Исследование процесса испарения летучих жидкостей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ПОЖАРОВЗРЫВОЕЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

М. А. Долгова

аспирант Казанского государственного технологического университета

А. Д.Галеев

канд. техн. наук, ассистент Казанского государственного технологического университета

С. И.Поникаров

д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Казанского государственного технологического университета

УДК 614.81

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСПАРЕНИЯ “ЛЕТУЧИХ” ЖИДКОСТЕЙ

Изложена методика проведения эксперимента по испарению “летучих”жидкостей. Проведено сравнение интенсивностей испарения, полученной в ходе эксперимента и вычисленной по эмпирической зависимости. Ключевые слова: эксперимент, интенсивность испарения, “летучая” жидкость.

Важный этап анализа риска опасных произвол-ственных объектов — расчет количественных показателей возможных аварий. Наиболее распространенные типы аварий на химических и нефтехимических предприятиях связаны с разгерметизацией оборудования для хранения, транспортирования и переработки веществ, находящихся в жидком состоянии, сопровождающейся проливами токсичных и (или) взрывоопасных жидкостей. Последствия таких аварий во многом определяются интенсивностью испарения жидкости с поверхности пролива [1].

В данной статье проведено сравнение экспериментальных данных интенсивности испарения “летучих” жидкостей с результатами вычислений по эмпирической зависимости, изложенной в методике [2]:

=л/М -10 6 (5,83 + 4,1и)РН, (1)

где — интенсивность испарения, кг/(м2-с);

М — молекулярная масса вещества, кг/моль; и — скорость ветра, м/с;

РН — давление насыщенных паров при начальной температуре, мм. рт. ст.

Объектом исследования служили легковоспламеняющиеся жидкости — гексан, ацетон, этанол, являющиеся “летучими”и относящиеся к IV классу опасности (см. таблицу) [3].

Методика проведения натурного эксперимента и сравнение результатов

Исследование процесса испарения проводили в дневное время, летом, при температуре воздуха 30 °С на открытой площадке. Начальная температура испаряющейся жидкости была равна температуре окружающей среды.

Процесс испарения происходил в поддоне, установленном на электронных весах. Диаметр поддона составлял 0,26 м, высота — 0,03 м. Использовались электронные весы серии ЕК-6ШII класса точности (высокого) по ГОСТ 24104-2001 “Весы лабораторные. Общие технические требования”. Габаритные размеры прибора 0,2x0,19x0,055 м, погрешность +0,03 г. Для выравнивания поверхности электронные весы располагались на подставке высотой 0,15 м. Они были подключены к источнику бесперебойного питания. Скорость ветра равнялась (2,5+0,5) м/с при ее измерении на высоте 2 м анемометром АК ТАКоМАТТ-1002 с погрешностью +0,02 м/с. Жидкости во время проведения эксперимента охлаждались: ацетон — с 30 до 10 °С; гексан — с 30 до 14 °С; этанол — с 30 до 17 °С. Изменение температуры жидкостей фиксировалось термометром вруч-

Название Температура, °С ПДК, мг/м3

вещества кипения вспышки

Ацетон 56,1 -20 200

Гексан 68,74 -2 300

Этанол 78,32 12,2 1000

42

0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОЕЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №5

О

и

&

к

S

Є

и

О

и

0,008

0,006

0,004

0,002

О

0,006

0,004

0,002

4 а

\

X.

L1

- т\- г

2

4

V б

\

X А 1

Й-- " “А

2

4 \ в

ч

" "L { 1

2

О

8 0,0025

ы

g 0,0020 0,0015 0,0010 0,0005 О

О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Время, с

Рис. 1. Изменение интенсивности испарения гексана (а),

ацетона (б) и этанола (в) во времени: 1 —эксперимент;

2 —расчет по зависимости (1)

ную, погрешность прибора +0,8 °С. Время проведения эксперимента составляло 30 мин.

Влияние воздушного потока на показания весов в процессе эксперимента было учтено при обработке данных.

Результаты сравнения интенсивностей испарения гексана, ацетона и этанола представлены на рис. 1.

Методика проведения эксперимента на лабораторной установке и сравнение результатов

Исследование процесса испарения проводили при комнатной температуре, скоростях воздушного потока 0,7 и 1,5 м/с на лабораторной установке, представленной на рис. 2.

Основным элементом установки являлся испаритель (поддон) 1 диаметром 0,091 м и высотой 0,01 м. Он представлял собой чашу, выполненную из стекла.

Рис. 2. Схема лабораторной установки для исследования процесса испарения: 1 — испаритель (поддон); 2 — электронные весы; 3 — термометр; 4 — решетка; 5 — труба; 6 — вентилятор

Воздушный поток над поверхностью пролива создавался вентилятором 6. Для выравнивания потока использовались труба 5 диаметром 0,21 м и

0,006 0,004 л 0,002 о

О

N

4 \ а

г 1

—

2

§ 0,006

8

О

I* 0,004

о

№

а

N

4 в

"і 1

2

0,002 0

« 0,0012 0,0008 0,0004 0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Время, с

Рис. 3. Изменение во времени интенсивности испарения гексана (а), ацетона (б) и этанола (в) при скорости воздушного потока 0,7 м/с: 1 —эксперимент; 2 — расчет по зависимости (1)

0,008 0,006 0,004

9 0,002

ГЧ

а

> 0

« 0,008

А а

Ъ,

'А ■д. *

" 1

г — т! Ї- - -А- - -А

2

О

&

в

s

S

и

о

РР

и

0,006

0,004

0,002

0

4 б

\

1

Г " ""

2

й 0,0016 4

1

-Ь---------

-д.-------------

* 0,0012 0,0008 0,0004

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Время, с

Рис. 4. Изменение во времени интенсивности испарения гексана (а), ацетона (б) и этанола (в) при скорости воздушного потока 1,5 м/с: 1 —эксперимент; 2 — расчет по зависимости (1)

ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №5

43

длиной 0,6 м и решетка 4 с числом ячеек 1600. Размеры решетки составляли 1x1м, толщина— 0,03 м, размеры ячеек — 0,015x0,015x0,03. Решетка располагалось на выходе воздушного потока из трубы.

Скорость воздушного потока фиксировалась анемометром АК ТАКоМАТТ-1002 с погрешностью +0,02 м/с. На расстоянии 0,13 м от решетки был расположен испаритель. Для определения изменения массы жидкости в заданный момент времени поддон располагался на электронных весах 2 серии ЕК-6101 II класса точности (высокого) по ГОСТ 24104-2001. Габаритные размеры весов составляли 0,2x0,19x0,055 м, погрешность +0,03 г.

Жидкости во время проведения эксперимента охлаждались: ацетон при скорости воздушного потока 0,7 м/с — с 14 до 0 °С, при скорости 1,5 м/с — с 14 до 1 °С; гексан при скорости воздушного потока 0,7 м/с — с 18 до 1 °С, при скорости 1,5 м/с — с 19 до 1 °С; этанол при скорости воздушного потока 0,7 м/с — с 16 до 8 °С, при скорости 1,5 м/с — с 16 до 9 °С. Изменение температуры жидкости

фиксировалось термометром вручную, погрешность прибора +0,8 °С. Время проведения эксперимента составляло 30 мин.

Влияние воздушного потока на показания весов в процессе эксперимента было учтено при обработке данных.

Результаты сравнения интенсивностей испарения гексана, ацетона и этанола при различных скоростях воздушного потока представлены на рис. 3 и 4.

Анализ полученных зависимостей (см. рис. 1, 3 и 4) и сравнение их с экспериментальными данными других авторов [4, 5] показывают, что значения интенсивности испарения, рассчитанные по эмпирической формуле, ниже экспериментальных. Поэтому актуальны исследование параметров процесса испарения и совершенствование методик их расчета с учетом метеорологических условий и локальных особенностей местонахождения пролива.

Правильная оценка масштабов возможных аварий необходима для принятия адекватных мер по обеспечению безопасности персонала и населения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов, А. В. Разработка методических основ оценки последствий химических промышленных аварий (на примере металлургического комбината): дис.... канд. техн. наук /Андрей Валерьевич Иванов. — М., 1999. — 243 с.

2. Методика оценки последствий химических аварий (методика “Токси”. Редакция 2.2) / Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах : сб. документов /

ГУП НТЦ “Промышленная безопасность”. Серия 27, Декларирование промышленной безопасности и оценка риска. — 2002. — Вып. 2. — С. 121-204.

3. Зефиров, Н. С. Химическая энциклопедия / Н. С. Зефиров // Большая российская энциклопедия. — М., 1995. —Т.4. — 641 с.

4. Peter, I. The evaporation of volatile liquids /1. Peter, Kawamura, and Donald Mackay // Journal of Hazardous Materials. — 1987. — № 15. — P. 343-364.

5. Reijnhart, R. Vapour cloud dispersion and the evaporation of volatile liquids in atmospheric wind fields. II. Wind tunnel experiments / R. Reijnhart and R. Rose // Atmospheric Environment. — 1980.

— №14. — P. 759-762.

Материал поступил в редакцию 10.06.09.

© Долгова М. А., Галеев А. Д., Поникаров С. И., 2009 г.

(e-mail: [email protected]).

44| ISSN 0869-7493 ПОЖАРОВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ 2009 ТОМ 18 №5