Расчет нагревательных элементов

При проектировании нагревательных элементов необходимо выполнить следующие тепловые расчеты.

1. Определение количества теплоты, необходимого для нагрева растворов в период разогрева и установившегося режима работы ванн, а также количества теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через раствор.

2. Определение греющей поверхности нагревателя.

3. Определение расхода пара или электроэнергии [4 ].

Для практических целей достаточно рассчитать нагре­ватель только по главнейшим статьям расхода теплоты, но с небольшим запасом по мощности. Для оценки всех статей расхода тепла необходимо учитывать как теплотехнические характеристики растворов, материала ванн, окру­жающего воздуха, так и условия проведения процесса. В реальных галь­ванических цехах при подогреве ванн наиболее часто встречаются сле­дующие условия:

Упрощенный расчет нагревательных элементов может базироваться на следующих условиях:

- температура воздуха в помещении цеха 20 °С;

-разогрев ведётся от начальной температуры раствора 20°С до ра­бочей температуры не выше 70°С;

- принудительная вентиляция со скоростью протока воздуха над зеркалом раствора порядка 6 м/с;

- отсутствие какого-либо укрытия зеркала раствора (крышек, по­плавков, пены и т.п.);

— отсутствие тепловой изоляции стенок ванны.

Для упрощения расчёта пренебрегаем потерями теплоты на нагрев анодов и деталей, а также потерями теплоты при перемешивании рас­твора сжатым воздухом, но зато пренебрегаем и поступлением джоулевой теплоты, полагая, что в подавляющем большинстве случаев эти ве­личины малы по сравнению с основными статьями теплового баланса.

Согласно [1,9] количество теплоты (кДж), которое следует подводить каждый час к ванне, при наличии принудительной вентиля­ции составит:

Q = 270m/τ+ 610S +130 000 F/τ (2)

а при отсутствии принудительной вентиляции

Q = 270m/τ+ 610S (3)

где m - масса раствора в ванне, кг; τ - время разогрева ванны до рабочей температуры, ч (обычно г = 1 - 3 ч); S - площадь стенок и дна ванны, м²; F - площадь зеркала раствора, м².

Д ля нагрева раствора ванны с 20 до 70°С насыщенным паром под давлением 0,2 МПа (2 атм) расчёт размеров парового нагревательного змеевикаможно произвести по следующим приближённым уравнениям:

длина (м) трубы змеевика

L=0,037 √Q (4)

внутренний диаметр (мм) трубы змеевика

а =0,044√Q (5)

где Q - количество теплоты (кДж), которое нужно подводить к ванне за каждый час разогрева, вычисляемое по уравнению (2) или (3).

Полученный из уравнения (5) расчётный внутренний диаметр трубы заменяют ближайшим большим из предусмотренных стандарта­ми на трубы.

Если нагрев ванны ведется до 90-100°С следует увеличить расчетную длину трубы змеевика в полтора раза.

С учётом рекомендаций [ 1 ] о выборе объёма паро­водяной рубашкив пределах 40-60 % от объёма рабочего раствора приближённый расчёт трубы барботёра, достаточно точный для практических целей, проводится по аналогичным формулам, что и предыдущий, но коэффициент при втором члене уравнений здесь будет больше из-за наличия пароводяной рубашки:

Количество теплоты Q (кДж), которое нуж­но подводить к ванне ежечасно, чтобы разогреть её за т часов до рабо­чей температуры 70°С определяется по формулам (6 и 7):

при наличии принудительной вентиляции

Q = 270m/τ+ 38100S +130 000 F/τ (6)

при отсутствии принудительной вентиляции

Q = 270m/τ+ 38100S (7)

где т - масса раствора в рабочей ванне, кг, S - площадь поверхности стенок и дна рабочей ванны, м², F - площадь поверхности зеркала рас­твора в рабочей ванне, м², τ - продолжительность разогрева ванны до рабочей температуры, ч.

Внутренний диаметр (мм) трубы барботёра, спо­собной пропустить нужное часовое количество воды с паром, при условии, что вода после смешивания с паром входит в барботёр при 100°С, а выходит из рубашки при 80 °С, рассчиты­вается по формуле

d =0,054√Q (8)

где Q - количество теплоты (кДж), которое необходимо подвести к ван­не за каждый час разогрева, вычисляемое по уравнению (6) или (7) [1 ].

Примерный расход пара для различных способов нагрева приведен в таблице 5 [1 ].

Если фактические условия работы ванны существенно отличаются от вышеуказанных, то рекомендуется вести расчёт не по приведенным выше упрощенным уравнениям, а составить полный тепловой баланс.

Таблица 5

Дата добавления: 2015-07-14