Теплотехнический расчет моечно-очистного оборудования

Затраты на тепловую энергию могут составлять до 70% общих расходов на очистку изделий, что требует тщательного выбора и обоснования решений, влияющих на использование тепла. Потери тепла в очистном оборудовании приходятся на тепло- и массообмен горячего раствора с воздухом и составляют до 50…60% общего рас- хода тепла в погружных и 75…85% в струйных установках.

При тепловом расчете установки определяют количество тепла для эксплуатации моечной установки, количество и характеристики отопительных приборов.

Общий расход теплоты при эксплуатации моечной установки в рабочем режиме W_раб, кВт, определяют из зависимости:

W_раб = W₁ + W₂ + W₃ + W₄, (5.10) где W₁ – расход теплоты на нагрев очищаемых изделий, кВт; W₂, W₃ и W₄ – потери тепла через стенки оборудования, в результате тепло- и

массообмена раствора и воздуха, на нагрев подпиточной воды для компенсации потерь раствора, кВт.

Расход теплоты на нагрев очищаемых изделий W₁, кВт, вычисляют:

W = с (Т - Т ) G ,

(5.11)

1 изд к н

где с_изд – удельная теплоемкость материала очищаемых изделий, кДж/(кг·К); Т_к – конечная температура очищаемых изделий, К; Т_н – на- чальная температура поступающих на очистку изделий, К; G – произ- водительность моечной установки, кг/ч.

Потери тепла через стенки оборудования:

W₂ = к_п q_н S_пов·10^–3, (5.12) где к_п – коэф. неучтенных потерь теплоты через «тепловые мостики» (к_п = 1,05...1,30); q_н – норма тепловых потерь изолированными поверх- ностями оборудования, Вт/м² (для Т_р = 343 К q_н = 63 Вт/м², для Т_р =

= 363 К q_н = 73 Вт/м²); Т_р – рабочая температура раствора (для струй- ных установок Т_р = 348...353 К, для погружных Т_р = 358...368 К); S_пов – площадь поверхностей стенок оборудования, м².

Потери теплоты из-за тепло- и массообмена раствора и возду- ха W₃, кВт:

– для струйных установок:

W = r ⎡

tмех

tест ⎤ -3

3 в ⎢Qмех t

+ Qест t

⎥(iух - iпр ) ×10 ,

(5.13)

⎣ ц ц ⎦

где r_в – плотность насыщенного воздуха при температуре, равной температуре раствора, кг/м³; Q_мех и Q_ест – производительность меха- нической и естественной вентиляции, м³/с; t_мех и t_ест – продолжитель- ность этих вентиляций в течение одного цикла очистки при одновре- менно работающих насосах подачи раствора или время, необходимое для удаления всего объема насыщенного водяными парами воздуха из камеры моечной установки при выключении насосов на период за- грузки и выгрузки, с; t_ц – время полного цикла очистки, с; i_ух и i_пр – удельная энтальпия уходящего воздуха (практически равна энтальпии насыщенного воздуха при температуре раствора) и приточного возду- ха (принимают i_пр = 31,2 10³ Дж/кг, что соответствует воздуху с темпе- ратурой 288 К при влажности 60%);

– для моечных установок погружного типа:

W = ⎧⎪

⎡tп.з

tоч ⎤

1⎫⎪ _-3

3 ⎨(qлк +qп )Sисп ⎢t

+(1- кгерм )кз t

⎥+rвVвоздiвл.в t

⎬×10 ,

(5.14)

⎩⎪ ⎣

ц ц ⎦

ц ⎪⎭

где q_лк и q_п – удельный тепловой поток лучисто-конвективного тепло- обмена между раствором и воздухом и потери теплоты с поверхности

раствора в скрытом виде (с водяными парами), Вт/м²; S_исп – площадь поверхности испарения раствора, м²; t_п.з, t_оч – соответственно время погрузо-разгрузочных операций и процесса очистки в течение одного цикла, с; к_герм – коэф. герметизации рабочей зоны моечных установок (к_герм = 0,7–0,8); к_з – коэф. учета увеличения поверхности (зеркала) раствора при работе устройств интенсификации очистки (к_з = 1,6–2,0);

r_в – плотность; V_возд – объем воздушного пространства моечной уста- новки над поверхностью испарения, м³; i_вл.в – удельная энтальпия на- сыщенного воздуха при температуре раствора, Дж/кг.

Удельный тепловой поток лучисто-конвективного теплообмена раствора и воздуха:

q_лк = (5,71 + 4,06v_в) (T_р - T_о.с), (5.15) где v_в – скорость воздуха над поверхностью испарения (при работе механической вентиляции v_в = 0,4–0,6 м/с, при естественной вентиля- ции v_в = 0,2–0,3 м/с); Т_о.с = 288 К – температура окружающей среды (воздуха помещения).

Удельные потери теплоты с поверхности раствора в скрытом виде:

qп = jповiпар, (5.16)

где j_пов – интенсивность испарения влаги с поверхности раствора, кг/м²с; i_пар – удельная энтальпия водяного пара при температуре по- верхности раствора (= 2,6·10⁶ Дж/кг).

Интенсивность испарения влаги с поверхности раствора можно определить:

j = к (а + 0,131v )(р - р ) 1 ,

(5.17)

пов р в пов в

где к_р – коэф. уменьшения интенсивности испарения за счет наличия на поверхности раствора слоя масла (к_р = 0,55...0,65); а – коэф., учи- тывающий температуру поверхности раствора; р_пов – давление водя- ного пара у поверхности раствора, практически равное давлению пара при полном насыщении водяными парами воздуха с температурой, равной температуре раствора, 10³ Н/м²; р_в – давление водяного пара в воздухе помещения (р_в » 1,7·10³ Н/м²).

Расход теплоты на нагрев воды для компенсации потерь рас- твора W₄, кВт:

W₄ = с_р u_вл (Т_р - Т_подп), (5.18) где с_р – удельная теплоемкость раствора (с_р = 4,19 кДж/(кг К)); u_вл – по- тери раствора из-за испарения (расход подпиточной воды), кг/с; Т_подп – температура воды (Т_подп = 278…288 К).

Потери раствора при испарении в моечных установках струй- ного типа:

u =r ⎡

tмех

tест ⎤

вл в ⎢Qмех t

+Qест t

⎥(dух- dпр ),

(5.19)

⎣ ц ц ⎦

где d_ух и d_пр – влагосодержание уходящего и приточного воздуха (= влагосодержанию насыщенного воздуха при температуре, равной температуре раствора), кг/кг; воздуха (d_пр = 0,01 кг/кг).

Потери раствора в результате испарения в установках погруж- ного типа:

u = j S

⎡tп.з+(1- к )к

tоч ⎤+ r u

dвл.в ,

(5.20)

вл пов исп ⎢t

герм з t ⎥

в в t

⎣ц ц ⎦ ц

где d_вл.в – влагосодержание насыщенного воздуха при температуре раствора, кг/кг.

По полученному значению W_раб определяют параметры рабочих теплообменников. Расход теплоты W_пуск, кВт, для вывода моечной ус- тановки в рабочий режим:

Wпуск = Wр + Wст+ Wисп, (5.21) где W_р – расход теплоты на разогрев раствора, кВт; W_ст и W_исп – поте- ри теплоты через стенки оборудования и на испарение раствора в пе- риод пуска и кВт.

Расход теплоты на разогрев раствора W_р, кВт:

W =r с U

Тр -Тнач ,

(5.22)

р р р р

tраз

где r_р = 1020 кг/м³ – плотность раствора; U_р – объем раствора в моеч- ной установке, м³; Т_нач – начальная температура раствора перед пус- ком установки, К; t_раз – время для разогрева раствора от начальной температуры Т_нач до рабочей Т_р, с.

Потери теплоты через стенки оборудования в период пуска

W_ст, кВт:

W_ст = 0,7 W₂. (5.23)

Потери тепла на испарение раствора при пуске моечной уста- новки W_исп, кВт:

W_исп = 0,7 (q_лк + q_п) (1 - к_герм) S_исп 10^–3. (5.24)

Если расход тепла, необходимого для вывода моечной установ- ки в рабочий режим, будет больше общего расхода тепла при экс- плуатации моечной установки (W_пуск < W_раб), предусматривают допол- нительное число рабочих теплообменников.