1、课后习题解答 张建军解： （1）同时暴露在这三个单元中，风险将是叠加的，则 FAR（总）=FAR(1)+ FAR(2)+ FAR(3) =0.5+0.3+1.0 =1.8 （2）由FAR定义知FAR与暴露时间有关，则有 FAR（总）= FAR(1)*t1+ FAR(2)*t2+ FAR(3)*t3 =0.5*20%+0.3*40%+1.0*40% =0.62解：查课本表1-4可知，FAR(开车)=57 死亡/10 8 小时，FAR(飞 机)=240 死亡/10 8 小时 开车旅行暴露时间=2800/50=56h 飞机旅行暴露时间=4.5h 则 FAR(开车)=56/10 8 *57=3.191
2、0 -5 FAR(飞机)=4.5/10 8 *240=1.0810 -5 可知FAR(开车) FAR(飞机) 所以坐飞机旅行比较安全。解：由题意做计算可得下表 （mg/L) 昆虫数 量 受影响的数 量 鱼藤酮的剂 量的自然对 数 受影响昆虫百分 比（%） 概率(表2-4) 概率（拟合 公式） 误差 （%） 10.2 50 44 2.32 88.00 6.18 6.36 2.91 7.7 49 42 2.04 85.71 6.08 5.85 -3.86 5.1 46 24 1.63 52.17 5.05 5.09 0.82 3.8 48 16 1.34 33.33 4.56 4.55 -0.15
3、 2.6 50 6 0.96 12.00 3.82 3.85 1.01 04 90-上述表格数据中概率一列的数据可由课本第二章31页中 表2-4 百分比与概率的转换查得，或者也可以使用课本中公式（2-4） 推导： （1）受影响的百分比-鱼藤酮剂量的自然对数的关系图如下 1.2 1.8 2.4 0 30 60 90 受影响昆虫百分比 ( % ) 对数鱼酮藤的剂量 ( m g / L )（2）受概率-鱼藤酮剂量的自然对数的关系图如下 得拟合曲线方程Y=1.84*X+2.09，Y-概率，X-鱼藤酮剂量的自然对数，代入 数据可得上表中概率(拟合公式计算)列的数据和误差(图2-9或式2-6)列的数 据。
4、解：由2-2结果可知Y=1.84*X+2.09，Y-概率，X-鱼藤酮剂 量的自然对数，可知概率常数为k 1 =1.84，k 2 =2.09 当死亡人数为50% 时，由表2-4得到概率Y=5.0，代入公式 可解得鱼藤酮剂量为 4.86mg/L 所以 LC 50 =4.86mg/L解：查课本表2-8（各种化学物质的TLVs和PEL值） 可知：四氯化碳的TLV-TWA为 1010 -6 ，1,1-二氯乙烷的TLV-TWA为 10010 -6 由混合物的计算公式有 空中混合物的整体浓度为（4+25）10 -6 =2910 -6 44.6210 -6 所以没有超过。 10解：甲苯的相对分子质量为92，以
5、水作为参考物质，由式（3-18）估算 传质系数可得 有甲苯饱和蒸气压计算公式 得85=302.59K=544.67 0 R下，甲苯的饱和蒸气压P sat =35.65mmHg=0.047atm 液池面积 （P66给出） 蒸发速率式3-12甲苯相对密度为0.866（由习题3-16给出），42gal=0.159m 3 ， （1）桶内甲苯蒸发完的时间为: （2）以k作为参考常数，由式3-14有 k的值在0.51.0之间，根据k的值，桶附近甲苯的浓度在(6303150)10 -6 之间变化，具体数值去采样分析. 866kg/m 3 *0.159m 3解：模型可以简化为补充入氮气的同时，贮罐内的空气被排
6、出于贮罐外 1000ft 3 （1）V O2 % = 19.5%，代入公式，可解得V N2进 =71.432 ft 3 （2）V O2 =16%，代入公式，可解得V N2进 =238.1 ft 3液体通过孔洞流出模型，参考例题4-1 对于圆滑的孔洞，取C 0 =0.61，代入式4-7解：液体通过孔洞流出模型，解法同上题，参考例题4-1假设压降随管道均 匀下降，则孔洞处的表压为 则有 50psig 40psig 100ft 43ft33 mm 22 2 t 22 2 =0.9 62.4 lb /ft =56.16 lb /ft d3 . 1 41 0 0 A = = 7850ft 44 d3 .
7、 1 46 i n A= = 0.196ft 44 原油密度 贮罐的横截面积 贮罐上管道的横截面积 解：液体通液体通过贮罐上的孔洞流出模型，参考例题4-2 贮罐与大气相通，表压 取 以使所计算的流量最大， 则所有原油泄漏完的时间（式4-20） 所以有足够的时间进行补救措施。 g=32.17ft/s 21.当t=30min， 则泄漏的原油的体积为 2.原油刚泄露时的初始流率最大，即当t=0时，有最大流率 假如以初始速率泄漏，则最大泄漏量 3 / 12006.09ft VQ mt 式4-18 式4-19 有两种方法可以估算原油的最大泄漏量：解： 1.贮罐破损等造成释放 2.贮罐阀门失效导致泄漏 3
8、.阀门调节不当导致泄漏 4.调节器失效导致泄漏 5.软管老化导致泄漏等。解： 1.污染甲苯、干净甲苯和污染水的溢出 2.供给管线的泄漏 3.干净甲苯或污染水管线的泄漏 4.离心提取器的泄漏 5.泵的泄漏 6.阀门的泄漏解：由表5-1可知大气等级为B，X Y 风向X 7 0 30 0 203 0 183m Y15m的颗粒可假设使用中性浮力扩散模型，而气体自烟窗连续排放为为典 型的烟羽模型，故本题采用Pasquill-Gifford扩散模型，以水泥厂的烟囱为原 点风向为轴建立坐标系后取样站的坐标为： x=1500cos7=1489m y=500sin7=183m z=0 稳定点源Qm=750 lb
9、/h=340.194 kg/h=94.498 g/s 水泥厂一般会建在远离城市的地方，所以假设该环境为农村环境 大气稳定度等级为B，由表5-2有，扩散系数 y=0.16x(1+0.0001x) -1/2 =222.24m z=0.12x=178.66m根据情况13：由公式5-50 可得取样站的浓度为(1488.82, 182.80,0)=1.7810 -4 g/m 3解：由题意可知，Qm=100 lb/s=45.359 kg/s v 风 =6 mile/h=9.656 km/h=2.68 m/s 采用Pasquill-Gifford扩散模型，假设环境为农村环境，以泄漏点为原点、风 向为X轴建立
10、坐标系，假设氨气连续泄漏制定紧急计划，必须考虑到最坏的情形，由图5-1012可知大气稳定度等 级为A时，扩散系数最大，此时最有利于氨气扩散，根据情况12和表5-2有： 扩散系数y=0.22x(1+0.0001x) -1/2 ，z=0.20x (x, y,z)=50010 -6 由上述公式，假设大气压为1atm，温度为25，由式2-7得 3 / C m mg C X ppm 单位10 -6 转化为mg/m 33 6 - 1/2 - m kg/m 10 * 347.46 2.68m/s * 0.20 * ) 0.0001 (1 0.22 * 59kg/s 3 . 45Q x x x u (x, y
11、,z) C y x 求下风向人员撤离（下风向烟羽中心的浓度），所以令y=z=0，由式5-48 解上述方程得x=602.53 m甲醇闪点：12.2 0 C=285.6 K 从蒸汽压表（附录E）可知，甲醇闪点的压强为 29 . 34 55 . 3626 5875 . 18 l 甲醇 T nP mmHg P 62 甲醇 根据Raoult定律 sat xP P 混合 甲醇 mmHg x P P sat 124 5 . 0 62 / 甲醇 混合 29 . 34 55 . 3626 5875 . 18 l 混合 T nP sat 所以混合溶液的闪点， 74 . 13 4 . 3626 3 . 34 混合
12、T C K T o 2 . 25 298 LFL UFL 正己烷： 1.2 7.5 甲烷： 5.3 15.0 乙烯： 3.1 32 丙酮： 3.0 13.0 二乙醚： 1.9 48.0对于a组： %V y i （为组分占可燃物质部分的摩尔分数） 正己烷： 0.5 0.5/2.0=0.25 甲烷： 1.0 1.0/2.0=0.50 乙烯： 0.5 0.5/2.0=0.25 丙酮： 二乙醚： 由公式6-2和6-3，算得LFL和UFL分别为： % 6 . 2 1 . 3 25 . 0 3 . 5 5 . 0 2 . 1 25 . 0 1 1 i i LFL y LFL % 4 . 13 32 25
13、. 0 15 5 . 0 5 . 7 25 . 0 1 1 i i UFL y UFL b,c,d组计算 方法相同（6-4 ） ) 25 ( Hc 0.75 - 25 T LFL LFL TEM （6-5 ） ） （ 25 - T Hc 75 . 0 25 UFL UFL TEM 根据公式6-4和6-5： 从附录B可查得燃烧热 数据： 正己烷：4194.5 Kj/mol=1002 kcal/mol 甲烷: 890.3 Kj/mol=212.8 kcal/mol 乙烯: 411.2 Kj/mol=337.3 kcal/mol 代入式6-4和式6-5得到 LFL 50 =2.56%，UFL 50
14、=13.44% LFL 75 =2.51%，UFL 75 =13.48% LFL 100 =2.47%，UFL 100 =13.5% Hc 作图150 ft 3 空气 温度T=80 0 F=540 0 R （1）由式7-15 10 20 ln V CC Qt v CC 3 457 0 1 0 21 ln 150 ft （2） 使用公式7-6和7-7分别计算惰化次数和所需氮气量 第一次N 2 加压后氧气的浓度 02 . 0 ) 7 . 14 140 ( 7 . 14 21 . 0 ) ( 21 . 0 0 0 psia psia P P y H29 . 0 7 . 154 / 7 . 14 ln
15、 ) 02 . 0 / 01 . 0 ln( / ln / ln 0 psia psia P P y y j H L j 代入公式7-6 L 3 L j0 0 H PV n RT yy y n H PV RT 3 3 L 0 H P y P j j j 所以一共需要1.29次，即2次N 2 加压过程 由公式7-7 Nz H L V nj PP RT V 总 Ib mole Ib R R mole Ib ft psia ft psia 8 . 202 24 . 7 540 / 73 . 10 150 7 . 14 7 . 154 2 0 0 3 3 ） （1）由公式7-6： L 3 L j0 0
16、 H PV n RT yy y n H PV RT 3 3 L 0 H P y P j j j 837 . 0 760 / 20 ln ) 21 . 0 / 01 . 0 ln( / ln / ln 0 j mmHg mmHg P P y y j H L j 所以只需要一次 （2）由公式7-12： j L j OXY j OXY H P yy yy P 0) 009 . 0 21 . 0 ( ) 760 20 ( 009 . 0 01 . 0 j mmHg mmHg ） （ 46 . 1 760 20 ln ) 201 . 0 001 . 0 ln( j 需要两次真空惰化min / 100 m
17、in / 5 . 0 200 2 2 gal ft gal ft 所需要的全部水量： 喷头数量： 2 min / 50 min / 100 gal gal 功率= hp s Ib ft gal ft s gal ft in in Ib 37 . 4 550 / 2406 2406 48 . 7 60 min min / 100 144 75 3 2 2 2 a. PD 泵；b. 交换器的冷凝水管线；c. 蒸馏塔和再沸器；d. 水蒸气管线，（1）系统失效导致的过热模型有： a. 阀门失效不可关闭，热电偶互锁不能阻止气体流动。 b. 互锁在阀门开启时失效。 c. 恒温器失效在阀门开启状态，互锁失效
18、在TT High 状态。 d. 恒温器失效在阀门开启状态，热电偶在监测高温时失效。 （2）推荐使用正常关闭措施。 （3）（1）a和（1）b是最可能的失效模式。 （4）a. 在指示灯旁安装一个带有互锁装置的热电偶，当指示灯亮了后，阀 门关闭。 b. 在烟囱内安装一个可燃气体检测器可以用来关闭烟囱，如果监测到 可燃气体达到一定浓度就将烟囱关闭。a) 与门并联 （1）顶事件概率 （2）最小割集 1 2 （3）失效概率 b) 或门串联 （1）顶事件概率 （2）最小割集 1 2 （3）失效概率 ) 2 ( ) 1 ( ) ( P P T P 02 . 0 2 . 0 1 . 0 ) 2 ( ) 1 (
19、) ( P P T P ) 2 ( ) 1 ( - ) 2 ( ) 1 ( ) ( P P P P T P 28 . 0 02 . 0 2 . 0 1 . 0 ) 2 ( ) 1 ( - ) 2 ( ) 1 ( ) ( P P P P T Pc) 先与门并联后或门串联 （1）顶事件概率 （2）最小割集 1 2 3 （3）失效概率 ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 4 ( ) 1 ( - ) 4 ( ) 1 ( ) ( P P P P P P P P P P T P ) 3 ( ) 2 ( ) 4 ( P P P 154 . 0 3 . 0 2 . 0
20、1 . 0 3 . 0 2 . 0 1 . 0 ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 4 ( ) 1 ( - ) 4 ( ) 1 ( ) ( P P P P P P P P P P T P 4d) 先或门串联后与门并联 （1）顶事件概率 （2）最小割集 1 2 1 3 （3）失效概率 4 ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 2 ( ( ) 1 ( ) 4 ( ) 1 ( ) ( P P P P P P P P P P P P P P T P 044 . 0 006 .
21、0 03 . 0 02 . 0 ) 3 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 1 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( ) 2 ( ) 3 ( ) 2 ( ( ) 1 ( ) 4 ( ) 1 ( ) ( P P P P P P P P P P P P P P T Pe) 先或门串联后与门并联 （1）顶事件概率 （2）最小割集 1 3 1 4 2 3 2 4 （3）失效概率 5 6 ) 4 ( ) 3 ( - ) 4 ( ) 3 ( )( 2 ( ) 1 ( - ) 2 ( ) 1 ( ( ) 6 ( ) 5 ( ) ( P P P P P P P P P P T P 1624 . 0
22、) 4 ( ) 3 ( - ) 4 ( ) 3 ( )( 2 ( ) 1 ( - ) 2 ( ) 1 ( ( ) 6 ( ) 5 ( ) ( P P P P P P P P P P T P（2）如果在系统内部加入一个0.01失效/需要的冗余关闭系统，计算失控率。高液位报警器 操作者停止流动 高液位开关系统 B C D 0.01 0.1 0.01 A液位指示器 每年失效4次 0.04 3.96 失效/需要 0.396 3.564 安全 安全 失控 安全 安全 失控 0.00396 0.39204 0.004 0.036 0.00004 0.00396 失控=0.00396+0.00004=0.004次/年 （1）（2） 高液位报警器 操作者停止流动 高液位开关系统 关闭系统 B C D E 0.01 0.1 0.01 0.01 失效/需要 A 每年失效4 次 0.04 3.96 0.396 3.564 0.00396 0.39204 0.004 0.036 0.00004 0.00396 失控=0.00004次/年 0.0000396 0.0039204 0.0000004 0.0000396
