Расчет количества вредных веществ, выделяющихся с поверхностей, на которых образуется пленка

Сушка многих веществ сопровождается образованием пленки на поверхности испарения. К таким веществам относятся различные лакокрасочные материалы, связующие стеклопластиков, клеи, смолы, кремнийорганические соединения и др. После нанесения их на поверхность оборудования происходит испарение растворителя и образование пленки - слоя вязкого геля. Толщина и твердость пленки со временем увеличиваются. Поэтому испарение растворителя с открытой поверхности происходит только в первые 1-3 мин. В этом промежутке времени процесс испарения подчиняется законам, изложенным в разделе 5. В дальнейшем пленка начинает препятствовать испарению, и скорость его уменьшается. Интенсивность выделения летучих веществ в последнем случае зависит от физико-химических свойств материала, а также от метеорологических условий окружающей воздушной среды.

При окраске поверхности оборудования, а также при разливе материала различают три периода выделения летучих веществ:

а) начальный - нанесение материала на поверхность сопровождается выделением летучих веществ с возрастающей интенсивностью;

б) основной - при нанесении материала интенсивность выделения летучих веществ со всей окрашенной поверхности постоянна;

в) конечный - материал на поверхность не наносится, интенсивность выделения летучих веществ уменьшается.

Графическое изображение периодов интенсивности выделения летучих веществ с поверхностей, на которых образуется пленка при высыхании, представлено на рис. 8.1.

Рис 8.1. Зависимость интенсивности выделения вредных веществ с поверхностей, на которых образуется пленка при высыхании: I - начальный период сушки; II – основной; III – конечный период сушки.

 

Интенсивность испарения в каждый момент времени начального периода определяют из выражения, г/мин:

, (72)

где B - количество вещества, выделяющегося с единицы площади при полном высыхании материала, кг/м²; ω - скорость покрытия поверхности лакокрасочным материалом, м²/мин; k - коэффициент, характеризующий интенсивность испарения растворителя при определенных метеорологических условиях, мин^-1; τ - время от начала нанесения лакокрасочного материала до расчетного момента, мин.

При показателе k τ = 4,5 величина приближается к нулю. Поэтому можно считать, что начальный период составляет, мин:

.

Так как значение k колеблется в пределах 0,01 - 0,02, начльный период выделения летучих составляет 22,5 - 450 мин. В основной период интенсивность испарения постоянна и определяется из выражения, г/мин:

. (73)

Количество выделяющихся вредных веществ:

, (74)

где τ_осн – время основного периода, мин.

Если время окончания нанесения материала обозначать Т, то интенсивность испарения в момент времени τ> T составит:

. (75)

При k τ ≥4,5 величиной можно пренебречь и считать . (76)

Количество летучих веществ, выделяющихся от начала нанесения материала до момента времени τ, в течении которого увеличивается покрытая материалом площадь (начальный и основной периоды), составит, ч:

. (77)

Для практических расчетов целесообразно использовать величину k ₂₀, характеризующую интенсивность испарения летучих веществ в неподвижном воздухе при температуре 20 ºС, относительной влажности 50 % и обычной толщине слоя наносимого материала.

Для лакокрасочных материалов коэффициент k ₂₀ можно определить из выражения:

, (78)

где τ_п - продолжительность высыхания лакокрасочных материалов «от пыли», ч.

Согласно ОСТ 10086-39 под определением времени высыхания от пыли понимают время образования на выкрашенной поверхности тончайшей пленки, к которой пыль не прилипает. Значения τ_п для лакокрасочных материалов при 18 - 22 ºС приведены в ГОСТе и ТУ на лакокрасочные материалы.

При изменении метеорологических условий следует ввести поправку на температуру k_t, относительную влажность k _φ и подвижность воздуха k _υ (см. рис. 8.2). Поправки на фактическую толщину слоя k_g можно характеризовать удельным расходом материала (кг/м²) и определить по графику (см. рис. 8.2). Тогда значение коэффициента k следует вычислять по формуле:

. (79)

Значения величины в зависимости от τ приведены на рис. 8.2.

 

Задача 8.1. Определить количество вредных веществ, выделяющихся в атмосферный воздух при окраске изделий нитролаком. Продолжительность окраски 3 ч. Скорость окраски 0,2 м²/мин. Количество растворителя, выделяющегося с единицы площади при полном высыхании материала B = (100 + N_в∙10) г/м². Температура воздуха в помещении 25 °С. Относительная влажность 70 %. Подвижность воздуха ω_в = 0,2 м/с. Продолжительность высыхания материала «от пыли» 0,5 ч. Расположение окрашиваемой поверхности - вертикальное.

Рис. 8.2. Графики для определения поправочных коэффициентов на метеорологические условия (а), толщину слоя (б) и величины 1 – e^-kτ (в).