涂装槽体的槽液的冷却装置

溶液的冷却方式有:槽内冷却管冷却、槽外换热器冷却和临时性措施冷却。这里主要介绍普遍使用的槽内冷却管冷却方式及有关计算方法。
冷却管冷却的优点是结构简单、容易制造安装、不需要专门的换热器及溶液循环水泵。其缺点是占用了固定槽内部空间,影响装载量。由于槽液接近静止状态,所需换热面积较大。
常用的冷却介质有自来水、冷冻水(机械制冷水)、氟里昂、氨等,选用冷却介质时,应根据需要维持的温度和费用确定。
溶液温度 一10~18℃ 氟里昂和氨制冷机组;
溶液温度l8~25℃ 自来水、冷冻水、氟里昂和氨制冷机组;
溶液温度25℃以上 自来水。
自来水冷却不需要专门的制冷设备,所需的换热面积较大,只要水源充足、水温适宜,应优先采用自来水冷却,用过的冷却水可排至冷水清洗槽和热水清洗槽使用,以节约用水;若水温小于或等于l7℃,普通硫酸阳极氧化槽也宜用自来水冷却。
冷冻水(机械制冷水)的温度(一般为4~5℃)比自来水温度低,因而对溶液产生的温差

较大,冷却效率比用自来水高,冷却管内的压力为一般水泵的压力,但需要一套制冷机组和制冷循环泵。氟里昂和氨制冷机组直接蒸发冷却,即制冷剂在冷却管内蒸发,故效率高、冷却快,但冷却管内的压力较大,不工作时如气温太高、冷却管内压力超过其强度实验压力时应将制冷剂抽走。为防止冷却管损坏时溶液进入制冷机组,一般采用正压操作。氨的特点是单位体积制冷量比氟里昂略高一些,易溶于水不溶于润滑油,有臭味、漏气时易发现,含水分时对铜及铜合金有腐蚀,当空气中含有l3%~26%的氨时,遇明火有爆炸危险,有刺激性臭味,对人体有害,应有必要的安全保护措施。
氟里昂的特点是单位体积制冷量比氨略小一些,与水不化合,极易溶于润滑油,无臭味,渗漏性强,对钢铁金属无腐蚀性,不燃烧,也无爆炸危险,无毒性。氟里昂制冷机组能自动控制,操作管理方便。氟里昂管道系统是否渗漏,可用卤素检漏灯检验。由于氟里昂制冷系统的广泛应用,其泄露物会破坏大气臭氧层,因此国际上限制使用,各国都在开发新的无公害制冷机组。
(1)冷量计算
槽液冷却时所需热量

槽液冷却时所需热量

式中Q1——预冷时的耗冷量,W;
V——溶液体积,L;
p——槽液的密度,k9/dm3;
c——槽液的比热容,J/(kg·℃);
△t0——自室温或溶液的实际温度降低到工作温度的温度差,℃;
t0——预冷时要求的降温时间,h;一般可取t0=2~3h。
但是如果槽体体积太大,温差又相当大,则计算出的冷量非常大,那时就要核对这个数值是否只有在初次生产或假期后才相当大,而在平常24h连续生产时数值很小。如果这样的话,就应该以维持槽液工作温度所需的冷量来计算。
镀槽中产生的热量,主要取决于输入槽内的电流和电压,此外车间环境温度对溶液温度亦有较大影响,空气中的热量主要是通过液面和槽壁传递给溶液引起温度升高的。化学反应产生的热量由实际经验确定(可通过最大装载量时每小时溶液温度升高的度数来确定),一般只按电流和电压计算再乘上附加系数即可。
维持槽液工作温度所需的冷量

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式中Q2——维持槽液工作温度所需的冷量,w;
U——平均工作电压,对于普通硫酸阳极氧化槽,取U~--18V;对于硫酸硬质阳极氧化槽,取U≈40~110V;其他阳极氧化槽、电镀槽、电抛光槽等按工艺规范确定;
I——工作电流,A。
工作时的计算冷量按下式确定,即

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式中Qj——工作时的计算冷量,W;
Q2——维持槽液工作温度所需的冷量,W;
1.1~1.3——冷量附加系数,适用于有绝热层的槽体,中小型槽取大值,大型槽取小值,工
作温度高于室温的固定槽,此系数取为1。
确定冷量时,应算出Q1和Q2的数值,视它们的差数,再从具体情况出发,研究确定适当的冷量。

(2)冷却管的换热面积image

式中F——冷却管的换热面积,m2;
---工作时的计算冷量,W;
k——冷却管的传热系数,影响的因素较多,如材料、溶液搅拌情况等,一般可参考下列数值选用,对于铅或铅锑合金管,当用自来水或冷却水冷却溶液时,可取忌一1000~12350W/(m2·℃);当用氟里昂时,可取k=400~500W/(m2·℃);用氨时可取k=580~630W/(m2·℃);对于聚四氟乙烯塑料冷却管,用自来水或冷却水冷却溶液时,可取k=800~1000W/(m2·℃);
△t2——溶液与冷却介质的平均温度差。

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式中t-——溶液的最低温度或初温,℃;
t2——溶液的允许最高温度或终温,℃;
t1——冷却介质进冷却管时的温度,℃;
t2——冷却介质出冷却管时的温度,℃。
自来水或冷却水进出冷却管时的温差可近似地取24。C;直接蒸发冷却时,冷却介质进出冷却管(即蒸发管)的温度相同即蒸发温度;氟里昂或氨直接蒸发时,对硫酸普通阳极氧化槽,可取△t2=20℃;对硫酸硬质阳极氧化槽,可取△t2=10℃。
(3)自来水消耗量或冷水循环量冷却介质循环量的计算公式为

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式中G一自来水消耗量或冷水循环量,m3/h;
Qj——工作时的计算冷量,W;
△t3——冷却水进出冷却管时的温度差,可近似地取2~4℃,或按实测确定。
(4)冷却管结构
自来水或冷却水冷却管长度按下式计算,即

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式中L——冷却管有效长度,m;
d0——冷却管内径,m;
F——冷却管的换热面积,m2。
冷却管一般用螺旋盘形管或槽侧壁蛇形管,其冷却水入口处的压力(kPa)用于克服管中的摩擦阻力、弯管局部阻力和生产冷却水流速,管子越长、管径越小、流速越大其摩擦阻力越大。冷却水的人口压力应大于各种阻力损失总和。下面表8—18按流速为0.8m/s算出钢管每10m长度的摩擦力损失粗略值供参考,用于铅管、钛管和聚四氟乙烯塑料管时摩擦阻力值可稍小一些。

按流速为0.8m/s算出钢管每10m长度的摩擦力损失粗略值

按流速为0.8m/s算出钢管每10m长度的摩擦力损失粗略值

流速0.8m/s,弯曲半径为3倍管子直径的弯管,每一个90。弯管的局部阻力可按0.118kPa估算。自来水或冷却水一般压力为196~392kPa。当用铅锑合金冷却管时,管壁
厚度可按表8一l9中数值选用。

用铅锑合金冷却管时的管壁厚度

用铅锑合金冷却管时的管壁厚度

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