蒸气爆炸系列讲座第二讲水和液体的沸腾现象

1 水的热力学性质 将容器中的水在标准大气压 ( 0.1MPa) 下加热 , 到 100℃时便开始沸腾 , 温度不再升高 ; 如果降低压力 , 例如降低到 0.01MPa时 , 则在 45.5℃时就沸腾了 . 这种与压力相对应的沸腾温度称为饱和温度 ; 这时的液体便称为饱和液体 ; 与饱和温度相对应的蒸气压力称为饱和压力 ; 与饱和液体共存且处于平衡状态的蒸气称为饱和蒸气 .     

油品参数测定在油气排放评估中的应用

油品在储存、收发过程中,对它们的物性参数进行测定是必备的环节。根据原油蒸气压参比法测定原理,改进了油品蒸气压的测定方法。实测了多种油品的饱和蒸气压、摩尔质量及标准密度数据,重点讨论了油品蒸气压-温度的关系,拟合回归出该关系式。讨论了不同类型油品的蒸发损耗率及其变化值,阐述了油品参数在油气排放评估中的应用价值。     

利用多次回归拟合水的饱和蒸气压与温度的关系表达式

在使用于湿球测定锅炉烟气含湿量的过程中,需要查找水的饱和蒸气压,非常不方便.利用D-196和<化工原理>上册中取得部分数据,用多次线性回归的方法,拟合出水在0～200℃范围内的饱和蒸气压与温度的关系表达式;并对该表达式的误差进行了分析,误差均值为0.2‰,最大值也只有0.8‰,完全可以满足环境监测中数据处理的精度要求.     

新型疏水阀研制成功

在石油、化工、纺织、印染和造纸企业里广泛使用的热动力式疏水阀(图1),一般只能排饱和温度或接近饱和温度的水,其排水温度不能调节。这种疏水阀是依据流体动力学的动压和静压的变化,使阀片瞬间上下跳动达到阻气排水目的。它的缺点是噪声大,闪蒸出二次蒸气多,对建筑物有冲蚀作用还不利于安全生产。     

氯乙烯罐车安全运输对策

根据氯乙烯液体温度与饱和蒸气压的关系，推算出氯乙烯罐车的设计压力不得小于１．８３ＭＰａ，根据氯乙烯液体膨胀系数认为罐车装料系数为８０％左右为最佳。还提出了避免卸空等安全对策。     

酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响

分别用酸溶液(H_2SO_4、HNO_3、H_3PO_4)和碱溶液(NaOH或NH_3·H_2O)浸渍方法对活性炭进行改性,并对酸改性活性炭进行碱溶液二次改性处理,通过表征改性前后活性炭BET比表面积、孔结构、表面官能团等理化特征和测定其对甲苯蒸气的饱和吸附量,研究了影响活性炭吸附甲苯蒸气的关键因素.结果表明,酸改性使BET比表面积、微孔面积、微孔容积减少、表面酸性官能团增加,而碱改性呈现相反的理化特征变化.活性炭理化特征的变化可能与改性溶液的酸碱性、氧化还原性有关,并且这种相反的变化直接关系到活性炭对甲苯蒸气的吸附.3种酸改性的活性炭对甲苯蒸气饱和吸附量相对于原活性炭减少9.6%~20.0%,而两种碱改性的活性炭则增加29.2%~39.2%.相关性分析显示甲苯吸附量与BET比表面积、微孔面积、微孔容积正相关,而与表面酸性官能团负相关;多元回归分析进一步表明微孔容积和酸性官能团数量是影响活性炭甲苯吸附的关键因素.二次改性活性炭甲苯吸附量与表面含氧酸性官能团拟合结果则表明,—COOH、C＝O和—OH都对活性炭甲苯吸附能力有影响,其中—COOH影响较大.研究结果表明有效提高活性炭对甲苯吸附能力,改性宜以提高活性炭微孔容积和减小活性炭表面酸性官能团数量,特别是—COOH数量为目标导向.     

蒸气爆炸刍议

叙述了蒸气爆炸的认识过程 ,提出了蒸气爆炸的正确涵义。并对蒸气爆炸的两种类型 (传热型和平衡破坏型 )的定义、特点作了介绍 ,通过事故案例对蒸气爆炸的发生条件与机制也作了详细说明。     

有毒物质蒸气经皮肤吸收问题应引起重视

以往在评估暴露量,制订卫生标准和防护对策时,几乎完全忽略了蒸气经皮肤吸收的问题.蒸气经皮肤吸收的防护迄今缺少有效的方法,据报道,普通工作服对有机蒸气的防护效能只有20%～30%.在呼吸道防护已经解决的情况下,要评估蒸气的职业危险,精确测量皮肤对蒸气的吸收是关键.     

大气中多环芳烃气固相分配与颗粒物粒径的关系

采集了2005年5月16日～6月3日上海市桃浦地区气相样品、TSP样品及不同粒径的颗粒物样品.用GC-MS对各样品中美国EPA规定优先控制的16种多环芳烃(PAHs)做了定量分析.结果表明,大气中PAHs的气固相分配系数(KP)和各物质的过冷饱和蒸气压(pl⁰)呈良好的线性相关.多元线性回归分析表明,PAHs的气固相分配受颗粒物粒径大小的影响,粒径越大,对PAHs的气固相分配影响越大;过冷饱和蒸气压越高,气固相分配越易受到粒径大小的影响.     

汽油火车装车密闭控制系统应用浅析

正汽油等轻质油品从炼油厂或油库装车外运时,在铁路槽车装车或汽车槽车装车期间,由于油品自身的饱和蒸气压和油品喷溅、搅动等因素,不可避免地会产生油气挥发,造成油品损耗和环境污染,危害操作人员身体健康,而且常常因油气逸出扩散等原因引起火灾爆炸事故,对安全生产带来很大威胁。中国石化济南分公司结合汽油火车装车现状,于2014年对原有26套汽油火车装车小鹤管进行了技术升级改造,以先进的自动密闭装车控制     

水蒸气电晕放电下的烟气脱硫效果

采用多针-板式电极,在70 m³/h烟气流量范围内,研究了水蒸气浓度、烟气流量、电场强度等因素对不饱和水蒸气正直流电晕放电烟气脱硫率的影响以及水蒸气电晕放电对脉冲放电烟气脱硫率的提高.研究结果表明,实验范围内,按照NH₃∶SO₂摩尔比为2∶1添加NH3的条件下,增加水蒸气流量、增强电场强度、减少烟气流量,烟气脱硫率能提高10%,达到60%左右.同时,水蒸气电晕放电能使脉冲放电的烟气脱硫率提高5%左右,达到90%以上.     

Photocatalytic degradation of carbofuran in TiO2 aqueous solution：Kinetics using design of experiments and mechanism by HPLC/MS/MS

The photocatalytic degradation kinetics of carbofuran was optimized by central composite design based on response surface methodology for the first time. Three variables, TiO2 concentration, initial pH value and the concentration of carbofuran, were selected to determine the dependence of degradation efficiencies on independent variables. Response surface methodology modeling results indicated that the degradation efficiency of carbofuran was highly affected by the initial pH value and the concentration of carbofuran. Then nine degradation intermediates were detected by HPLC/MS/MS. The Frontier Electron Densities of carbofuran were calculated to predict the active sites on carbofuran attacked by hydroxyl radicals and photoholes. Point charges were used to elucidate the chemisorption pattern on TiO2 catalysts during the photocatalytic process. By combining the experimental results and calculation data, the photocatalytic degradation pathways of carbofuran were proposed, including the addition of hydroxyl radicals and the cleavage of the carbamate side chain.     

Variations in stable hydrogen and oxygen isotopes in atmospheric water vapor in the marine boundary layer across a wide latitude range

The newly-developed cavity ring-down laser absorption spectroscopy analyzer with special calibration protocols has enabled the direct measurement of atmospheric vapor isotopes at high spatial and temporal resolution. This paper presents real-time hydrogen and oxygen stable isotope data for atmospheric water vapor above the sea surface, over a wide range of latitudes spanning from 38°N to 69°S. Our results showed relatively higher values of 8180 and 82H in the subtropical regions than those in the tropical and high latitude regions, and also a notable decreasing trend in the Antarctic coastal region. By combining the hydrogen and oxygen isotope data with meteoric water line and backward trajectory model analysis, we explored the kinetic fractionation caused by subsiding air masses and related saturated vapor pressure in the subtropics, and the evaporation-driven kinetic fractionation in the Antarctic region. Simultaneous observations of meteorological and marine variables were used to interpret the isotopic composition characteristics and influential factors, indicating that d-excess is negatively correlated with humidity across a wide range of latitudes and weather conditions worldwide. Coincident with previous studies, d-excess is also positively correlated with sea surface temperature and air temperature （Tair）, with greater sensitivity to Tair. Thus, atmospheric vapor isotopes measured with high accuracy and good spatial- temporal resolution could act as informative tracers for exploring the water cycle at different regional scales. Such monitoring efforts should be undertaken over a longer time period and in different regions of the world.     

北京市1990—2030年加油站汽油VOCs排放清单

加油站汽油销售量随机动车保有量同步快速增长,并已成为北京市VOCs主要来源之一. 为准确估算加油站VOCs排放,在比较国内外加油站VOCs排放因子的基础上,结合北京市加油站油气治理过程,估算北京市1990—2014年加油站VOCs排放清单,并预测2015—2030年排放清单. 结果表明:①中国、US EPA(美国国家环境保护局)和EEA(欧洲环境署)的加油站VOCs未控制排放因子分别是CARB(美国加州空气资源委员会)排放因子的1.78、1.38和0.85倍;②根据CARB排放因子和北京本地油气治理措施计算得到北京市2003年、2008年和2030年VOCs加权排放因子,分别为2 103、263和80 mg/L,2008年和2030年控制效率分别为2003年的88%和96%;③2003年加油站VOCs排放量达到峰值(5 134 t/a),在北京市实施DB 11/208—2003《加油站油气排放控制和限值》后,2008年VOCs排放量减至1 195 t/a,城六区排放量约占全市的60%;④《北京市2013—2017年清洁空气行动计划》实施后,预测2017年、2022年和2030年的VOCs排放量分别为1 252、976和531 t/a,2030年汽油消费量是1990年的8.8倍,但VOCs排放量仅为1990年的34%. 研究显示,北京市加油站油气回收工作为加油站VOCs减排做出了巨大贡献.      

拟除虫菊酯类农药中间体在鱼体肌肉中的积累和释放行为的研究

本文研究了8种与拟除虫菊酯合成有关的化合物在金鱼和鲤鱼肌肉中的积累和释放行为.实验结果表明,不同鱼种积累同一化合物的程度不同,其差别随着分配系数的增加而显著增加.平衡时的生物富集因子的对数log(BCF)值与分配系数的对数log P值之间有较好的线性关系,其相关方程式为log(BCF)=1.062 logP-1.558(n=8,r=0.975).化合物从鱼体释放到水中的速度符合一级反应动力学公式.释放半衰期的对数log t_(1/2)值亦与log P值相关.其相关方程式为log t_(1/2)=0.784 log P-1.571(n=8,r=0.945).本文结果有助于预测该类有机污染物对环境的影响.     

三峡库区香溪河秋末至中冬CO2和CH4分压特征分析

为揭示三峡库区支流库湾表层水体秋末至中冬CH_4和CO_2的分压特征及其影响因素,于2014年相应时间段在香溪河库湾每天定点定时采取表层水样,利用顶空气相色谱技术测定水中溶解CH_4和CO_2的浓度,通过亨利定律计算CH_4和CO_2的分压,并同步监测相关环境因子.结果表明,表层水体CH_4分压变化范围0.64~4.43 Pa,平均值为(1.69±0.94)Pa,CO_2分压变化范围49.90~868.91 Pa,平均值为(328.48±251.63)Pa.水体CO_2和CH_4分压的变化呈显著负相关(r=-0.618,P0.01),p CH_4和p CO_2与溶解氧、总磷、叶绿素a、p H水温和水位相关性明显,其中p CO_2与各环境因子的相关性较p CH_4更为密切.     

参与光化学反应的物质对UV能量吸收的估算

在对北京紫外辐射(UV)观测资料分析的基础上,提出参与光化学反应的物质对UV能量具有吸收作用.计算了1990年12个月实际天气比晴天UV能量的减少值在64～109 W/m2之间,这一减少受臭氧、"水汽"、气溶胶等因子的衰减分别为39.1～66.3,21.5～36.5,3.2～5.5 W/m2(12月除外),12个月的平均值分别为48.3,26.6,4.0 W/m2.计算结果表明,云天大气对UV能量有衰减,其衰减能量中有26.6 W/m2是"水汽的作用",即参与大气光化学反应的物质对UV能量吸收所造成的,此计算值同国外观测与模式的研究结果比较接近.由于现有模式中还没有考虑这一部分能量,所以造成模式结果与观测结果间较大的差异.      

重庆西部山区典型湖泊水-气界面CO2交换通量及其影响因素

为了解我国西南山区湖泊水体CO_2的释放/吸收特征,于2017年7月对重庆西部山区典型9个湖泊表层水体溶解性无机碳进行调查,并同步监测关键环境因子,运用薄边界层法和静态箱法对其水-气界面CO_2通量[F(CO_2)]进行比较研究.结果表明,渝西山区湖泊夏季表层水p(CO_2)介于2.1~45.0 Pa之间,均值为(18.1±12.1) Pa;模型法和静态箱法计算的CO_2通量均值分别为(-8.0±2.9)、(-3.4±3.6)和(-7.1±22.3) mmol·(m2·d)-1,总体表现出大气CO_2汇的特征.水体p(CO_2)和F(CO_2)与关键环境因子的相关分析,表明表层水p(CO_2)和F(CO_2)与风速和ORP显著正相关,与pH显著负相关.     

膜分离法处理加油站油气的研究

针对加油站收油和发油过程中产生的油气污染,分别采用玻璃态油气截留型PEEK中空纤维膜组件和橡胶态油气渗透型GMT板框式膜组件,在自行设计建造的膜分离设备上,对比考察了2种膜组件和整个膜系统对油气污染治理和回收的效果.结果表明,2种膜系统对VOCs/空气混合气有很好的净化能力,尾气能够达标排放;在富油气返回油罐的模拟加油站实际运行情况的循环实验条件下,尾气也低于25 g·m-3的国标.     

以能量方法研究紫外辐射在大气中的传输

2004年9月～2006年10月,在华北地区4个站点开展了太阳辐射、气象参数等综合观测,得到了紫外辐射UV、总辐射Q等的变化特征.水汽和散射因子对于UV/Q和UV有明显影响.建立了实际天气UV小时累计值(时累)的经验模式,得到了较好的计算结果.水汽因子对于UV在大气中的传输有一定的作用,应给予重视.计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的UV以及占地面UV的比例分别为15.00W.m-2和37.45%,受散射因子衰减到达地面的UV以及占地面UV的比例分别为23.89W.m-2和62.55%.华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中的UV分别为19.30、35.31W.m-2,这一能量损失表现出明显的季节变化和地区差异.敏感性实验表明,地表UV对于水汽和散射因子的变化有不同的响应,UV对散射因子的变化比对水汽因子的变化更敏感.水汽因子与UV之间的关系与水密切相关,水汽项的真正含义是大气中各种物质成分(气、液、固态)对于UV的直接吸收和间接利用(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)的总和.利用经验模式计算了大气顶的UV,计算误差为+7.83%.未来研究中应重视和考虑消耗于大气且与水汽有关的这部分能量.以能量观点分析实测资料并研究大气中的物理化学过程是一种行之有效的方法.