Суточный расход электроэнергии на электролиз

Суточный расход электроэнергии на электролиз составляет:

,(кВт/сутки) [10. с.622]

где I_∑ – суммарная сила тока ванн, А;

U – среднее рабочее напряжение ванн, В;

k΄₁ – коэффициент загрузки оборудования;

k₂ – коэффициент загрузки источника тока;

η_a – КПД выпрямителя;

h – число часов работы в сутки.

Для цинковых покрытий: (кВт/сутки)

Для хромовых покрытий: (кВт/сутки)

Суммарная мощность двигателей на автоматической линии составляет 13,2 кВт

Тепловой расчёт ванн

Определяем расход тепла на разогрев ванны обезжиривания:

, [10, с. 613]

где Q₁ – количество тепла, необходимого для нагрева раствора и материала

ванны, Дж;

, [10, с. 613]

V_в – объем раствора в ванне, м³;

r- плотность раствора, кг/м³;

С_ри С_р1 – удельная массовая теплоемкость раствора и корпуса ванны,

Дж/(кг×К);

М_в– масса корпуса ванны, кг;

t_к – рабочая температура раствора, ^оС;

t_н – начальная температура раствора, ^оС;

Q₂ – расход тепла на компенсацию тепловых потерь ванны в окружающую

среду, Дж;

, [10, с. 613]

q₁ – потери тепла через стенку ванны, Дж;

q₂ – потери тепла при испарении, Дж.

Теплоёмкость электролита рассчитываем по обшей формуле:

 [16, c. 248]

где , , – удельные теплоёмкости компонентов, Дж/кг·К;

, , – массовые доли компонентов.

, [16, с. 248]

где М – молекулярная масса химического соединения;

С₁,С₂,С₃ – атомная теплоёмкость, Дж/кг·атом·К;

n₁,n₂,n₃ – число атомов элементов, входящих в соединение.

 (Дж/кг·К)

 (Дж/кг·К)

 (Дж/кг·К)

Линия цинкования: (кДж)

Линия хромирования: (кДж)

Определяем потери тепла через стенки ванны:

, [10, с. 613]

К – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²×град);

F – поверхность корпуса ванны, м²;

t - принятое время разогрева, с.

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

, [10, с. 613]

где R – сопротивление слоев стенки, м²×град/Вт

 (м²×град/Вт)

d_ст – толщина стенки, м

l_ст – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м²×град

a₁, a₂ – коэффициенты теплоотдачи на граничных поверхностях стенки с

внутренней и наружной средами, Вт/(м²×град)

, [11, с. 27]

где t_ст – температура наружной стенки, ºС.

Коэффициент теплоотдачи a₁ от неподвижной горячей жидкости к стенке зависит от произведения безразмерных критериев Грасгофа Gr и Прандтля Pr:

; , [11, с. 26]

где b - коэффициент объемного расширения жидкости, 1/град;    [16, с. 532]

l – высота стенки ванны, м;

g – ускорение силы тяжести, м /c²;

Δt – разность температур жидкости и стенки, принимаем 3^оС

n - кинематическая вязкость жидкости, м²/с ; [16, с. 517]

m - динамическая вязкость жидкости, (н×с)/м²; [16, с. 516]

С_р – удельная массовая теплоемкость жидкости, Дж/(кг×град); [16, с. 513]

λ - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м²×град); [16, с. 528]

Так как , то a₁ рассчитывается по следующей формуле:

, [10, с. 614]

Обезжиривание на цинковании:

Обезжиривание на хромировании:

Определяем потери тепла на испарение:

[11, с. 27]

где t_в – температура воздуха над поверхностью жидкости, ºС;

F – поверхность жидкости, м²;

υ – скорость движения воздуха над поверхностью жидкости, м/с.

Линия цинкования:

Линия хромирования:

Определяем количество тепла необходимого для поддержания рабочей температуры ванны:

[11, с. 27]

где Q₂ – потери тепла в окружающую среду, Дж;

Q₃ – потери тепла на нагрев деталей на приспособлении, Дж;

Q₄ – тепло, выделяемое электрическим током, Дж;

[11, с. 28]

m₁ – масса загружаемых деталей в ванну за 1 сек., кг;

m₂ – масса загружаемого барабана в ванну за 1 сек., кг;

, [11, с. 28]

М– масса обрабатываемых деталей и барабана за одну загрузку, кг;

τ₁ - продолжительность обработки деталей, с;

Ср₀ – удельная массовая теплоемкость материала деталей, Дж/(кг×град);

Ср_п – удельная массовая теплоемкость материала барабана, Дж/(кг×град);

Линия цинкования:

 = 0,2 (кг за 1 с)  = 0,23 (кг за 1 с)

Линия хромирования:

  0,11 (кг за 1 с)

Расчет Джоулева тепла:

, [15, с. 205]

где I – сила тока на ванне, А;

t_в – время работы ванны, ч;

U – напряжение на штангах ванны; принимаем 6 В

Е_т –напряжение разложения, В;

Е_т – напряжение разложения воды; принимаем 1,48 В [15, с. 205]

Линия цинкования:

Ванна цинкования:

Линия хромирования:

Ванна хромирования:

 

где i_к – катодная плотность тока, А/м²;

i_а – анодная плотность тока, А/м²;

S – единовременная загрузка, м².

Линия цинкования:

Линия хромирования:

Ванна хромирования:

 

3.6 Определение параметров змеевика для подогрева электролита

 

Поверхность нагрева змеевика:

, [11, с. 71]

где k – коэффициент теплопередачи; принимаем 1500

t_ср– средняя температура пара, ˚С;

, [11, с. 71]

τ – время разогрева, с;

t₁ и t₂ – начальная температура пара и электролита, ˚С;

t₃ – температура конденсата, ˚С;

t₄ – конечная температура электролита, ˚С;

 = 79,4 ˚С

Линия цинкования: (м²)

Линия хромирования: (м²)

Принимаем диаметр змеевика d = 0,025 м.

Длина трубы змеевика:

Линия цинкования: (м)

 

Линия хромирования: (м)

 

3.7 Расчет расхода пара

 

Расход парана период разогрева и на поддержание рабочей температуры:

[11, с. 71]

где  - теплосодержание входящего пара:

λ – теплосодержание насыщенного пара, кДж/кг

 - теплосодержание уходящего конденсата:

t₁ – температура уходящего конденсата, ˚С

с_р – удельная массовая теплоемкость воды, кДж/(кг · град)        

Линия цинкования:

(кг)   (кг)

Линия хромирования:

(кг) (кг)

Таблица 8

Результаты тепловых расчетов

Операция	Тепло		Пар		Джоулево тепло, кДж/ч	Длина змеевика м	Объём ванн,  л	Темпе-ратура ºС
	Qраз кДж/ч	Qраб кДж/ч	Qраз кг/ч	Qраб кг/ч
Цинкование
Электро-химическое обезжиривание	103786,7	74463,4	48,9	35,1	10051,2	6,3	614	75
Промывка в теплой воде	87352,6	47684,2	41,1	22,5	–––	5,3	484	50
Итого:	214601,8	122147,6	101,1	57,6
Хромирование
Электро-химическое обезжиривание	96292,2	25551,2	45,4	12,1	2226	5,8	573	75
Хромирование	103415,3	–––	48,7	–––	124582,9	6,2	573	50
Промывка в теплой воде	82118,6	44827,1	38,7	21,1	–––	5,0	455	50
Итого:	281826,1	70378,3	132,8	33,2