Энергия в цехе присутствует в виде сжатого воздуха, греющего пара, электрическая.

Сжатый воздух используется для перемешивания в ваннах никелирования, холодных и непроточных промывных ваннах. Греющий пар используется для нагрева раствора обезжиривания (70°С), раствора травления (80°С), раствора никелирования (45°С), промывок теплой (60єС) и горячей (80°С). Греющий пар так же затрачивается на сушку (110єС).

Электрическая энергия затрачивается на источники тока гальванических ванн, электродвигатели (для сушильной камеры) освещение, вентиляцию, привод гальванической линии.

2.4.1 Электрическая энергия

Потребляемая мощность проектируемого участка определяется для каждой линии суммированием мощностей индивидуальных источников тока гальванических ванн, электроподогревателей и умножением на коэффициент (1,2-1,4), учитывающий дополнительный расход электроэнергии (освещение, вентиляция, привод гальванической линии и т.д.).

Годовые затраты электрической энергии определяют умножением потребляемой мощности на годовой фонд времени оборудования с учетом коэффициента его загрузки.

Удельные затраты электроэнергии на единицу покрытия данного вида определяются делением годовых затрат электрической энергии данной линии на годовую программу.

Электричество расходуется на (кВт):

Выпрямитель для никелирования 1,8

Выпрямитель для меднения 1,0

Выпрямитель для предварительного серебрения 23,5

Выпрямитель для серебрения 1,8

Сушка 1,5

Насос-центробежный 4 шт. 2,4

Насос-дозатор 7 шт. 2,8

Фильтровальная установка 3

Результаты расчета представлены в таблице 9.

Таблица 9 - Затраты электрической энергии

2.4.2 Водоснабжение

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Расход воды на составление растворов является периодическим и составляет небольшую часть общего расхода. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой-то операции не требуется тщательной промывки. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный и комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.п., а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ.

Для снижения водопотребления применяется периодическая непроточная промывка, состоящая из трех ванн улавливания после никелирования и после меднения, после серебрения устанавливается четыре ванны непроточной промывки.

Расчет воды на промывку производится с использованием критерия промывки по ГОСТ 9.305-84. Расход воды на приготовление и корректировку электролитов принимают в количестве 5-10 % от расхода воды на промывку.

Удельный расход воды на промывку G_уд:

или , (41)

где G_уд - удельный расход воды на промывку, л/м²;

n - количество промывных ванн с самостоятельной подачей воды;

q - удельный вынос электролита (раствора) поверхностью деталей, л/м²;

К₀ - критерий окончательной промывки деталей;

N - количество ступней промывки;

б - коэффициент, который учитывается, если перед промывкой проводят улавливание электролита. Критерий окончательной промывки К₀:

, (42)

где С₀ - концентрация основного компонента в электролита (растворе) применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л. За основной компонент (ион) данного раствора или электролита принимается тот, для которого критерий промывки является наибольшим;

С_п - предельно допустимая концентрация основного компонента в воде после операции промывки, г/л.

Если перед промывкой проводят улавливание электролита, то величину К₀ уменьшают введением коэффициентов:

0,4 - при одной ванне улавливания;

0,15 - при двух ваннах улавливания;

0,06 - при трех ваннах улавливания.

Часовой расход воды G_ч:

, (43)

где П_ч - часовая производительность автомата, м²/ч.

Годовой расход воды G_год:

, (44)

где Т_эфф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч;

К_з - коэффициент загрузки оборудования.

Общий годовой расход воды :

(45)

С учетом расхода воды на прочие нужды G_год увеличивается на 10-20 %, т.е. К=1,1…1,2.

Расход воды после операции химического обезжиривания:

Na₃PO₄ 20-50 г/л

NaOH 8-12 г/л

Na₂SiO₃ 25-30 г/л

Пересчет на NaOH.

Расход воды после операции травления:

NaOH 80-120 г/л

Расход воды после операции осветления:

HNO₃ 300-400 г/л

Пересчет на H₂SO₄.

,

Расход воды после операции никелирования электрохимического:

Время работы ванны:

, (46)

где ф_табл - табличная продолжительность непроточного режима работы в зависимости от числа ванн при определенной концентрации отмываемого компонента, ч;

q, q_табл - норма удельного выноса q_табл = 0,2 дм³/м²;

П_ч, П_{ч табл} - часовая производительность П_{ч табл} = 1 м²/ч;

V, V_табл - объем промывной ванны V_табл = 1000 дм³.

Концентрация отмываемого компонента в промывной воде при трех ваннах улавливания:

(47)

где С₀ - концентрация компонента в технологической ванне, г/дм3;

ф - время работы ванны, ч.

(48)

При трех ваннах улавливания и концентрации отмываемого компонента (никеля) 46 г/дм³ время будет равно:

(8ч•24)

Таблица 10 - Численные значения членов уравнения (47)

Таблица 11 - Концентрация никеля в ваннах и расход воды

Расход воды:

(49)

где n - число ванн улавливания.

Расход воды после операции меднения:

CuSO₄•5H₂O 150-250 г/л, H₂SO₄ 50-70 г/л

,

,

Расход воды после операции серебрения:

При четырех ваннах улавливания и концентрации отмываемого компонента (серебра) 30 г/дм³ время будет равно:

(8ч•17),

(50)

Таблица 12 - Численные значения членов уравнения (50)

Таблица 13 - Концентрация серебра в ваннах и расход воды

Общий часовой расход воды на промывки:

Годовой расход воды на промывки:

Годовой расход воды представлен в таблице 14.

Расход воды на промывку представлен в таблице 15

Таблица 14 - Годовой расход воды

Таблица 15 - Расчет воды на промывки

2.4.3 Расход сжатого воздуха

Сжатый воздух для технологических целей для перемешивания растворов и обдувки при сушке деталей. При серебрении перемешивание применяется в промывках холодных, в ваннах непроточной промывки и никелировании. Нормы расхода сжатого воздуха принимаются по нормам. Годовой расход определяется с учетом фонда времени работы оборудования и коэффициента его загрузки.

Часовой расход сжатого воздуха:

, (51)

где G_ч - часовой расход сжатого воздуха, м³/ч;

Н _- норма расхода сжатого воздуха, м³/ч,

n - количество одинаковых ванн,

V_в - объём ванны, м³.

Годовой расход сжатого воздуха:

, (47)

где G_год - годовой расход сжатого воздуха, м³/год; Т_эфф - эффективный фонд времени, ч; К_з - коэффициент загрузки.

Удельный расход сжатого воздуха:

, (52)

где G_уд - удельный расход сжатого воздуха, м³/м²;

П'_год - годовая программа с учетом брака, м².

Расчётные данные по расходу сжатого воздуха представлены в таблице 16.

Таблица 16 - Расход сжатого воздуха

2.4.4 Расход пара

В гальванических производствах пар используют в основном для предварительного разогрева растворов, для поддержания требуемой температуры растворов во время работы, в сушильных камерах и вспомогательном оборудовании.

Расход пара на разогрев растворов рассчитывают по укрупненным показателям. При этом учитываем число разогревов в год, которое определяется делением фонда времени работы оборудования с учетом коэффициента загрузки на число часов работы в день.

Расчет расхода пара на поддержание рабочей температуры во время работы ванны проводим на основе расчета теплового баланса ванны. Расчет производится в соответствии с [3] по формуле:

, (53)

где

Q_p - общий расход тепла, кДж/ч; Q₁ - тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны, кДж; Q₂ - тепловые потери через стенки ванны, кДж/ч; Q₃ - расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну, кДж/ч; Q₄ - расход тепла для нагрева вновь поступающего электролита, кДж/ч; Q₅ - расход тепла на нагрев воздуха для перемешивания, кДж/ч; Q₆ - тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через электролит, кДж/ч; K - поправочный коэффициент, учитывающий неподдающийся расчету расход тепла, К =1,1.

При отрицательном значении величины Q_p раствор необходимо нагревать, при положительном значении - охлаждать.

Тепловой баланс для ванны химического обезжиривания при рабочей температуре 70°С.

Тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны:

, (54)

где F₁ - площадь поверхности открытого зеркала электролита, м²;

q₁ - удельные потери с 1 м² поверхности открытого зеркала электролита, кДж/ (м²·ч). Определяется в зависимости от рабочей температуры и скорости движения воздуха над раствором ванны - W.

l - длина ванны, м; b - ширина ванны, м.

Скорость движения воздуха над ваннами без вентиляции принимается 0,3 м/с, над ваннами с вентиляцией 0,5 м/с.

, q₁ = 16000 кДж/ (м²·ч),

Тепловые потери через стенки ванны:

, (55)

где F₂ - площадь поверхности стенок и дна ванны, м²;

q₂ - удельные тепловые потери через 1 м² поверхности стенок и дна ванны, кДж/ (м²·ч).

h - высота ванны, м.

, q₂ = 263,8кДж/ (м²·ч)

Расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну:

, (56)

где М₁ - масса деталей, загружаемых в ванну, кг/ч;

q₃ - удельный расход тепла на нагрев деталей, кДж/кг.

, (57)

где m - масса одной детали, кг;

N - количество загружаемых деталей, шт.

q₃ = 47 кДж/кг (материал деталей - алюминий, t_н = 20°С, t_к = 70°С).

Расчет расхода подводимого тепла для ванны химического обезжиривания:

Ванну необходимо нагревать.

Расход тепла на нагрев ванны:

, (58)

где

- тепло на нагрев материала корпуса ванны, кДж;

- тепло на нагрев материала футеровки, кДж;

- тепло на нагрев электролита (раствора), кДж;

и рассчитываются в соответствии с формулой (43).

, (59)

где с - удельная теплоемкость материала ванны, кДж/кг·єС;

F - площадь стенок и днища ванны, м²;

д - толщина стенок и днища ванны, м;

г - плотность материала ванны, кг/м³;

Дt - разность рабочей и начальной температур, єС.

, (60)

где V_p - рабочий объем электролита (раствора), м³;

г - плотность электролита (раствора), кг/м³.

Расход тепла на нагрев ванны обезжиривания для процесса серебрения

Расход тепла на нагрев ванны:

= 0, так как ванны обезжиривания не футеруются.

Расчет греющей площади змеевика.

Для определения греющей площади поверхности нагревательного элемента сравнивают площади греющих поверхностей, необходимых для нагрева ванны до рабочей температуры и для поддержания рабочей температуры ванны, и выбирают наибольшую.

Площадь греющего элемента при нагреве:

, (61)

где Q_н - тепло на нагрев ванны с учетом времени разогрева, кДж;

К - коэффициент теплопередачи через стенку нагревателя от пара к раствору, Вт/м²·ч·єС. Коэффициенты теплопередачи можно брать в пределах от 814 до 3489 Вт/м²·ч·єС [].

t_{ср (н) -} средняя разность температур в период нагрева, єС.

, (62)

где t_р и t_нач - соответственно рабочая и начальная температура раствора, єС;

t_п - температура насыщенного пара, 130 єС.

Площадь поверхности греющего элемента для поддержания рабочей температуры раствора рассчитывается по формуле (61), только средняя разность температур в период работы t_{ср (раб)} определяется как:

(63)

Длина змеевика:

, (64)

где S - площадь поверхности теплообмена, м²;

d_н - наружный диаметр трубы змеевика, м.

Расчет греющей площади змеевика для ванны обезжиривания процесса серебрения.

Средняя разность температур в период нагрева, єС

Средняя разность температур в период работы:

Выбирается наибольшая разность температур.

Длина змеевика:

Результаты расчетов расхода пара представлены в таблице 17.

Суммарные затраты пара по каждому виду покрытия представлены в таблице 18.

Таблица 17 - Расход пара

Таблица 18 - Суммарные затраты пара

2.5 Расход сырья и материалов

Вследствие корректировки растворов при расчете расхода химикатов учитывают первоначальное приготовление растворов исходя из вместимости ванны с коэффициентом заполнения 0,7 - 0,9 и среднего состава, и годовой расход по нормам расхода [3] и годовой программе с учетом использования химикатов на бракованные покрытия.

, , (65)

, (66)

где V_в - рабочий объем ванны, м³; n - количество однотипных ванн; с - максимальная концентрация, г/л; Н - норма расхода электролита при обработке деталей на подвесках, л/м²; Р^'_год - годовая производительность автомата с учетом брака, м²; К - коэффициент, вводимый для электролитов (растворов), требующих высокой чистоты, К = 1,2 - 1,3.

Расчет химикатов для ванны химического обезжиривания:

Компонент NaOH

Компонент Na₃PO₄•7H₂O

Компонент Na₂SiO₃

Результатами проделанной работы являются:

1) изучение основного и вспомогательных процессов;

2) ознакомление с централизованной системой раздачи и приготовления растворов.

В ходе работы был проведен расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования процесса покрытия серебром, расчет тепловых и материальных балансов, расчет расходов воды, греющего пара, электроэнергии.

Для уменьшения расхода воды были приняты следующие меры, такие как применение ванн с периодической непроточной системой промывки.

Список использованных источников