Расчёт холодильной установки

где

- плотность материала (Ст. 40), кг/м³, [     ]

 

  (при t=292.5^оC)

  (при t=700^оC)

  (при t=955^оC)

C - массовая теплоёмкость заготовки (Ст. 40), кДж/кг×К

                                    

                         [         ]

Рассчитываем  время нагрева материала на участках методической зоны по формуле:

Полное время нагрева  изделия в методической зоне:

Температура металла в  центре заготовки на i-том участке методической зоны рассчитывается по формуле:

В этой формуле 

определяется по номограмме [        ] для центра пластины по уже найденным выше значениям и для рассматриваемого участка зоны.

2.5 Определение времени  нагрева металла в сварочной  зоне.

 

Парциальное давление

компонентов газовой смеси:

Степень черноты газов:

По номограмме [          ] 

По номограмме [          ] определяем

,

Приведённый коэффициент  излучения:

Коэффициент теплоотдачи излучением:

 

Определяем  критерий

:

Определяем температурный критерий для сварочной зоны для поверхности материала:

По номограмме определяем значения:

          

Определяем коэффициент  температуропроводности металла:

 

где    

- массовая теплоёмкость;

- плотность металла;

 

 

Время нагрева  металла в сварочной зоне:

Температура металла  в центре заготовки:

2.6 Определение  времени томления металла.

 

Перепад температур по толщине металла в начале томильной зоны составляет:

Допустимая  разность температур в конце выдержки

(по условию).

Степень выравнивания температур определяется по формуле:

 

При коэффициенте несимметричности

(по условию) и степени выравнивания по номограмме [      ] определяется критерий Фурье для томильной зоны: .Тогда время томления металла равно:

где

- коэффициент температуропроводности:

 

 

 

 

Полное время  пребывания металла в печи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Тепловой  баланс печи.

 

     3.1. Выбор футеровки печи.

 

Для расчета  теплового баланса необходимо выбрать  материал, из которого выполняются стены печи и их толщину.

Для печи задается следующая футеровка:

- свод подвесного типа выполнен из шамота класса А толщиной δ₁=300 мм

- стены двухслойные: слой шамота класса А толщиной δ₂=345 мм   и тепловая  изоляция из диатомита толщиной   δ₃= 115 мм;

- под томильной зоны выполнен трехслойным:

1) тальк толщиной слоя δ₄=230 мм

2) шамот класса Б толщиной δ₅=230 мм

3) тепловая изоляция из диатомита толщиной   δ₆=115 мм.

 

3.2. Общие  положения.

 

Тепловой баланс печи записывается в виде:

Неизвестной величиной, входящей в это уравнение, является расход топлива – В,  для определения  которой  и составляется такой  баланс. Он может быть отнесен только к рабочему пространству печи (это  далее и будет рассчитываться) или ко всей установке в целом, включая теплоутилизационные устройства (что менее целесообразно).

При проектировании печи после определения основных размеров следует конструктивная разработка деталей. В данном расчете такая  разработка не проводится, поэтому  некоторые статьи расхода тепла, не превышающие 5% от общего расхода, отпускаются.

 

3.3. Статьи  прихода теплоты.

 

1. Теплота от  процесса горения топлива (химическая  теплота):

где:

– искомый расход топлива, м³/c.

2. Физическая  теплота, вносимая подогретым  воздухом:

3. Физическая  теплота, вносимая подогретым  газом:

4. Теплота экзотермических  реакций (в нагревательных печах учитывается теплота реакции от окисления железа, равная 5652 кДж/кг)

где:  P=6 т/ч = 6000/3600 = 1,666 кг/с - производительность печи;

а₁=0,8·10^-2 кг/кг - угар металла;

 

3.4. Статьи расхода теплоты.

 

1.Теплота, затраченная на нагрев металла:

где: 

(равная температуре металла на выходе из печи);

 выбирается по температуре

2. Теплота, уносимая  уходящими газами:

где:   

- средняя изобарная теплоемкость продуктов сгорания при

   - объёмные доли.                                                             [Табл. 1]

- средние теплоёмкости  газов при         [3, табл. 2.13]

 

3.5 Потери  тепла теплопроводностью через  кладку (приближённый расчёт).

 

Потерями теплоты  через под пренебрегаем. Рассчитываем потери через свод и стены печи. Площадь свода

равна площади габаритного пода печи, т.е.

Толщина свода 

материал – шамот класса А.

Принимаем, что  температура внутренней поверхности свода равна средней, по длине печи, температуре газов.

Температуру окружающей среды принимаем равной

(задание)

Температура поверхности  кладки свода 

(задание)

Тогда средняя  по толщине температура шамотного  свода равна:

Данным температурным условиям отвечает коэффициент теплопроводности шамотного материала

определяемый по:

Тогда потери через  свод составят:

где    

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности свода в окружающую среду, получаемый статическими методами.

• для вертикальной стенки:

-   для пода печи:

Потери через свод:

 

 

Определяем  потери теплоты через стены.

Кладка стен выполнена двухслойной (шамот толщиной

) и диашамит толщиной

Площадь стен следующая:

Методической  зоны -

Сварочной зоны -

Томильной зоны -

Торцевых стен -

Общая площадь  стен: При прямолинейном распределении температуры по толщине стены средняя температура шамота равна:

диатомитового кирпича:

где:

-температура на границе слоев.

Тогда теплопроводность шамота и диатомитового кирпича:

Количество  теплоты, теряемое теплопроводностью  через стены:

Полные потери теплоты через кладку составят:

Потери теплоты  с охлаждающей водой по практическим данным принимаются равными 10% от статьи прихода теплоты, т.е.

Неучтенные  потери принимаем равными 15% прихода  теплоты, т.е.

Уравнение теплового  баланса печи примет вид:

Откуда можно получить искомое значение расхода топлива

, м³/c

- искомое значение расхода топлива.

Результаты  расчета статей теплового баланса  методической печи заносим в таблицу 4.

Таблица 4

Статьи прихода	кДж/с	%	%Статьи расхода	кДж/с	%
1.Теплота от  реакции горения топлива	2955,592	81,95	1.Теплота, затраченная  на нагрев металла	1265,55	35,1
2.Теплота вносимая  подогретым воздухом	428,1976	11,87	2.Теплота, теряемая  с уходящими газами	1389,6108	38,54
3.Теплота вносимая  подогретым газом	147,57797	4,09	3.Потери теплоты  теплопроводностью через кладку	67,68	1,88
4.Теплота экзотермических реакций	75,36	2,09	4.Потери теплоты  с охлаждающей водой	353,13228	9,79
			5.Неучтенные  потери теплоты	529,69425	14,68
Итого:	3606,6648	100	Итого:	3605,6673	100

 

Погрешность

Удельный расход теплоты на нагрев 1кг металла составит:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт  и выбор вспомогательного оборудования.

 

4.1. Блочный  керамический рекуператор.