Определение расхода теплоты на разогрев ванны

Количество теплоты Q, необходимое для разогрева ванны, складывается из расхода Q₁ на разогрев раствора, материала и футеровки ванны и расхода Q₂ /2 на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду (принимается, что в процессе разогрева тепловые потери в 2 раза ниже):

, (4.1)

Величина Q₁ определяется:

, (4.2)

где V₁,с₁,γ₁ – соответственно объём, удельная массовая теплоёмкость и плотность нагреваемого раствора;

с₂ , с₃ – теплоёмкости материалов корпуса ванны и футеровки (для стали – около 500 Дж/ кг · К, для пластиката – около 1470 Дж/ кг· К);

m₂ , m₃ – массы корпуса ванны и футеровки;

t_К , t_Н – конечная и начальная температуры раствора.

Количество теплоты на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду складывается из потерь теплоты Q₃, нагретой жидкостью через стенки ванны, и потерь те

Лист

ТПЖА.443214.072.ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

плоты Q₄ через зеркало электролита:

, (4.3)

Потери теплоты через стенки ванны:

, (4.4)

где τ_р – время разогрева ванны ;

F_К – поверхность корпуса ванны.

, (4.5)

где F_З – поверхность зеркала электролита.

Величина удельных потерь теплоты q₃ (Вт/ м²) через стенки ванны в интервале температур в ванне t = 40 – 100 ⁰С равна:

, (4.6)

Величина удельных потерь теплоты q₄ (Вт/ м²) через зеркало электролита в интервале температур в ванне t = 40 – 100 ⁰С могут быть вычислены по эмпирическому уравнению:

, (4.7)

Для примера приведен расчет одной из ванн теплой промывки.

Рабочий объём ванны:

Объем корпуса ванны:

, (4.8)

где d_Ме - толщина стенки корпуса ванны, принимается d_Ме=0,004 м.

Масса корпуса ванны:

, (4.9)

где r_к - плотность корпуса ванны (для стали r_к =7,8 кг/дм³ ).

Поверхность футеровки равна поверхности ванны:

Лист

ТПЖА.443214.072.ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

Объем футеровки:

, (4.10)

где d_Фут - толщина футеровки корпуса ванны, принимается d_Фут=0,004м²

Масса футеровки:

, (4.11)

где r_Фут – плотность футеровки из пластиката, r_Фут =1,5 кг/дм³

При толщине изоляционного слоя 50мм b₀ = -24,85 и b₁ =1,357.

Q₂ = 11124 кДж

Определение расхода теплоты на поддержание рабочей температуры.

Лист

ТПЖА.443214.072.ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

Для ванны промывки в теплой проточной воде, снабженной нагревательным устройством, величину Q_раб рассчитывается как:

, (4.12)

Q₅ – расход теплоты на нагрев приспособлений с деталями.

, (4.13)

Где c₄ и c₅ - удельные теплоемкости материалов приспособления и

обрабатываемых деталей, c₄=500 ; c₅=500 ;

m₄ и m₅ - массы подвески и обрабатываемых деталей одной единичной загрузки;

- количество загрузочных единиц, обрабатываемых в ванне за 1 час.

Масса подвески m₄ приближённо рассчитывается, исходя из габаритов подвески. Пусть подвеска изготовлена из стальных прутков диаметром 10 мм. Тогда находим объём стальной подвески:

, (4.14)

где - высота подвески, = 700 мм;

- длина подвески, = 950 мм;

n_ряд – число рядов на подвеске, n_ряд=4.

м³.

Масса стальной подвески m₄:

m₄ =r_ст ^.V_ст , (4.15)

m₄ = 7800 ^. 22,294×10^-4 = 17,39 кг.

Массу стальной подвески вместе с крючками примем округленно равной m_{4 =} 18 кг. Масса двух подвесок будет равна 36 кг.

Определяем массу обрабатываемых деталей одной единичной загрузки по формуле:

, (4.16)

где - масса детали, =0,0146 кг;

- число деталей на по

Лист

ТПЖА.443214.072.ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

двеске, =166 шт.

кг.

Масса деталей на двух подвесках будет равна 4,84 кг

- расход теплоты на нагрев воды, поступающей в ванну.

, (4.17)

Где - часовой расход, теплоемкость и плотность промывной воды, ;

t_к и t_н - конечная и начальная температуры воды.

Расчет змеевика

Паровой змеевик - наиболее широко применяемое нагревательное устройство гальванических ванн. При разогреве ванны интенсивность тепловыделения значительно выше, чем в период поддержания рабочей температуры. Поэтому параметры змеевика рассчитываются исходя из величины Q_раз.

Поверхность змеевика S_зм равна:

, (4.18)

где К - коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к нагреваемому водному раствору;

Лист

ТПЖА.443214.072.ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

Δt_ср - средний температурный напор;

τ_р - время разогрева ванны.

Величина К зависит от характера движения жидкости в ванне, толщины трубы змеевика, наличия на ней продуктов коррозии и загрязнений.

Средний температурный напор вычисляется как:

(4.19)

где t_Н^П и t_Н – соответственно начальные температуры пара и нагреваемого раствора;

t_К^конд и t_К – конечные температуры конденсата и раствора.

После расчета теплоотдающей поверхности змеевика можно рассчитать его длину L_зм предварительно задавшись наружным диаметром трубы d, принимаем d = 21 мм.

(4.20)

Для примера приведен расчет змеевика для ванны теплой промывки:

,

,

Расход пара в период разогрева составит:

, (4.21)

где I_п и I_конд - соответственно удельное теплосодержание (энтальпия) греющего пара и конденсата ( ; ).

.

Часовой расход пара на поддержание рабочей температуры будет равен:

, (4.22)