Автоматическая линия цинкования в барабанах

Страница 10

q4 = 82 + 0,0115·t3. (4.28)

Ванна электрохими­ческого обезжиривания:

Ср-ра≈ 4180 Дж/кг·К, rр-ра≈ 1000 кг/м3, габариты ванны 1,25×0,8×1 м, rф= 1,5 кг/см3, rм.в.= 7,8 кг/см3, d= 0,04 дм, tр= 7200 с.

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

Sдна= 1,25·0,8 = 1 м2 = 100 дм2,

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

Sванны = 100 + 410 = 510 дм2,

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

mм.в.= 20,4·7,8= 159,12 кг (сталь 3),

mф= 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,

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

Определение расхода теплоты на поддержание рабочей температуры. Количество теплоты Qраб необходимое для поддержания рабочей температуры в ванне химической обработки, складываетсяиз 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,

Qраб= Q2 + Q5 – Q6 , (4.29)

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

Q2 =3600·(q3 ·Fк + q4 ·Fз), (4.30)

Q5= (с4 ×m4 + c5×m5) ×(tK – tH)·nезчас, (4.31)

Q6= I·(U–Eтепл)·tтчас, (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);

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

Етепл – тепловое напряжение разложения;

tтчас – 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 Етепл можно вычислить из выражения:

Етепл, (4.33)

где DН - 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,

DH= DHобводы – DHобводор. – DHобкисл.,

DH= - 285,58 –0 –0 = - 285,58 кДж/моль,

Етепл= 1,48 В,

tтчас= 28/(28 +527)= 0,05 ч= 182 с,

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

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

4.4.2 Расчёт змеевика.

Поверхность змеевика Sзм равна:

, (4.34)

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

Dtср - средний температурный напор;

tр - 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 tпн и tн - соответственно начальные температуры пара (130°С) и нагреваемого раствора (20°С):

tкк и tк - конечные температуры конденсата (110°С) и раствора (60°С).

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

Lзм= Sзм/(p· d), (4.36)

Расход пара в период разогрева составит:

mпраз= Qраз/(Iп – Iконд), (4.37)

где Iп и Iконд - соответственно удельное теплосодержание (энталь­пия) греющего пара и конденсата (Iп =2726 кДж/кг; Iконд =546,8 кДж/кг). Аналогично часовой расход пара на поддержание рабочей температу­ры будет равен:

mпраб= Qраб/(Iп – Iконд), (4.38)

=76,1 °С,

= 0,273 м2,

Lзм= 0,273/(3,14· 21·10-3)= 4,14 м,

mпраз= 149473,2/(2726 – 546,8)= 68,6 кг/час,

mпраб= 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:

mпчас=24·(tк­ – tн), (4.39)

Для ванны обезжиривания:

mпчас = 2,4·(60-20)= 96 кг/час.

Расход пара на поддержание температуры mрабчас определяется по таблице 4.3 [13].

Для ванны обезжиривания mрабчас=10 кг/час.

Результаты укрупнённого расчёта отображены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Укрупнённый тепловой расчёт ванн

Наименование ванны	Количество ванн	tк­,°С	mпчас, кг/час	mпгод, кг/год	mрабчас, кг/час	mрабгод, кг/год
Обезжиривание	1	60	60,48	15724,8	9,765	38083,5
Промывка тёплая	3	50	45,36	11793,6	50,4	196560
Сумма	196,56	51105,6	160,965	627763,5

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 / Сп, (4.41)

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

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

Пример расчёта расхода воды на операцию химическое обезжиривание:

С0=46,25 г/л; Сп=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