5.10 Тепловой расчёт

5.10.1 Тепловой расчет нагревающихся ванн Определение расхода теплоты на разогрев ванны.

Количество теплоты Q_раз необходимое для разогрева ванны, скла­дывается из расхода Q₁ на разогрев раствора, материала и футеровки ванны и расхода Q₂ на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду:

Q_раз = Q₁ + Q₂ / 2, (5.25)

где Q₂ - тепловые потери при рабочей температуре за время разогрева ванны; принимается, что в процессе разогрева тепловые по­тери в 2 раза ниже. Величину Q₁ определяют как:

Q₁ = (V₁c₁₁ + c₂m₂ + c₃m₃) (t_K – t_H) (5.26)

где:

V₁, c₁, ₁ - соответственно объем, удельная массовая теплоемкость и плотность нагреваемого раствора;

с₁ и с₂ – теплоемкость материалов корпуса ванны и футеровки (для стали - 500 Дж/(кг·К); для пластиката - 1630 Дж/(кг·К));

m₂ и m₃ - массы корпуса ванны и футеровки;

t_к и t_н - конечная и начальная температуры раствора.

Для разбавленных растворов (с общей концентрацией компонентов до 100 кг/м³) допустимо для ориентировочных расчетов принять плотность и теплоемкость воды 1000 кг/м³ и 4180 Дж/(кг·К).

Q₃, а также и Q₄ определяем приб­лиженно путем перемножения величины теплоотдающей поверхности (кор­пуса ванны F_K или зеркала электролита F_з) на величину удельных по­терь теплоты q через стенки ванны или через зеркало электролита и на время разогрева ванны _р:

Q₃ = q₃·F_K·_р , (5.27)

Q₄ = q₄·F₃·_р . (5.28)

Величина удельных потерь теплоты q_з (Вт/м²) через стенки ванны в интервале температур t в ванне 40-100°С равна:

q₃ = b₀ + b₁·t (5.29)

Удельные теплопотери q₄ (Вт/м²) через зеркало электролита в ин­тервале его температуры t=30-100 °С могут быть вычислены по эмпи­рическому уравнению:

q₄ = 82 + 0,0115·t³ (5.30)

Ванна электрохими­ческого обезжиривания:

С_р-ра≈ 4180 Дж/кг·К, _р-ра≈ 1000 кг/м³, габариты ванны 1,2х0,8х0,8 м, _ф= 1,5 кг/см³, _м.в.= 7,8 кг/см³, = 0,04 дм, _р= 3600 с.

V₁ = 1,2·0,8·(0,8 – 0,15)= 0,624 м³ = 624 л,

S_дна= 1,2·0,8 = 0,96 м² = 96 дм²,

S_бок= 1,2·0,8·2 + 0,8·0,8·2= 3,2 м² = 320 дм²,

S_ванны = 96 + 320= 416 дм²,

V_м.в.= 416·0,04= 16,64 дм³, V_м.ф.= 416·0,04= 16,64 дм³,

m_м.в.= 16,64·7,8= 130 кг (сталь 3),

m_ф= 16,64·1,5= 25 кг (пластикат),

Q₁=(0,624·4180·1000+500·130+1630·25)·(80–30)=135703 кДж,

q₃= -183,124 + 7,553·55= 232 Вт/м²,

Q₃= 232·4,16·3600= 3474,4 кДж,

q₄= 82 + 0,0115·55³ = 1995 Вт/м²,

Q₄= 1995·0,96·3600= 6894,7 кДж,

Q₂= 3474,4 + 6894,7 = 10369,1 кДж,

Q_раз= 135703+10369,1 / 2 = 140887,55 кДж.

5.10.2 Расчёт змеевика

Поверхность змеевика S_зм равна:

, где (5.31)

k –теплопередачи от конденсирующегося пара к наг­реваемому водному раствору;

t_ср - средний температурный напор;

_р - время разогрева ванны (3600 с).

Коэффициент k зависит от характера движения жидкости в ванне, тол­щины трубы змеевика, наличия на ней продуктов коррозии и загрязне­ний. В случае свободного движения электролита к=1000 Вт/м²·ч.

Средний температурный напор вычисляют как:

, (5.32)

где t^п_н и t_н - соответственно начальные температуры пара (130С) и нагреваемого раствора (20С):

t^к_к и t_к - конечные температуры конденсата (110С) и раствора (80С).

После расчета теплоотдающей поверхности змеевика S_зм можно расс­читать его длину L_зм, предварительно задавшись наружным диаметром трубы d=21·10^-3 м.

L_зм= S_зм/(· d), (5.33)

Расход пара в период разогрева составит:

m^п_раз= Q_раз/(I_п – I_конд), (5.34)

где I_п и I_конд - соответственно удельное теплосодержание (энталь­пия) греющего пара и конденсата (I_п =2726 кДж/кг; I_конд =546,8 кДж/кг).

=61,6 С,

= 0,63 м²,

L_зм= 0,63/(3,14· 21·10^-3)= 9,55м,

m^п_раз= 140887,55/(2726 – 546,8)= 64,7 кг/час.