Obliczenia emisji – magazynowanie cieczy lotnych w zbiornikach
Opisane poniżej równania umożliwiają wyznaczenie emisji z wykorzystywanych powszechnie zbiorników do magazynowania cieczy łatwo parujących. Z reguły z uwagi na nieznaczną skalę emisji w obliczeniach pomija się ładunek substancji uwalnianych do atmosfery podczas magazynowania właściwego cieczy, to jest przy braku zmiany jej poziomu, odnosząc się wyłącznie do emisji w trakcie napełniania zbiornika. Sytuacja taka odpowiada w rzeczywistości wyłącznie zbiornikom z poduszką azotową o nadciśnieniu dobranym w taki sposób, by w warunkach magazynowania nie dochodziło do emisji. W praktyce bilansowania emisji model uproszczony uwzględniający wyłącznie emisje towarzyszące załadunkowi zbiornika uznaje się za dostatecznie dokładne odzwierciedlenie całkowitej emisji jaka jest związana z eksploatacją zbiornika. W przypadku gdy jednak konieczne jest uwzględnienie emisji z magazynowania właściwego cieczy, poniższe równania należy uzupełnić korzystając z prawa Ficka.
Do emisji ze zbiorników wyposażonych w poduszę azotową dochodzi przeważnie wyłącznie podczas ich napełniania. Kiedy wtłaczana do zbiornika ciecz powoduje wzrost ciśnienia oparów powyżej nastawy zaworu oddechowego (z reguły w zakresie od 1,5 do 5 kPa), dochodzi do uwolnienia części oparów, tak zwanego „oddechu zbiornika”. Etap magazynowania właściwego cieczy w tego rodzaju zbiornikach powoduje emisję wyłącznie, gdy po napełnieniu magazynowana ciecz ulega podgrzaniu. Przy wzroście ciśnienia powyżej nastawy zaworu oddechowego może w takiej sytuacji dość do „oddechu zbiornika”. Etap opróżniania zbiornika nie powoduje emisji. W miejsce pobieranej cieczy wprowadzany jest azot uzupełniający poduszkę azotową.
Opisany poniżej model wyznaczania emisji bazuje na stężeniu składników magazynowanych cieczy wyrażonych w kg/m3 w fazie gazowej nad cieczą, dla stanu równowagi. Model ten w niektórych przypadkach pracy zbiorników może powodować zawyżenie emisji, jednak jest znacznie prostszy i łatwiejszy do zastosowania w obliczeniach niż modele dynamiczne.
Dla roztworów nie wykazujących znaczących odchyleń od prawa Raoulta stężenie w stanie równowagi można wyznaczyć na podstawie prawa Raoulta oraz prawa Daltona. Zgodnie z prawem Raoulta ciśnienie cząstkowe składnika w fazie gazowej (pi) nad roztworem doskonałym (bez oddziaływań międzycząsteczkowych składników cieczy) jest proporcjonalne do ciśnienia pary nasyconej czystej substancji (pio) i ułamka molowego składnika w fazie ciekłej (xi):
pi = pio xi
Z kolei zgodnie z prawem Daltona ciśnienie mieszaniny gazów (P) jest sumą ciśnień wywieranych przez jej składniki (pi):
P = Σpi
Prężność par czystej substancji w danej temperaturze określa równanie Antoine'a:
logP = A – B/(C+T)
Do obliczenia równowagowego stężenia w fazie gazowej nad cieczą magazynowaną w zbiorniku wystarczające są zatem podstawowe dane:
-
skład cieczy,
-
temperatura.
Wyznaczone wskaźniki mogą posłużyć zarówno do obliczenia emisji godzinowej, np. jako iloczyn stężenia (kg/m3) i natężenia przepływu odgazów (m3/h) jak i ładunku w dowolnym okresie rozliczeniowym, np. w ciągu roku jako iloczyn wskaźnika (kg/Mg) i tonażu przeładowanych cieczy (Mg/rok).
Poniżej przedstawiamy obliczone prężności par dla stanu równowagi w różnych temperaturach, oraz stężenia w fazie gazowej wybranych substancji.
|
Nazwa substancji |
10 °C |
20 °C |
40 °C |
|||
|
Prężność par [Pa] |
Stężenie fazy gazowej w stanie równowagi [kg/m3] |
Prężność par [Pa] |
Stężenie fazy gazowej w stanie równowagi [kg/m3] |
Prężność par [Pa] |
Stężenie fazy gazowej w stanie równowagi [kg/m3] |
|
|
Aceton |
15 529 |
0,383 |
24 658 |
0,588 |
56 249 |
1,255 |
|
Benzen |
6 070 |
0,201 |
10 026 |
0,321 |
24 369 |
0,731 |
|
Anilina |
19 |
0,001 |
45 |
0,002 |
211 |
0,008 |
|
Chloroform |
13 190 |
0,669 |
20 908 |
1,024 |
47 368 |
2,172 |
|
Cykloheksan |
6 333 |
0,226 |
10 338 |
0,357 |
24 632 |
0,796 |
|
Dietyloamina |
15 759 |
0,490 |
25 215 |
0,757 |
57 923 |
1,627 |
|
Etylobenzen |
512 |
0,023 |
952 |
0,041 |
2 866 |
0,117 |
|
Fenol |
11 |
0,0004 |
20 |
0,001 |
185 |
0,007 |
|
Glikol etylenowy |
3 |
0,0001 |
8 |
0,0002 |
44 |
0,0011 |
|
Izopropanol |
2 281 |
0,058 |
4 421 |
0,109 |
14 248 |
0,329 |
|
Ksylen (p-ksylen) |
473 |
0,021 |
882 |
0,038 |
2 646 |
0,108 |
|
Oktan |
764 |
0,037 |
1 412 |
0,066 |
4 185 |
0,184 |
|
Propylobenzen |
168 |
0,009 |
332 |
0,016 |
1 109 |
0,051 |
|
Styren |
328 |
0,015 |
629 |
0,027 |
1 935 |
0,077 |
|
Toluen |
1 657 |
0,065 |
2 911 |
0,110 |
7 887 |
0,279 |
Stronę zaktualizowano 05.09.2015
