Тепловой Расчет ванны никелирования

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																																		-		4110								Дж/кг*К
ρ	-	плотность раствора																-		1,12						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		-		50				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

*

ρ пласт

*

2

=

43.15

кг

Gст2

=

H

*

В

*

d

*

ρ пласт

*

2

=

24.46

кг

Gдно

=

L

*

В

*

d

*

ρ пласт

*

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

)

*

Δt

=

(

0.25

*

4110

*

1160

+

+

272.93

*

481.50

+

97.27

*

1390.0

)

*

30

=

42442,92

кДж

 

 Q₂ = q₁ + q₂

q₁ – потери тепла нагретой жидкости через стенки

q₂ – потери тепла на испарения жидкости через зеркало электролита

q₁ = S_в* q₁^уд

q₂ = S_зер* q₂^уд

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.			=	42442,93							+		2	=	43064,28						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:

G_устр – масса устройств и приспособлений, кг;

G_дет – масса деталей, кг;

С_1т, 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

*

201

*

2,1

*

1

=

354,4

Вт/ч

=

1275,71

кДж

 

Qраб.

=

183,69

кДж

Q_раб. – то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания рабочей температуры 50°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.

Т_д – фонд рабочего времени, 5960 ч.

Qгод.

=

43064,28

*

51

+

183,69

*

5960

=

3 273 864.04

кДж

Расчет змеевика теплообменника:

					Qраз.
Sзмеев				=	К	*	tср	*	τ

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000 – 2000, примем К = 1000

t_ср – 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,50 °С;

						(	140		-		20		)	-		(		90	-		50			)						80
tср			=					2,3		lg		140			-		20										=		2,3		lg	3			=		72,9					C

90

-

50

 

					43064,28
Sзмеев				=	1000	*	72,90	*	1	=	0,59					м2

 

Находим длину змеевика:

Sзмеев

0,59

L

=

π

*

D

=

3,14

*

0,064

=

2,94

м

D – диаметр змеевика – 2 трубных дюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванны никелирования:

Qраз.

43064,28

Рразогр

=

q`

-

q``

=

3128

-

378

=

15,66

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 никелирования:

Ргод

=

Рразогр

*

n

+

Тд

*

Рраб

=

1 190,67

кг/год

Qраб.

183,69

Рраб

=

q`

-

q``

=

3128

-

378

=

0,07

кг

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий. Справ. изд. М.: «Металлургия», 1985.

2. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник/Под ред. Шлугера М.И. М.: «Машиностроение», 1985.

3. Зальцман Л.Г., Черная С.М. Спутник гальваника. К.:1989.

4. Блестящие электролитические покрытия/Под ред. Матулиса Ю.Ю. Вильнюс.: «Минтис», 1969.

5. Каданер Л.И. Справочник по гальваностегии. К.: «Техника», 1976.

6. Кудрявцев В.Т. Электролитические покрытия металлами. М.: «Химия», 1979.

7. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: «Машиностроение», 1974.

8. Лайнер В.И. Современная гальванотехника. М.: «Металлургия», 1967.

9. Пурин Б.А. Электроосаждение из пирофосфатных электролитов. Рига: Зинатне, 1975.

10. Ямпольский А.М. Меднение и никелирование. Л.: «Машиностроение», 1977.

11. Ямпольский А.М. Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: «Машиностроение», 1981.