溶液的冷卻方式有：槽內(nèi)冷卻管冷卻、槽外換熱器冷卻和臨時性措施冷卻。這里主要介紹普遍使用的槽內(nèi)冷卻管冷卻方式及有關(guān)計算方法。

冷卻管冷卻的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、容易制造安裝、不需要專門的換熱器及溶液循環(huán)水泵。其缺點是占用了固定槽內(nèi)部空間，影響裝載量。由于槽液接近靜止?fàn)顟B(tài)，所需換熱面積較大。

常用的冷卻介質(zhì)有自來水、冷凍水(機(jī)械制冷水)、氟里昂、氨等，選用冷卻介質(zhì)時，應(yīng)根據(jù)需要維持的溫度和費用確定。

溶液溫度 一10～18℃ 氟里昂和氨制冷機(jī)組;

溶液溫度l8～25℃ 自來水、冷凍水、氟里昂和氨制冷機(jī)組;

溶液溫度25℃以上 自來水。

自來水冷卻不需要專門的制冷設(shè)備，所需的換熱面積較大，只要水源充足、水溫適宜，應(yīng)優(yōu)先采用自來水冷卻，用過的冷卻水可排至冷水清洗槽和熱水清洗槽使用，以節(jié)約用水;若水溫小于或等于l7℃，普通硫酸陽極氧化槽也宜用自來水冷卻。

冷凍水(機(jī)械制冷水)的溫度(一般為4～5℃)比自來水溫度低，因而對溶液產(chǎn)生的溫差

較大，冷卻效率比用自來水高，冷卻管內(nèi)的壓力為一般水泵的壓力，但需要一套制冷機(jī)組和制冷循環(huán)泵。氟里昂和氨制冷機(jī)組直接蒸發(fā)冷卻，即制冷劑在冷卻管內(nèi)蒸發(fā)，故效率高、冷卻快，但冷卻管內(nèi)的壓力較大，不工作時如氣溫太高、冷卻管內(nèi)壓力超過其強(qiáng)度實驗壓力時應(yīng)將制冷劑抽走。為防止冷卻管損壞時溶液進(jìn)入制冷機(jī)組，一般采用正壓操作。氨的特點是單位體積制冷量比氟里昂略高一些，易溶于水不溶于潤滑油，有臭味、漏氣時易發(fā)現(xiàn)，含水分時對銅及銅合金有腐蝕，當(dāng)空氣中含有l(wèi)3%～26%的氨時，遇明火有爆炸危險，有刺激性臭味，對人體有害，應(yīng)有必要的安全保護(hù)措施。

氟里昂的特點是單位體積制冷量比氨略小一些，與水不化合，極易溶于潤滑油，無臭味，滲漏性強(qiáng)，對鋼鐵金屬無腐蝕性，不燃燒，也無爆炸危險，無毒性。氟里昂制冷機(jī)組能自動控制，操作管理方便。氟里昂管道系統(tǒng)是否滲漏，可用鹵素檢漏燈檢驗。由于氟里昂制冷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，其泄露物會破壞大氣臭氧層，因此國際上限制使用，各國都在開發(fā)新的無公害制冷機(jī)組。

(1)冷量計算

槽液冷卻時所需熱量

式中Q1——預(yù)冷時的耗冷量，W;

V——溶液體積，L;

p——槽液的密度，k9/dm3;

c——槽液的比熱容，J/(kg·℃);

△t0——自室溫或溶液的實際溫度降低到工作溫度的溫度差，℃;

t0——預(yù)冷時要求的降溫時間，h;一般可取t0=2～3h。

但是如果槽體體積太大，溫差又相當(dāng)大，則計算出的冷量非常大，那時就要核對這個數(shù)值是否只有在初次生產(chǎn)或假期后才相當(dāng)大，而在平常24h連續(xù)生產(chǎn)時數(shù)值很小。如果這樣的話，就應(yīng)該以維持槽液工作溫度所需的冷量來計算。

鍍槽中產(chǎn)生的熱量，主要取決于輸入槽內(nèi)的電流和電壓，此外車間環(huán)境溫度對溶液溫度亦有較大影響，空氣中的熱量主要是通過液面和槽壁傳遞給溶液引起溫度升高的。化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由實際經(jīng)驗確定(可通過最大裝載量時每小時溶液溫度升高的度數(shù)來確定)，一般只按電流和電壓計算再乘上附加系數(shù)即可。

維持槽液工作溫度所需的冷量

式中Q2——維持槽液工作溫度所需的冷量，w;

U——平均工作電壓，對于普通硫酸陽極氧化槽，取U～–18V;對于硫酸硬質(zhì)陽極氧化槽，取U≈40～110V;其他陽極氧化槽、電鍍槽、電拋光槽等按工藝規(guī)范確定;

I——工作電流，A。

工作時的計算冷量按下式確定，即

式中Qj——工作時的計算冷量，W;

Q2——維持槽液工作溫度所需的冷量，W;

1.1～1.3——冷量附加系數(shù)，適用于有絕熱層的槽體，中小型槽取大值，大型槽取小值，工

作溫度高于室溫的固定槽，此系數(shù)取為1。

確定冷量時，應(yīng)算出Q1和Q2的數(shù)值，視它們的差數(shù)，再從具體情況出發(fā)，研究確定適當(dāng)?shù)睦淞俊?/p>

(2)冷卻管的換熱面積

式中F——冷卻管的換熱面積，m2;

—工作時的計算冷量，W;

k——冷卻管的傳熱系數(shù)，影響的因素較多，如材料、溶液攪拌情況等，一般可參考下列數(shù)值選用，對于鉛或鉛銻合金管，當(dāng)用自來水或冷卻水冷卻溶液時，可取忌一1000～12350W/(m2·℃);當(dāng)用氟里昂時，可取k=400～500W/(m2·℃);用氨時可取k=580～630W/(m2·℃);對于聚四氟乙烯塑料冷卻管，用自來水或冷卻水冷卻溶液時，可取k=800～1000W/(m2·℃);

△t2——溶液與冷卻介質(zhì)的平均溫度差。

式中t-——溶液的最低溫度或初溫，℃;

t2——溶液的允許最高溫度或終溫，℃;

t1——冷卻介質(zhì)進(jìn)冷卻管時的溫度，℃;

t2——冷卻介質(zhì)出冷卻管時的溫度，℃。

自來水或冷卻水進(jìn)出冷卻管時的溫差可近似地取24。C;直接蒸發(fā)冷卻時，冷卻介質(zhì)進(jìn)出冷卻管(即蒸發(fā)管)的溫度相同即蒸發(fā)溫度;氟里昂或氨直接蒸發(fā)時，對硫酸普通陽極氧化槽，可取△t2=20℃;對硫酸硬質(zhì)陽極氧化槽，可取△t2=10℃。

(3)自來水消耗量或冷水循環(huán)量冷卻介質(zhì)循環(huán)量的計算公式為

式中G一自來水消耗量或冷水循環(huán)量，m3/h;

Qj——工作時的計算冷量，W;

△t3——冷卻水進(jìn)出冷卻管時的溫度差，可近似地取2～4℃，或按實測確定。

(4)冷卻管結(jié)構(gòu)

自來水或冷卻水冷卻管長度按下式計算，即

式中L——冷卻管有效長度，m;

d0——冷卻管內(nèi)徑，m;

F——冷卻管的換熱面積，m2。

冷卻管一般用螺旋盤形管或槽側(cè)壁蛇形管，其冷卻水入口處的壓力(kPa)用于克服管中的摩擦阻力、彎管局部阻力和生產(chǎn)冷卻水流速，管子越長、管徑越小、流速越大其摩擦阻力越大。冷卻水的人口壓力應(yīng)大于各種阻力損失總和。下面表8—18按流速為0.8m/s算出鋼管每10m長度的摩擦力損失粗略值供參考，用于鉛管、鈦管和聚四氟乙烯塑料管時摩擦阻力值可稍小一些。

按流速為0.8m/s算出鋼管每10m長度的摩擦力損失粗略值

流速0.8m/s，彎曲半徑為3倍管子直徑的彎管，每一個90。彎管的局部阻力可按0.118kPa估算。自來水或冷卻水一般壓力為196～392kPa。當(dāng)用鉛銻合金冷卻管時，管壁

厚度可按表8一l9中數(shù)值選用。

用鉛銻合金冷卻管時的管壁厚度