Материал: Грузоведение_Конспект_лекций_укр

116

розчином речовини (наприклад, для цукру, солі – 46¸84 %).

9.2 Теплофізичні властивості вантажів

Для забезпечення схоронності вантажів, особливо гігроскопічних і швидкопсувних, необхідно знати основні закономірності процесів тепло- і масоперенісу в системі «вантаж – середовище – сховище (трюм, склад)». Методи теплофізики дозволяють розробити оптимальні умови зберігання вантажів, ибрати раціональні технічні засоби для їхньої підтримки. Теплофізичні властивості становлять значну частину транспортної характеристики вантажів і багато в чому визначають їхній транспортний стан. Найбільший інтерес представляють способи передачі теплоти, тепло- і температуропровідність, теплоємність, дифузія, масообмін, гігроскопічна й кріоскопічна точки вантажу.

Дифузія – рух часток середовища, що призводить до переносу речовини й вирівнюванню концентрацій або до встановлення рівноважного розподілу концентрацій часток даного сорту (речовини) в середовищі.

Під час відсутності макроскопічного руху середовища, наприклад, конвекції, дифузія молекул (атомів) визначається їхнім тепловим рухом– молекулярною дифузією. У неоднорідній системі (наприклад, газ, рідина) при молекулярній дифузії під час відсутності зовнішніх впливів дифузійний потік(потік маси) пропорційний градієнту його концентрації. Коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом дифузії.

Градієнт (від лат. gradiens – що крокує), вектор, який показує напрямок найбільш швидкої зміни даного скалярного поля.

Теплопереніс (теплообмін) характеризується вирівнюванням температури, а масообмін – вирівнювання концентрації речовини. Концентрація речовини в суміші вирівнюється шляхом молекулярної й конвективної дифузії.

Процес переносу теплоти складається з теплопровідності(кондукції), конвекції та випромінювання. Теплота, як правило, передається всіма способами й цей процес називається теплопередачею. Звичайно є один основний спосіб– який переносить більше, так для сухих вантажів– теплопровідність; рідких – конвекція; радіація (випромінювання) протікає між частками вантажу й на його поверхні.

Конвекція (від лат. convectio – принесення, доставка), переміщення макроскопічних часток середовища (газу, рідини), яке призводить до перенесення маси, теплоти й ін. Розрізняють природну (вільну) конвекцію, викликану неоднорідністю середовища (градієнтами температури і щільності), і вимушену конвекцію, викликану зовнішньою механічною дією на середовище.

Процес поширення теплоти пов'язаний з розподілом температури в тілі або середовищі. Сукупність миттєвих значень температури у всіх точках тіла в цей момент часу називається температурним полем. Якщо температура в будь-якій точці тіла згодом не міняється і є функцією тільки просторових координат, то поле називається стаціонарним. Якщо температура залежить від часу, то поле називається нестаціонарним. З'єднавши всі точки поля з однаковою температурою, одержимо ізотермічну поверхню.

Теплота поширюється від однієї ізотермічної поверхні до іншої по нормалі

117

у бік зниженої температури.

Нормаль (від лат. normalis – прямий) до кривої лінії (поверхні) в даній її точці, пряма, що проходить через цю точку і перпендикулярна до дотичної прямої (дотичній плоскості) в цій точці.

Відповідно до основного закону теплопровідності, кількість енергії що переноситься прямо пропорційна градієнту температури, а коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом теплопровідності (l).

Для того щоб у процесі взаємодії із зовнішнім середовищем змінилася температура вантажу, необхідно або підвести до нього певну кількість теплоти, або відвести від нього теплоту.

Істина теплоємність – відношення кількості підведеної (відведеної) до тіла теплоти (Q) до викликаної цім зміни температури (t)

С = dQ / dt.

Поширення теплоти в середовищі (вантажі) визначається трьома фізичними характеристиками: теплопровідністю (l), теплоємністю С та об'ємною масою

(r)

А = l / (r × С).

Величина (А) характеризує теплоінерційні властивості речовини та визначає швидкість його нагрівання(охолодження) й називається коефіцієнтом температуропровідності.

Процеси тепло- й масообміну взаємозалежні. Речовина переміщається у бік зменшення градієнта температури. Це переміщення вповільнюється з ростом тиску.

Кріоскопічною точкою вантажу називається температура, при якій його рідкі фракції починають викристалізовуватися у вигляді льоду.

9.3 Токсична й інфекційна небезпека

Розглядається вплив небезпечних факторів які призводять до травм, шкідливим захворюванням й ін. Шкідлива речовина – яка в контакті з організмом людини при порушенні вимог техніки безпеки може викликати професійніза хворювання або відхилення в стані здоров.'яЗа ступенем впливу на організм, шкідливі речовини ділять на 4 класи: надзвичайно небезпечні; високо небезпечні; помірковано небезпечні; мало небезпечні.

ØГранично-припустима (допустима) концентрація (ГДК) – це максимальна концентрація речовини в атмосфері, яка віднесена до певного часу усереднення, що при періодичному впливі або протягом всього життя людини не -ро бить на нього шкідливого впливу, включаючи віддалені наслідки, а також на навколишнє середовище в цілому. Тобто, якщо говорити про робоче місце, це максимальна концентрація речовини в атмосфері, яка на протязі робочого часу(8 годин або робочої зміни) впродовж всього трудового стажу(наприклад, 35 років) не робитиме на людину шкідливого впливу. Якщо це не дотримується, то скорочується тривалість робочої зміни і (або) величина трудового стажу.

TLm – концентрація г/м3 (частках на мільйон), що вбиває 50 % контрольної групи організмів протягом короткого часу (звичайно 96 годин).

LD50 – доза при контакті мг/кг (міліграм речовини на кілограм маси орга-

118

нізму), що вбиває 50 % контрольної групи організмів протягом короткого часу. LC50 – концентрація при вдиханні мг/м3, що вбиває 50 % контрольної гру-

пи організмів протягом короткого часу.

ØШкідливі речовини можуть проникати в організм людини через дихальні шляхи, травну систему, шкіру.

За характером впливу шкідливі речовини бувають: загальнотоксичні, дратівні, сенсибілізуючі (підсилюють вплив інших), канцерогенні (викликають рак), мутагенні (викликають мутації), що впливають на репродуктивну функцію й ін.

Транспортна небезпека – сукупність властивостей вантажу, які визначають його здатність впливати на організм людини в процесі транспортування. Транс-

що характеризує ступінь токсичності речовини залежно від концентрації, температур кипіння речовини й навколишнього середовища. Концентрація токсичних парів залежить від температури. Температурний поріг токсичності визначає ступінь небезпеки речовини:

üперший ступінь токсичності – нижче –10°C; üдругий ступінь токсичності – від –10 до +32°C; üтретій ступінь токсичності – від +32 до +70°C.

Інфекція – укорінення й розмноження в організмі людини або тварини хвороботворних мікробів Ця небезпека виникає під час перевезення тварин, птахів, сирих тваринних продуктів, рослин, бактеріальних препаратів й т. п.

9.4 Пожежонебезпека

Пожежонебезпекою називається неконтрольоване горіння поза спеціального вогнища, яке наносить матеріальний збиток. Пожежонебезпечна речовина – яка сприяє виникненню або розвитку пожежі. Пожежонебезпечні речовина за здатністю горіння в повітрі діляться на пальні, важко пальні, не пальні.

До пальних відносяться речовини здатні горіти після видалення джерела запалення. Важко горючі (важко пальні) запалюються (горять) тільки під впливом постійного джерела запалення. Не горючі (не пальні) – не горять на повітрі.

©Виникнення й протікання процесу горіння можливо при наявності: пального речовини, окислювача й джерела запалення (займання). Горюча речовина й окислювач повинні бути нагріті до певної температури джерелом запалення. У сталому процесі горіння постійним джерелом запалення є зона горіння. Горюча речовина й окислювач повинні перебувати в певному кількісному співвідношенні.

©Процес горіння складається з декількох стадій: перехід (рос. возгонка, наприклад, сублімація, випар) у пари, газ (тверді й рідкі); утворення суміші; окислювання суміші; самозапалювання суміші; горіння суміші з виділенням теплоти. У процесі випару(сублімації) частина теплоти відводиться(губиться), тобто, випар – процес ендотермічний, тобто поглинає тепло. Якщо теплоти більше надходить, чим відводиться то горіння стале.

Випар – перехід рідини в пару з вільної поверхні при температурі менше

119

температури кипіння.

Сублімація (від латів. sublimo – підносити), перехід речовини з твердого в газоподібний стан, минаючи стадію рідини (фазовий перехід першого роду). Для сублімації до речовини необхідно підвести енергію, звану теплотою сублімації.

©Самозаймання (самозапалення) – різке прискорення швидкості екзотермічної реакції окислювання. Температура самозапалення – мінімальна температура при якій починається процес самозапалення, тобто кількість теплоти що виділяється (тепловиділення) не менш тої що відводиться (тепловідведення).

©Запалення (займання) – виникнення полум'яного горіння під впливом джерела запалення. Самозапалення відбувається всім об'ємом, а запалення – частиною об'єму. Температура запалення – мінімальна температура, при якій речовина виділяє таку кількість парів і газів та з такою швидкістю, при якій вони запалюються від джерела запалення й продовжують стійко горіти.

Період індукції – час від активного самонагрівання до запалення. Мінімальна температура при якій починається самонагрівання– температура самонагрівання. Якщо температура самонагрівання речовини менше50°С, то вона пі-

рофорна.

Самозаймання буває теплове, мікробіологічне, хімічне. Теплове – самозаймання що викликане самонагріванням під впливом зовнішніх температур, які вище температури самонагрівання. Мікробіологічне – життєдіяльністю мікроорганізмів. Хімічне – протіканням хімічних реакцій у масі вантажу.

ØДжерелом запалення може бути: нагріте тіло, полум'я, електрична дуга, екзотермічна реакція, прояв механічної енергії (наприклад, удар, стиск, тертя й ін.), зона горіння при сталому процесі горіння, розряд статичної електрики й ін.

©Нижня концентраційна межа запалення(НКМЗ) – така мінімальна концентрація речовини, при якій відбувається запалення від джерела запалення та полум'я розповсюджується на весь його об'єм. Верхня концентраційна межа запалення (ВКМЗ) – максимальна концентрація при якій все ще відбувається запалення. Між ними – область запалення (займання).

При горінні газів, парів, пилу велика швидкість горіння, тому межі запалення іноді називають межами вибуху(НКМВ, ВКМВ). Область горіння для газу, парів, пилу може бути в кожній частині суміші. Речовина більш небезпечна, чим менше НКМЗ і більша область запалення. Крім концентраційних меж застосовують і температурні (НТМЗ, ВТМЗ), тобто такі температури при яких досягається відповідні НКМЗ і ВКМЗ.

Для ЛЗР (ЛЗТ) температура запалення більше температури спалаху на 1¸5°С, для горючих – на 30¸50° С. Температура спалаху прийнята за основу класифікації ЛЗР (ЛЗТ) за ступенем пожежної небезпеки.

9.5 Небезпека статичної електрики

Статична електрика – сукупність явищ, пов'язаних з виникненням і різним проявом електричних зарядів на поверхні діелектриків або ізольованих провідників.

Для наливних вантажів можлива електризація рідин з низькою електропровідністю при перекачуванні по трубопроводу. Це відбувається через нерів-

120

ність хімічних потенціалів рідини й твердого тіла(труби), на границі розділу утворюється подвійний електричний шар. Іони одного знака накопичуються на стінках труби, іншого виносяться з потоком і накопичуються в прийомної ємності. Нагромадження заряду відбувається поки напруженість поля не досягне критичного значення, після чого відбувається пробій.

Для навалювальних – при переміщенні, особливо при перевантаженні за допомогою машин безперервної дії.

Напруженість поля – відношення різниці потенціалів до розміру проміжку між наелектризованими тілами, наприклад, для повітря воно дорівнює30 тис. В/см.

Причиною запалення через статичну електрику може послужити: üіскровий розряд із заряджених діелектричних матеріалів; üрозряд із зарядженого незаземленого встаткування;

üрозряд з людини. Наприклад, потенціал людини в діелектричному взутті відносно Землі – 10 тис. В, енергія розряду 10 мДж. Цього досить для вибуху або запалення ряду речовин.

Для прояву статичної електрики необхідно: üнаявність джерела зарядів; üнагромадження зарядів на контактуючих поверхнях;

üелектричний розряд у горючому середовищі; üдостатність енергії електричного розряду для запалення в даному сере-

довищі.

Профілактика – відсутність хоча б однієї із цих умов. Усунення цих умов можливо досягнути наступним шляхом:

üне допускати розбризкування вантажу; üвідсутністю повітря в трубопроводах; üзаземленням;

üнадійним електричним контактом у з’єднаннях трубопроводів.

Найбільш ефективним і розповсюдженим методом запобігання виникнення проявів статичної електрики є заземлення.

9.6 Вибухонебезпечність і детонація

Вибух – звільнення великої кількості енергії в обмеженому об'ємі за короткий проміжок часу. Вибух призводить до утворення сильно нагрітого газу з дуже високим тиском, який при розширенні здійснює механічний вплив(тиск, руйнування) на навколишні тіла. У твердому середовищі він супроводжується її руйнуванням і дробленням.

Вибухи відбуваються за рахунок звільнення: ©хімічної енергії, головним чином вибухових речовин; ©внутрішньоядерної енергії – ядерний вибух;

©електромагнітної енергії, наприклад, іскровий розряд, лазерна іскра й ін.; ©механічної енергії, наприклад, при падінні метеоритів, виверженні вул-

канів й ін.

В Вантажознавстві розглядається хімічна енергія– самопоширення хімічного перетворення речовини, яке протікає з великою швидкістю й супроводжу-