Расчет подводимого и отводимого количества теплоты в период работы ванны[4].

Во время работы ванны тепло тратится на покрытие потерь открытым зеркалом раствора ванны Qзерк¹, на потери через стенки ванны Qстен¹, на нагрев деталей, загружаемых в ванну Qдет, на нагрев вновь поступающего раствора Qраст¹и напокрытие потерь, возникающих при перемешивании раствора воздухом Qмеш. Одновременно выделяется Джоулево тепло, возникающее при прохождении через раствор электрического тока Qдж.

Общее количество теплоты для поддержания рабочей температуры Qраб (кДж) составит

Qраб = (Q зерк¹+ Qстенк¹+ Qдет+ Qраст¹ + Qмеш - Qдж) m (15)

С помощью этой формулы определяется необходимость подогрева или охлаждения раствора при данном про­цессе. В случае получения отрицатель­ного результата раствор следует ох­лаждать.

Расчеты проводятся на один час ведения процесса.

Расчет количества теплоты Q зерк¹ (кДж/ч), необходимого для покрытия потерь открытым зеркалом раствора ванны проводится по формуле:

Q зерк¹=F _зерк q₂ (16)

где F _зерк — поверхность открытого зер­кала раствора, м²; q₂ — потери теп­лоты с 1 м² открытой поверхности зер­кала ванны в течение 1 ч, кДж/м^а. Количество теплоты q₂ в зависимости от конечной температуры раствора и скорости движения воздуха над рас­твором ванны определяется по гра­фику, приведенному на рис.16.

Количество теплоты, не­обходимого для покрытия потерь теплоты через стенки ванны Qстенк¹ (КДж/ч), определяется по формуле:

Qстенк¹=F₁ q₃ (17)

где F₁ — поверхность стенок и дна ванны, м²; q₃ — потери теплоты с 1 м² поверхности стенок ванны в течение 1 ч, Кдж/(м²-ч).Количество теплоты q₃ в зависимости от конечной температуры раствора и толщины теплоизоляции определяется по таблице 6.

Количество теплоты, необходимое для нагрева деталей Qдет (кДж/ч), загружаемых в ванну,

составит:

Qдет =М q₄ (18)

где М - масса деталей, загружаемых ванну в течение 1 ч, кг/ч;

q₄ - количество теплоты, требуемое для нагрева 1 кг деталей, кДж/кг.

Количество теплоты q₄ в зависимости от начальной и конечной температуры раствора и материала деталей определяется по графику, приведенному на рис. 17.

Расчет количества теплоты Qраст¹ (кДж/ч), необходимого для нагрева вновь поступающего раствора проводится по формуле:

Qраст¹=V₁q₁ (19)

где V₁ — объем раствора, поступающего в ванну в течение 1 ч, м³/ч;

q₁— количество теплоты, требуемое для нагрева 1 м³ раствора до конечной температуры раствора ванны, кДж/м³.Количество теплоты q₁, в зависимости от начальной и конечной температур и удельного веса раствора, определяется по графику, приведенному на рис. 15.

Расчет количества теплоты Qмеш (кДж/ч), необходимого для покрытия потерь, образующихся при перемешивании рас­пора воздухом ведется по формуле:

Qмеш =М₂ q₅ (20)

где М₂ - количество воздуха, используемого для перемешивания раствора, кг/ч; М₂=0,021V

(V - рабочий объем ванны, л); q₅ - количество теплоты, требуемое для нагрева 1 кг воздуха, кДж/кг. Количество теплоты q₅в зависимости от начальной температуры воздуха и конечной температуры раствора опреде­ляется по графику, приведенному на рис. 18.

Количество теплоты Q дж (кДж/ч), выделяющейся при прохождении элек­трического тока через раствор берется из технологической части дипломного проекта или, в зависимости от силы тока и напряжения, опреде­ляются по графику, приведенному на рис. 19.

Расчет площади греющей поверх­ности парового нагревателя.

Для определения площади греющей поверх­ности нагревательного элемента ванн нужно вычислить площадь греющей поверхности нагревателя ( Fраз_з ), не­обходимую для разогрева раствора от начальной температуры до рабочей, а затем — площадь греющей поверх­ности нагревателя (Fраб). необходимую для поддержания рабочей температуры ванны в период работы, сравнить их и большую принять для оп­ределения длины змеевика или раз­мера коллектора. Расчет диаметра греющего элемента и его длины проводятся по методике предложенной в работе [4].

Расчет поверхности греющего элемента обычно ведут на режим разогрева, так как затраты тепла при разогреве намного больше, чем при работе ванны.

Поверхность греющего элемента при разогреве, (м²) составит:

F_раз = Q_раз^’ /(К_раз × ΔТ_{ср. раз.}), (21)

где К_раз – коэффициент теплопередачи от пара через стенку нагревателя к

раствору, кДж/м²× ⁰С;

Значение Краз в зависимости от средней температуры раствора и материала нагревателя при давлении пара 303 кПа определяется по графику, приведенному на рис. 20.

ΔТ_{ср. раз.} – средняя разность температур в период разогрева, (⁰С) определяется как:

ΔТ_{ср. раз.} = (Т – Т_нач)/ 2,3 lg[ (Т_п – Т_нач)/ (Т_п – Т)], (22)

где Т и Т_нач – соответственно рабочая и начальная температура раствора, ⁰С;

Т_п – температура насыщенного пара, ⁰С.

Длина змеевика определяется по формуле:

L = F_раз /(π × d_н), (23)

где d_н – наружный диаметр трубы змеевика, (м) берется из рекомендуемых размеров труб змеевиков.

Рекомендуемые трубы для змеевиков:

труба 38x3 ГОСТ 8734-75, материал: сталь Ст. Б20 ГОСТ 8733-74

труба 45x3 ГОСТ 8734-75, материал: сталь Ст. Б20 ГОСТ 8733-74

Труба 38х 3 ГОСТ 9941-72, материал: нержавеющая сталь 08Х22Н6Т

Труба 45х 3 ГОСТ 9941-72, материал: нержавеющая сталь 08Х22Н6Т

Труба 30х2,5 материал титановый сплав ВТ1-00

В целях лучшего теплообмена отношение длины змеевика к внутреннему диаметру трубы при

давлении 303 кПа и средней разности температур ΔТср = 30-40 °С должно быть:

L/dвн= 250 (24)

При других значениях ΔТ_ср рекомендуется принимать

L/dвн= 250*6/√ ΔТ_ср (25)

По формуле

n= (L -2h _ванны)/ 2b_ванны (26)

где h _ванны - высота, а b_ванны - ширина ванны,

определяется число витков для донного змеевика и округляется до целого значения.

Таблица 6

При условии, что расстояние между витками змеевика составляет 2 d_н трубы змеевика длина змеевика на дне ванны примерно составит 2d_н. (3 n-1)_. Эта величина сравнивается с внутренней длиной ванны и проверяется, уберется ли данный змеевик в ванне.

Дата добавления: 2015-07-14