Взаимное направление потоков воды и воздуха (см. рис. VI. 1) может быть учтено поправочными коэффици­ентами, обычно применяемыми при расчете теплообменников.

Глава VII

ПОСТУПЛЕНИЕ В ВОЗДУХ ПОМЕЩЕНИИ

ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЫЛИ.

ВЗРЫВООПАСНОСТЬ ГАЗОВ И ПАРОВ

§ 32. Краткая характеристика свойств

ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ И ПЫЛИ

Понятие о токсичности выделяющихся в помещении газов и паров вредных веществ связано с их опасным действием на организм челове­ка. Вредные для здоровья вещества носят название промышленных ядов; сюда же относится и токсичная пыль. Ядами называют вещества, кото­рые, попадая в организм человека в небольших количествах, приводят к заболеваниям и отравлениям. Отравления бывают острыми и хрони­ческими. Острые отравления возникают в результате поступления в ор­ганизм ч'еловека в течение короткого периода относительно больших ко­личеств яда. Хронические отравления возникают в результате поступ­ления в организм человека относительно небольших количеств яда в течение сравнительно длительного периода. В производственных усло­виях яды могут проникать в организм человека через органы дыхания, пищеварительный тракт и кожу. ^,¥

Газы и пары вредных веществ делятся на две основные группы: 1 — химически нереагирующие газы и пары, которые не вступают в ре­акцию с клетками организма человека и не изменяются в нем; 2 — хи­мически реагирующие газы и пары.

Токсичность вещества зависит от его химической структуры, физи­ческих свойств и агрегатного состояния.

Газы и пары вредных веществ выделяются в воздух производствен­ных помещений при химических реакциях, испарении жидких растворов с открытых поверхностей, испарении летучей части лакокрасочных ма­териалов с окрашенных поверхностей, прорыве через различные неплот­ности аппаратуры и коммуникационных трубопроводов, сжигании топ­лива, выхлопе газов от двигателей внутреннего сгорания автомобилей, отборе проб из химических аппаратов, загрузке и выгрузке материалов и изделий из аппаратов и в других случаях.

Газы и пары вредных веществ могут легко переноситься потоками перемещающегося по помещению воздуха от мест их выделения в места, где источники вредных выделений отсутствуют. Содержание вредных веществ в воздухе производственных помещений на различных участках крайне неравномерно и зависит от мощности, мест и плотности распо­ложения источников их выделения, от мест расположения приточных и вытяжных отверстий систем вентиляции к от характера циркуляции воз­душных потоков в помещении. Газы и пары вредных веществ могут рас­пространяться по помещению и вследствие диффузии.

Пыль выделяется в воздух производственных помещений в резуль­тате различных технологических процессов. Выделение пыли происхо­дит в цехах предприятий текстильной, горнорудной, металлообрабаты­вающей, деревообрабатывающей, зерноперерабатывающей и других от­раслей промышленности. При этом пыль может в больших количествах попадать в атмосферу, загрязняя воздушную среду.

По действию на организм человека различают ядовитую пыль (свинцовая, ртутная и пр.) и неядовитую (песчаная, асбестовая и пр.). Неядовитая пыль при длительном вдыхании может вызывать у челове­ка различные легочные заболевания под названием пневмокоииозы (си­ликоз, асбестоз и др.).

Пыли как органического, так и неорганического происхождения, об­разующиеся при размельчении горючих материалов, взрывоопасны вследствие очень развитой суммарной поверхности пылевых частиц по сравнению с поверхностью вещества, из которого они получены. К та­ким пылям относятся мучная, угольная, табачная, сахарная и др.

Взрывоопасность пыли зависит от размеров пылевых частиц. На­пример, очень взрывоопасна угольная пыль при размерах частиц 75 мкм. Та же угольная пыль при размерах частиц 10 мкм и менее имеет пони­женную взрывоопасность благодаря быстрому окислению пылевых час­тиц и способности их свертываться в хлопья. Каждая взрывоопасная пыль имеет свои пределы взрывоопасных концентраций.

Некоторые пыли способны воспламеняться при температуре 205°С. Эти же пыли при концентрации 68 мг/м³ и выше взрывоопасны.

Пыль, выделяющаяся в производственных помещениях, оказывает вредное воздействие не только на организм человека, но и на техноло­гический процесс, часто ухудшая его и приводя к износу оборудования.