Расчет концентрации в воздухе летучих компонентов отхода

Установление класса опасности отхода, как уже отмечалось, не определяет максимальную для данных условий концентрацию его летучего компонента в воздухе. Вместе с тем, выше указывалось, что эта величина может многократно превышать ПДК_р.з. или ПДК_а.в.. Поэтому, если известно давление насыщенных паров при температуре 20 ⁰С, то максимально возможную концентрацию вещества при этих условиях следует рассчитывать по формуле

С = . (8)

Если давление насыщенных паров устанавливается для других температур, целесообразно использовать уравнение

С = , (9)

где С – максимально возможная концентрация компонента при заданных условиях; М – молярная масса вещества; Р – давление насыщенного пара, мм. рт. ст.; Т – температура по шкале Кельвина.

Две последние зависимости получены на базе уравнения Менделеева-Клапейрона

Р_iV =

действительного для идеальных газов. Оно применимо при суммарном давлении газовой смеси не более 1 атмосферы (760 мм. рт. ст. или
1,0135 × 10⁵ Па), Р_i, m_i и M_i – соответственно парциальное давление, масса и молярная масса i-го компонента газовой смеси. Так как в экологической практике обычно оценивается масса токсичного вещества в 1 м³, перепишем последнее уравнение в виде:

. (10)

В последующих преобразованиях опустим нижний индекс, чтобы не загромождать запись, а отношение m_i / V обозначим через С (массовая концентрация). Тогда имеем:

С = . (11)

В Международной системе единиц в качестве единицы давления используется Па, а постановление Минздрава РФ рекомендует мм. рт. ст. Так как 1,0135 × 10⁵ Па соответствует 760 мм. рт. ст., то 1 мм. рт. ст. равен
133,4 Па; R = 8,31 Дж × моль^-1 × К^-1, [m] – г (или 10³ мг).

Для температуры 20 ⁰С (293 К) имеем

С = ,

что хорошо коррелирует с приведенным выше уравнением (8) для подобных условий. Его можно переписать, несколько упростив:

С = 54,8 × Р × М, мг/м³

или

С = 54,6 × Р × М, мг/м³,

если 18,25 в знаменателе округлить до 18,3.

Получим уравнение (9), действительное для любой произвольной температуры Т (t + 273), исходя из зависимости (11)

С =

С =

или

С = ,

где, напомним, Р – в мм. рт. ст., t – ⁰С.

Таким образом, чтобы рассчитать концентрацию величину С загрязнителя, необходимо знать давление его насыщенного пара, расчет которого проводится следующим образом. С этой целью используются эмпирические уравнения типа:

lg P = A - (12) и lg P = A - (13)

А, В и С₃ – константы. Для каждого конкретного вещества выбирается одно из уравнений (12) или (13) и используются заимствованные в справочниках соответствующие константы.

Рассмотрим методику расчета давления насыщенного пара на конкретном примере.

Анилин и его растворы как ОПР

Согласно справочным данным, давление насыщенного пара С₆Н₅NH₂ как функцию температуры можно рассчитать по уравнению (13) с А = 7,6385, В = 1913,8 и С₃ = 280, постоянными в температурном интервале от 15 до 90⁰С. Т. е. При t < 15⁰С результаты несколько искажены. t_пл анилина =
= -6,15⁰С, t_кип = 184,4⁰С. Следовательно, в заданных условиях он представляет собой жидкость. Верхний индекс у Р⁰ указывает, что проводится расчет давления насыщенного пара индивидуального соединения. Результаты расчета представлены в таблице 10.

Таблица 10

Влияние температуры на давление насыщенного пара анилина

Давление насыщенного пара анилина над водным раствором можно рассчитать с использованием закона Рауля

Р_{анилина} = Р × Х_{анилина}, (14)

где Х_{анилина} – мольная доля анилина в растворе. Но уравнение (14) справедливо для идеального раствора. Реальные растворы характеризуются положительным либо отрицательным отклонением от закона Рауля. Оценим, можно ли растворы анилина заданных концентраций считать идеальными. С этой целью получим мольные доли (Х ) С₆Н₅NH₂ и Н₂О.

Х = ,

Х = .

Очевидно, что в бинарной системе

Х + Х = 1.

1 г/л С₆Н₅NH₂ n_{анилина} = 0,0107 моль/л;

10 г/л С₆Н₅NH₂ n_{анилина} = 0, 107 моль/л

(с учетом М (С₆Н₅NH₂) = 93 г/моль).

n_воды в таком растворе близка к 55,55 моль/л. Отсюда имеем

для 1 г/л С₆Н₅NH₂ Х = 1,93 × 10^-4;

для 10 г/л С₆Н₅NH₂ Х = 1,93 × 10^-3.

При таких малых величинах Х раствор его в воде можно считать идеальным, а расчет Р_{анилина} проводить по уравнению (14) (таблица 11).

Таблица 11

Зависимость давления насыщенного пара анилина (Па) от температуры

* увеличено в 10⁴ раз, ** увеличено в 10³ раз.

Отметим, что ПДК_с.с.(анилина) = 0,01 мг/м³. С использованием уравнений (8) или (9) можно рассчитать фактическую максимальную концентрацию анилина m, г/м³ или соответствующую величину в единицах ПДК_с.с., которую обозначим через К_пр (таблица 12)

К_пр = С_факт / ПДК_с.с.

Таблица 12

Влияние температуры на максимальную концентрацию анилина в воздухе над раствором и величину К_пр.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: