К – коэффициент теплоотдачи, К=1000 – 2000, примем К = 1000
tср – средняя температура пара, °С;
t - время разогрева, 1 ч.
| ( | t1 | - | t2 | ) | - | ( | t3 | - | t4 | ) |
| tср | = | 2,3 | lg | * | t1 | - | t2 | |||
| t3 | - | t4 | ||||||||
Где:
t1 – температура пара,140 °С;
t2– начальная температура,20 °С;
t3 – температура конденсата,90 °С;
t4– конечная температура,70 °С;
| ( | 140 | - | 20 | ) | - | ( | 90 | - | 70 | ) | 100 | |||||||||||||
| tср | = | 2,3 | lg | 140 | - | 20 | = | 2,3 | lg | 6 | = | 55,87 | C | |||||||||||
| 90 | - | 70 | ||||||||||||||||||||||
| 75943,33 | ||||||||||||||||
| Sзмеев | = | 1000 | * | 55,87 | * | 1 | = | 1,36 | м2 | |||||||
Находим длину змеевика:
| Sзмеев | 1,36 | |||||||||||||
| L | = | p | * | D | = | 3,14 | * | 0,064 | = | 6,77 | м | |||
D – диаметр змеевика – 2 трубных дюйма, 64 мм.
Расход пара на разогрев ванны обезжиривания:
| Qраз. | 75943,33 | ||||||||||||||||||||||||||
| Рразогр | = | q` | - | q`` | = | 3128 | - | 378 | = | 27,62 | кг | ||||||||||||||||
| q` | = | t | * | Cр пара | = | 140 | * | 22,34 | = | 3128 | кДж/кг | ||||||||||||||||
| q`` | = | t | * | Cр воды | = | 90 | * | 4,20 | = | 378 | кДж/кг | ||||||||||||||||
Расход пара на годовую программу ванны обезжиривания:
| Ргод | = | Рразогр | * | n | + | Тд | * | Рраб | = | 11 297,24 | кг/год | |||||||||||||||||
| Qраб. | 4 567,14 | |||||||||||||||||||||||||||
| Рраб | = | q` | - | q`` | = | 3128 | - | 378 | = | 1,66 | кг | |||||||||||||||||
2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ.
Исходные данные:
| Рабочий объем ванны | 250,0 | дм3 | = | 0,25 | м3 |
| Длина ванны | L | - | 0,97 | м |
| Ширина ванны | B | - | 0,55 | м |
| Высота ванны | H | - | 0,8 | м |
| Толщина корпуса | b | - | 0,01 | м |
| Толщина футеровки | d | - | 0,02 | м |
Ванна футерована пластикатом.
| С1 | - | удельная теплоемкость раствора | - | 4150 | Дж/кг*К | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ρ | - | плотность ратвора | - | 1,16 | кг/дм3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| С2 | - | удельная теплоемкость стали | - | 481,5 | Дж/кг*К | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ρ ст | - | плотность стали | - | 7,8 | * | 103 | кг/дм3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ρ пласт | - | плотность пластиката | - | 1,4 | * | 103 | кг/дм3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| tн | - | 20 | С | tк | - | 40 | С | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Расчет массы корпуса:
| Gст1 | = | H | * | L | * | b | * | ρст | * | 2 | = | 121.06 | кг | |||||||||||||||||||||||||
| Gст2 | = | H | * | В | * | b | * | ρст | * | 2 | = | 68.64 | кг | |||||||||||||||||||||||||
| Gдно | = | L | * | В | * | b | * | ρст | * | 2 | = | 83.23 | кг | |||||||||||||||||||||||||
| Итого масса корпуса | Gк | - | 272.93 | кг | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Расчет массы футеровки:
| Gст1 | = | H | * | L | * | d | * | ρпласт | * | 2 | = | 43.15 | кг | |||||||||
| Gст2 | = | H | * | В | * | d | * | ρпласт | * | 2 | = | 24.46 | кг | |||||||||
| Gдно | = | L | * | В | * | d | * | ρпласт | * | 2 | = | 29.66 | кг | |||||||||
| Итого масса футеровки | Gф | - | 97.27 | кг | ||||||||||||||||||
Итого масса корпуса ванны с футеровкой: 370,2 кг.
Расход тепла на разогрев ванны:
| Q2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Qраз. | = | Q1 | - | 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Q1 | - | расход тепла на разогрев ванны | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Q2 | - | расход тепла на компенсацию тепловых потерь | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Q1 | = | ( | V | * | С1 | * | ρ | + | G | * | С2 | + | G | * | С3 | ) | * | Dt | = | ( | 0.25 | * | 4150 | * | 1160 | + | |||||||||||||||||
| + | 272.93 | * | 481.50 | + | 97.27 | * | 1390.0 | ) | * | 20 | = | 29 402.42 | кДж | ||||||||||||||||||||||||||||||
Q2 = q1 + q2
q1 – потери тепла нагретой жидкости через стенки
q2 – потери тепла на испарения жидкости через зеркало электролита
q1 = Sв* q1уд
q2 = Sзер* q2уд
| q1уд | - | 162 | кДж/м2 | ||||||||||||
| q2уд | - | 1440 | кДж/м2 | ||||||||||||
| Sст1 | = | H | * | L | * | 2 | = | 1.55 | м2 | ||||||
| Sст2 | = | H | * | B | * | 2 | = | 0.88 | м2 | ||||||
| Sдна | = | B | * | L | = | 0.53 | м2 | ||||||||
Итого площадь поверхности ванны: 2,96 м2
Поверхность зеркала электролита:
| Sзерк | = | 0,53 | м2 |
Поэтому потери тепла:
| q1 | = | 479,5 | кДж | |||||
| q2 | = | 763,2 | кДж | |||||
| Q2 | = | q1 | + | q2 | = | 1243 | кДж | |
| 1243 | |||||||||||||||||||||
| Qраз. | = | 68 265,79 | + | 2 | = | 30023,78 | кДж | ||||||||||||||
Расход тепла на поддержание рабочей температуры.
| Qраб. | = | Q2 | + | Q3 | - | Q4 |
| Q3 | - | потери тепла на разогрев загружаемых деталей |
| Q4 | - | джоулево тепло, выделяемое эл. током |
Джоулево тепло вводится в систему и частично компенсирует тепловые затраты, поэтому вводится со знаком минус.
Примем время разогрева t 1 час.
| Q3 | = | ( | Gустр | * | С2 | + | Gдет | * | С2 | ) | * | Δt |
Где:
Gустр – масса устройств и приспособлений, кг;
Gдет – масса деталей, кг;
С1т, С2 – теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК
Примем массу приспособлений и токопроводов равной массе деталей, т.о. общая масса приспособлений и деталей равна 20 кг.
| Q3 | = | ( | 481,5 | * | 10 | + | 481,5 | * | 10 | ) | * | 20 | = | 144,45 | кДж |
| Q4 | = | 0,86 | I | U | τ | = | 0,86 | * | 101 | * | 2,2 | * | 1 | = | 190,1 | Вт/ч | = | 684,53 | кДж |
| Qраб. | = | 702,64 | кДж |
Qраб. – то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания рабочей температуры 40°С.
Расход тепла за год:
| Qгод. | = | Qраз. | * | n | + | Qраб. | * | Тд |
Где:
n – количество дней разогрева, т.к. работа идет в 3 смены, то ванна разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаем n = 51 день.
Тд – фонд рабочего времени, 5960 ч.
| Qгод. | = | 30023,78 | * | 51 | + | 702,64. | * | 5960 | = | 5 706 963.89 | кДж |
Расчет змеевика теплообменника: