145827 (728817), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

U= (1 – 0,02)  [–1,58 + 0,9 + (1 + 0,2)  1,47 + 2,16] = 3,18 В.

На основании проведённых расчётов подбираем источники постоянного тока [23]:

1. для ванны цинкования – выпрямитель типа ТЕ1-400/12Т модификации 2;

2. для ванны электрохимического обезжиривания – выпрямитель ТЕР-800/12Т модификации 2.

4.4 Тепловой расчёт

4.4.1. 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, (4.23)

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), (4.24)

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 , (4.25)

Q₄ = q₄·F₃·_р . (4.26)

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 (4.27)

b₀ , b₁ – коэффициенты по [13, табл. 4.2].

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. (4.28)

Ванна электрохими­ческого обезжиривания:

С_р-ра≈ 4180 Дж/кг·К, _р-ра≈ 1000 кг/м³, габариты ванны 1,25×0,8×1 м, _ф= 1,5 кг/см³, _м.в.= 7,8 кг/см³, = 0,04 дм, _р= 7200 с.

V₁ = 1,25·0,8·(1 – 0,2)= 0,8 м³ = 800 л,

S_дна= 1,25·0,8 = 1 м² = 100 дм²,

S_бок= 1,25·1·0,2 + 0,8·1·0,2= 4,1 м² = 410 дм²,

S_ванны = 100 + 410 = 510 дм²,

V_м.в.= 510·0,04= 20,4 дм³, V_м.ф.= 510·0,04= 20,4 дм³,

m_м.в.= 20,4·7,8= 159,12 кг (сталь 3),

m_ф= 20,4·1,5= 30,6 кг (пластикат),

Q₁=(800·4180·1+500·159,12+1630·30,6)·(60–20)=138937,5 кДж,

q₃= -183,124 + 7,553·60 = 270 Вт/м²,

Q₃= 270·5,1·7200= 9916,4 кДж,

q₄= 82 + 0,0115·60³ = 2566 Вт/м²,

Q₄= 2566·1·7200= 18475,2 кДж,

Q₂= 9916,4 + 18475,2 = 28391,6 кДж,

Q_раз= 138937,5 + 28391,6 / 2 = 153133,3 кДж.

Определение расхода теплоты на поддержание рабочей температуры. Количество теплоты Q_раб необходимое для поддержания рабочей температуры в ванне химической обработки, складывается из расхода теплоты Q₂ на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду и рас­хода теплоты Q₅ на нагрев приспособлений с деталями, периодически поступающих в ванну. Для ванн электрохимической обработки из суммы Q₂ и Q₅ следует вычесть величину Q₆ - количество теплоты, выделяю­щейся при прохождении через ванну электрического тока. Таким обра­зом,

Q_раб= Q₂ + Q₅ – Q₆ , (4.29)

Расчет величины Q_раб удобно вести на 1 час. В этом случае вели­чины Q₂, Q₅ и Q₆ могут быть вычислены по уравнениям:

Q₂ =3600·(q₃ ·F_к + q₄ ·F_з), (4.30)

Q₅= (с₄ ×m₄ + c₅×m₅) ×(t_K – t_H)·n_ез^час, (4.31)

Q₆= I·(U–E_тепл)·_т^час, (4.32)

где с₄ и с₅ - удельные теплоемкости материалов барабана (винипласт 1630 Дж/(кг·К)) и об­рабатываемых деталей (сталь 500 Дж/(кг·К));

m₄ и m₅ – массы барабана (10 кг) и обрабатываемых деталей одной единичной загрузки (25 кг);

n_ез^час – количество загрузочных единиц, обрабатываемых в ванне за 1 час (определяем по циклограмме);

Е_тепл – тепловое напряжение разложения;

_т^час – суммарное технологическое время обработки деталей в ванне в течение часа (определяем по цик­лограмме).

Тепловое напряжение разложения для взаимообратимых электрохими­ческих процессов (осаждение металла с растворимым анодом) равно 0; для прочих процессов величину Е_тепл можно вычислить из выражения:

Е_тепл , (4.33)

где Н - изменение энтальпии в электрохимическом процессе;

z – число электронов, участвующих в реакции;

F – число Фарадея.

Ванна электрохимического обезжиривания:

Q₅= (1630·10 + 500·25)·(60–20)·6= 6912 кДж,

Q₂= 21071,3 кДж (см. выше),

H₂O  H₂ + ½ O₂,

H= H^об_воды – H^об_водор. – H^об_кисл.,

H= - 285,58 –0 –0 = - 285,58 кДж/моль,

Е_тепл = 1,48 В,

_т^час= 28/(28 +527)= 0,05 ч= 182 с,

Q₆= 718,88·(3,18 – 1,48)·182= 222 кДж,

Q_раб= 21071,3 + 6912 – 222= 27 761,3 кДж.

4.4.2 Расчёт змеевика.

Поверхность змеевика S_зм равна:

, (4.34)

где к –теплопередачи от конденсирующегося пара к наг­реваемому водному раствору;

t_ср - средний температурный напор;

_р - время разогрева ванны (7200 с).

Коэффициент к 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:

, (4.35)

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 (60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), (4.36)

Расход пара в период разогрева составит:

m^п_раз= Q_раз/(I_п – I_конд), (4.37)

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). Аналогично часовой расход пара на поддержание рабочей температу­ры будет равен:

m^п_раб= Q_раб/(I_п – I_конд), (4.38)

=76,1 С,

= 0,273 м²,

L_зм= 0,273/(3,14· 21·10^-3)= 4,14 м,

m^п_раз= 149473,2/(2726 – 546,8)= 68,6 кг/час,

m^п_раб= 27761,3/(2726 – 546,8)= 12,7 кг/час.

4.4.3 Укрупнённый тепловой расчёт ванн

При расчётах учитываем, что в году по скользящему графику 8 праздничных дней, 97 выходных дней и 260 рабочих.

Расход пара на разогрев:

m_п^час=24·(t_к­ – t_н), (4.39)

Для ванны обезжиривания:

m_п^час = 2,4·(60-20)= 96 кг/час.

Расход пара на поддержание температуры m_раб^час определяется по таблице 4.3 [13].

Для ванны обезжиривания m_раб^час=10 кг/час.

Результаты укрупнённого расчёта отображены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Укрупнённый тепловой расчёт ванн

4.5 Материальные расчёты

4.5.1 Расчёт расхода воды на промывку

Расчёт расхода воды на промывку производится в соответствии с ГОСТ 9.305-84. Согласно этому ГОСТу при погружном способе промывки, независимо от её схемы, расход воды определяется по формуле:

, (4.40)

где q – удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей в барабане (q= 0,4 дм³/м²);

N – количество ступеней (ванн) промывки;

k₀ – критерий окончательной промывки деталей;

F – промываемая поверхность деталей (F= 16,2 м²/ч).

k₀= С₀ / С_п, (4.41)

где С₀ – концентрация основного компонента в электролите в ванне перед промывкой, г/л;

С_п – допустимая концентрация основного компонента в электролите после промывки, г/л.

Пример расчёта расхода воды на операцию химическое обезжиривание:

С₀=46,25 г/л; С_п=0,8 г/л; q= 0,4 дм³/м²; F= 16,2 м²/ч; N=1

k₀= 46,25 / 0,8 = 57,81; Q= 0,416,2×57,81 = 374,2 л/ч

Результаты расчёта расхода воды на промывку сведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Расходы воды на промывку.

Операция перед промывкой	Схема промывки	С0, г/л	Сп, г/л	К0	Qуд, л/м2	Q, л/ч
Химическое обезжиривание		46,25	0,8	57,8	23,1	374,2
Электрохимическое обезжиривание		46,25	0,1	462,5	8,6	139,3
Активация		100,7	0,05	2014	17,9	289,9
Цинкование		13,5	0,01	1350	14,7	238,1
Пассивирование		72,5	0,01	7250	23,8	386,2
Сумма					88,1	1427,7

4.5.2 Расчёт расхода химикатов и анодов

Расчёт расхода химикатов на первоначальное приготовление рабочего раствора рассчитывается по формуле:

Характеристики

Список файлов реферата