Участок гальванического цеха завода общей производительностью 50 тыс м2/год

Также применяют струйную очистку поверхности щелочными растворами и специальными эмульсиями, состоящими из органических растворителей, эмульгаторов и небольшого количества воды. Продолжительность струйной обработки до 1--5 мин.

Электрохимическое обезжиривание [8] производится на катоде или на аноде в щелочных растворах примерно того же состава, что и при химическом обезжиривании. Механизм процесса сводится к понижению поверхностного натяжения на границе масло -- раствор и увеличению смачиваемости металла раствором, которая при наложении тока значительно возрастает. Эффективность электрохимического способа обезжиривания в некоторых случаях во много раз выше химического. Роль эмульгатора выполняют пузырьки выделяющегося газа (водорода или кислорода). Температуру щелочных растворов поддерживают в пределах 60--80 °С, что важно не только для ускорения очистки, но и для понижения сопротивления прохождению тока. Скорость обезжиривания значительно повышается с увеличением плотности тока, которая при обработке деталей составляет 3--10 А/дм2, а при обезжиривании проволоки, ленты на конвейерных установках -- до 50 А/дм2 и более.

Недостатком катодного обезжиривания, особенно при обработке изделий из твердой высокоуглеродистой стали (пружины, тонкие упругие пластины и т.д.), является снижение механической прочности металла, появление хрупкости за счет включения водорода (наводороживание). В таких случаях лучше применять анодное обезжиривание.

Травление. Травление -- процесс удаления окислов с поверхности металлов в растворах кислот и кислых солей или щелочей. Оно производится химическим и электрохимическим способами после обезжиривания изделий.

При химическом травлении [8] черных металлов применяются главным образом серная и соляная кислоты. Скорость травления возрастает с повышением температуры, причем в большей степени в растворе серной кислоты, чем в соляной. Практически температура травления в растворах соляной кислоты не превышает 40 °С, в растворах серной кислоты ее можно увеличить до 60 °С.

Для травления специальных сортов сталей, например, нержавеющей стали, применяют растворы, содержащие, кроме серной или соляной (или обеих вместе), азотную кислоту [12].

Для предотвращения явлений перетравливания и наводороживания поверхности изделий в растворы добавляют поверхностно-активные вещества -- ингибиторы травления (смолы, алифатические амины, производные ароматических и гетероциклических соединений), которые, практически не влияя на скорость растворения окислов железа, замедляют или прекращают растворение металлического железа.

Травление меди и ее сплавов при окончательной отделке их поверхности до блеска производится обычно в концентрированных растворах смеси кислот (HNO3, H2SO4, HCl) в две операции. Первая операция -- предварительное травление в 10%-ном растворе H2SO4 при 50--60 °С; и вторая -- глянцевое травление в растворе: 1 л HNO3 (плотность 1,38 г/см3), 1 л H2SO4 (плотность 1,84 г/см3) и 5--10 г/л NaCl при комнатной температуре. Продолжительность травления: предварительного -- до удаления окислов, глянцевого -- несколько секунд. Составы травильных растворов, главным образом для глянцевого травления, изменяются в зависимости от рода травящегося материала (состав медных сплавов) и от характера предварительной его обработки.

Электрохимическое травление [8] производится как на аноде, так и на катоде в 10--20%-ном растворе серной кислоты или подкисленных растворах сернокислого и хлористого железа при 20--60 °С и плотности тока 5--10 А/дм2 и выше.

Анодное травление основано на электрохимическом растворении металла и механическом отрывании окислов выделяющимися пузырьками кислорода. Катодное травление происходит за счет электрохимического восстановления и механического отрывания окислов металла бурно выделяющимся водородом.

Активирование. Непосредственно перед покрытием изделия дополнительно обрабатывают в чистых растворах кислот или щелочей с целью удаления тонких пассивирующих пленок и активирования поверхности [8]. Этот процесс осуществляется химическим способом в разбавленных (3--10%) серной и соляной кислотах или щелочах и электрохимически на аноде в концентрированной серной кислоте (70--85%) -- для стали или в растворе цианистого натрия (3--5%) -- для меди и ее сплавов. Процесс проводят при комнатной температуре в пределах от нескольких секунд до 1--2 мин. При анодном активировании в серной кислоте плотность тока равна 3--10 А/дм2.

Большую роль в подготовке поверхности изделий перед покрытием играет промывка и последовательность операций очистки.



Выбор способа подготовки поверхности изделия

Так как наше изделие имеет малые размеры, то лучше всего проводить обработку в барабане. От правильной организации операций предварительной подготовки зависит не только качества покрытия, но и в значительной степени его себестоимость, т.к. она определяется прежде всего затратами на рабочую силу и материалы. Механические операции исключаем из предварительной подготовки поверхности изделий в гальваническом цехе, т.к. особо следует отметить на ее стоимость. Следовательно, достаточно той подготовки, которая проводится в механическом цехе. В механическом цехе используют мокрую галтовку со стальным наполнителем в виде дроби разных размеров. В отличие от сухой галтовки здесь происходит одновременное шлифование и полирование поверхности деталей, что позволяет снизить шероховатость поверхности до требуемой величины.

Обработка поверхности после нанесения покрытия

Для усиления защитных свойств цинкового покрытия применяется операция пассивирования путём обработки цинковых покрытий в растворах хромовой кислоты и её солей. При этой обработке происходит частичное растворение цинка с образованием плёнки хроматов цинка и соединений трёхвалентного хрома, придающих плёнке характерные цвета побежалости радужных оттенков. Толщина плёнки составляет до 0,5 мкм. Хроматные плёнки не допускают нагрева их до температуры 62 °С, так как при этом происходит дегидратация, вследствие чего снижаются защитные и механические свойства плёнок. [12]

Образующаяся хроматная плёнка улучшает антикоррозионные свойства цинковых покрытий. Благодаря высокой пористости, которой обладают пассивирующие плёнки, они существенно улучшают адгезионные свойства оцинкованных поверхностей, облегчая тем самым нанесение на них лакокрасочных покрытий защитного и специального назначения.

Операции пассивирования обычно предшествует операция осветления. В результате этой операции цинковое покрытие приобретает более светлый оттенок. Эти операции можно проводить в одной гальванической ванне, при условии применения специальных растворов.

Состав такого раствора, применяемого во вращательных установках на автоматических линиях, такой (г/л) :

Спирт поливиниловый………………..……………………………….2-6

Соль Ликонда 25…………………………………………………..….70-75

К уже приготовленному раствору соли Ликонда 25 добавляют при постоянном помешивании поливиниловый спирт. Раствор фильтруется и помещается в гальваническую ванну. Корректировка осуществляется добавлением соли Ликонда 25 и поддержанием рН не реже одного раза в неделю.

Температура процесса цеховая (18-30 °С), продолжительность пассивации составляет 0,75-1,5 мин. рН=0,5-1,2.[3]

Способы промывки изделий

После каждой операции подготовки и нанесения гальванического покрытия детали следует тщательно промывать, причём особенное влияние уделять тому, чтобы в гальванические ванны не попадало даже следов обезжиривающих, травильных и активационных растворов. Загрязнения могут стать причиной ухудшения сцепления покрытия с основой, появления пятен и других нарушений нормальной работы электролита. Вода должна быть как можно меньшей жёсткости, её необходимо часто менять. В некоторых случаях применяется проточная вода, которая подаётся снизу и сливается из верхней части промывочного бака или ванны (см. рис. 6). Скорость смены проточной воды зависит от начальной и конечной концентрации растворов и уноса раствора деталей. Промывка проводится в течение 1-3 минут, особенно после травления, чтобы удалить из всех пор остатки кислоты и солей железа.

Качество промывки может быть улучшено перемешиванием воды сжатым воздухом, а также применением разбрызгивающих устройств и струйных установок (см. рис. 6). Весьма целесообразно применять обессоленную воду. В результате обработки воды ионообменным способом содержание солей в воде может быть доведено до 20-40 мг/л.

После обезжиривания детали промывают вначале горячей, затем в холодной воде. Хорошо обезжиренная поверхность должна равномерно покрываться водой.

После активации перед загрузкой в ванну детали не следует промывать в горячей воде, так как при этом поверхность деталей быстро высыхает. В данном случае это нежелательно, так как тонкая плёнка влаги препятствует контакту металла с кислородом воздуха, предохраняя его от окисления.

Детали с нанесённым покрытием промывают сначала в проточной холодной воде, затем в горячей, чем облегчается сушка. Промывные воды не должны содержать кислот или солей более 0,2%.

По температурному режиму промывки делятся на (ГОСТ 9.314-90): холодную (15-39 °С), тёплую (40-60 °С) и горячую (свыше 60 °С).

Рис. 2. Схемы промывки изделия:

а -- одноступенчатая схема промывки: б--многоступенчатая прямоточная схема промывки; в -- многоступенчатая противоточная схема промывки;

-- технологическая ванна; 2,3-- ванны промывки

Технологические схемы процессов

Технологическая схема нанесения цинковых покрытий

Таблица 6

№ п/п	Операция	Состав эл-та	Температура эл-та, 0С	Пл-ть тока,А/дм2	Длительность операции, мин
		Компоненты	Содержание, г/л
					катод	анод
	1	2	3	4	5	6	7
1	Загрузка деталей в барабан	-	-	-	-	-	-
2	Химическое обезжиривание	Едкий натр	20-40	50-70	-	-	3-5
		Тринатрийфосфат	10-15
		Обезжириватель ДВ-301	3-5
		Силикат натрия растворимый	10-30
3	Промывка в тёплой проточной ванне	Н2О	-	40-60	-	-	0.5 - 1
4	Промывка в холодной воде каскадная двух ступенчатая	Н2О	-	15-35	-	-	0.5 - 1
5	Активация химическая	Кислота соляная	50-100	15-35	-	-	0,25 3
6	Промывка в холодной воде каскадная двух ступенчатая	Н2О	-	15-35	-	-	0.1- 1
7	Цинкование	Окись цинка	10-17	20-30	0,5-1,5	1,5	25
		Едкий натр	90- 120
		Блескообразующие добавки (НБЦ-0,НБЦ-К)	4-6
8	Промывка в непроточной воде (Улавливание)	Н2Одеминер	-	15-35	-	-	0.5 - 1
9	Промывка в холодной воде каскадная двух ступенчатая	Н2О	-	15-35	-	-	0.5 - 1
10	Хроматирование	HNO3	15-30	15-20	-	-	6-18 сек.
		Na2Cr2O7	15-20
		Na2SO4	15-20
11	Промывка в непроточной воде (Улавливание)	Н2Одеминер	-	15-35	-	-	0.5 - 1
12	Промывка в холодной воде каскадная двух ступенчатая	Н2О	-	15-35	-	-	0.5 - 1
13	Выгрузка деталей	-		-	-	-	-
14	Сушка с обдувкой воздухом	-	-	-			-
15	Техконтроль	-	-	-			-

Технологическая схема нанесения фосфатных покрытий

Таблица 7

№	Операция	Состав электролита	рН	Температура,0С	Плотность тока, А/дм2	Время, мин
		компоненты	Конц. г/л
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Монтаж деталей
2	Обезжиривание (химическое)	Na2CO310H2O Na3PO412H2O Синтанол ДС-10	25-35 10-20 3-5		40-60		5-10
3	Промывка теплой проточной водой	Н2О			40-60		1-2
4	Промывка каскадная 2-х ступенчатая	Н2О			18-25		1-2
5	Активирование	H2SO4	50-100		15-30		0,7-1
6	Промывка каскадная 2-х ступенчатая	Н2О			12-18		1-2
7	Фосфатирование	КФ-1	24-33		48-55		6-7
8	Промывка в холодной непроточной воде(улавливание)	Н2Одеминер			15-30		1-2
1	2	3	4	5	6	7	8
9	Промывка в проточной воде каскадная 2-х ступенчатая	Н2О			18-25		1-2
10	Промывка в теплой воде	Н2О			40-50		1-2
11	Сушка	Сжатый воздух			70-80		6-8
12	Демонтаж изделий
13	Нанесение ЛКП



Расчетная часть

Расчёт фондов времени работы оборудования

Номинальный годовой фонд времени работы:

Тн=366-105-14=247 суток.

где 105 -- число выходных дней в году

14 -- число праздничных дней в году.

Фактическое годовое время работы оборудования:

Тф=Тн-КПР*ТН

ТФ=247-0,08*247=227 суток

Среднее время работы оборудования:

tc=(tpH*ПС М)/ПНР.Д

tc =41*2/5= 16,4 часов.

где tНР - количество рабочих часов в неделю

ПС М - число смен в сутки

ПНР.Д - количество рабочих дней в неделю.

Фактическое годовое время работы оборудования:

tФ=Тф*tc

tФ= 227*16,4= 3726,7 часов

Эффективное время работы:

t0'эф=tс-tпз

t0'эф=16,4-0,5=15,9 часов

tпз -- подготовительно- заключительное время, в часах.

Годовое эффективное время работы:

t'эф=t'0эф*Тн

t'эф=247*15,9=3927,3

Производственная программа цеха

Годовая производственная программа Pг :

где Pз - годовая заданная программа, м2 ;

б- брак продукции, допускающий переделку, %.

Суточная производственная программа:

Рс=Рг/Тэф

Цинкование:

Рг= 20000+ 20000*2/100= 20400 м2

Рс= 20400/227= 90 м2

Фосфатирование:

Рг= 30000+ 30000*2/100= 30600 м2

Рс= 30600/227= 135 м2

Площадь поверхности 1 детали:

Для цинкования = 0,00082м2

Для фосфатирования = 0,00049 м2

Сводим данные в таблицу:

Таблица 8

Группа изделий	Покрытие	Ед. загрузки в один барабан, кг	Производственная программа
			Годовая	Суточная
			м2	Кг	Количество ед. загрузки	м2	кг	Количество ед. загрузки
Винт	Цинковое	5,5	20400	121760,1	23760	90	485,1	99
Лепесток	Фосфатирование	12,5	30600	193822	23760	135	772,2	99

Определение продолжительности электролиза

Продолжительность нанесения покрытия равна:

где толщина покрытия;

d - плотность осаждаемого металла;

катодная плотность тока (при покрытии в барабанах );

q - электрохимический эквивалент осаждаемого металла;

выход по току, в %.

Время обработки одной загрузки с учётом времени на загрузку и выгрузку в минутах: ф ст.в= ф + ф в

Цинкование:

ф1= (6*7,133*60)/(1*1,22*98)= 21 мин



Чтобы учесть истирание покрытия в барабанах, полученное время увеличиваем:

ф= (1,15ч1,25)*21=(24,15ч25,25)мин

Принимаем ф= 24 мин.

ф ст.в= 24+1=25 мин

Фосфатирование:

ф=7 мин

Количество операций, осуществляемое в стационарной ванне за сутки:

noon = tC*60/tСТ

Суточная производительность в ед. загрузки:

Р= tэф*3600/ф ВП

ф ВП -- ритм выдачи одного загрузочного приспособления, в пределах

240-600 с

Производительность одного барабана:

РО.Б= РС/Р

Количество деталей в одном барабане:

n=РО.Б/S

Масса деталей в одной загрузке барабана:

mЗ=n*mO.Д

Цинкование:

noon = 16,4*60/25=39,4 ? 39

Р= 15,9*3600/580 = 99 барабанов

РО.Б=90/99=0,91 м2

nЕЗ =0,91/0,00082= 1110 шт.

mЗ=1110*5=5549 гр. = 5,5 кг.

Фосфатирование:

noon = 16,4*60/7=140,5 ?141

Р= 15,9*3600/580 = 99 барабанов

РО.Б=135/99=1,36 м2

n=1,36/0,00049= 2776 шт.

mЗ=2776*4,5=12489 гр. = 12,5 кг.

Конструкционный расчёт

Объем металла деталей, загружаемых в барабан составляет :

где - масса деталей в одной загрузке барабана,

- плотность металла деталей.

Насыпной объем деталей:

Объем электролита:

Vэ=l*b*hэ-Vм

Цинкование:

VM = 5,5/7800=0,0007 м3

Vнас = 8*0,0007= 0,006 м3

Vэ= 1,6*0,8*1-0,0007=1,28м3

Фосфатирование:

VM = 12,5/7800=0,0016 м3

Vнас = 6*0,0016= 0,009 м3

Vэ= 1,6*0,8*1- 0,0016=1,28м3

Расчет стороны шестигранного барабана производится по формуле:

где - площадь трапеции,

- внутренняя длина барабана, обычно

dнар=2а+2д

Цинкование:

а =0,13 м

dвн=0,13*1,73=0,23 м

dнар=2*0,13+2*0,02=0,3 м

Фосфатирование:

а =0,12 м

dвн=0,12*1,73=0,21 м

dнар=2*0,12+2*0,02=0,28 м

Внутренние габариты стационарных ванн определяются по уравнениям:

Длина:

где l3 - расстояние между краем барабана и торцевой стенки ванны;

Ширина:

где b2 - расстояние между анодом и ближайшим краем барабана;

b3 - расстояние между анодами и стенкой ванны;

- толщина анода.

Высота:

где hэ - высота уровня электролита;

hб - расстояние от зеркала электролита до верхнего края бортов ванны;

h2 - расстояние от дна ванны до нижнего края барабана;

h3 - высота электролита над нижним краем барабана.

Цинкование:

lв= 1+2*0,02+2*0.1=1,24 м

b=0,3+2*0,1+2*0,1+2*0,01=0,72 м

h= 0,6+0,25=0,95 м

Стандартные габариты ванны длина 1,60 м, ширина 0,80 м, высота 1,00 м.

Фосфатирование:

lв= 1+2*0,02+2*0.1+2*0.1=1,44 м

b=0,28+2*0,1+2*0,1+2*0,01=0,70 м

h= 0,6+0,25=0,95 м

Стандартные габариты ванны длина 1,60 м, ширина 0,80 м, высота 1,00 м.

Проектирование автооператорной линии

Проводим расчет ритма выдачи одного загрузочного приспособления с одной АОЛ:

где среднесуточное эффективное время работы автомата;

суточная производительность в единицах загрузки.

Определяем количество ванн, необходимых для выполнения самых длинных операций технологического процесса:

где время проведения операции;

ритм выдачи загрузочных приспособлений.

Необходимое количество автооператоров рассчитываем по формуле:

где суммарное время обслуживания автооператорами всех ванн.

где суммарное время горизонтальных перемещений АО;

суммарное время вертикальных перемещений АО;

время остановок операторов над всеми ваннами.

Суммарное время горизонтальных перемещений:

где коэффициент, учитывающий холостые ходы оператора и компоновку ванн в линии (1,5--4);

среднее расстояние между осями соседних ванн;

количество технологических операций, считая загрузку и выгрузку одной операцией;

скорость горизонтальных перемещений АО.

Суммарное время вертикальных перемещений:

где высота подъема траверс автооператора;

скорость вертикальных перемещений АО.

где время для выполнения коротких технологических операций;

ф'ост=20*nпоз

время для слива раствора с ЗП, не требующееся после загрузки и сушки деталей;

ф''ост=(6~9)*(nпоз-2)

время для гашения инерционных сил при переходе оператора к позиции и опускание ЗП в ванну.

ф”'ост=(2~4)*nпоз

Цинкование:

Самой длительной операцией является процесс цинкования.

фвп=15,9*3600/99=580 сек

nB=1500/580=3 ванны

nАВО= 727/580=1,3~2

?ф=40,6+406+280=779,8c = 727с

фг= 2,5*0,25(15-1)/0,2=43,75 с

фв=2*2*13/0,2=260 с

фост= 280+84+42=406 c

ф'ост=20*15= 300 с

ф''ост=7*(15-2)=91c

ф”'ост=3*15= 45c

Для всех остальных технологических операций принимаем по одной ванне в виду малой продолжительности обработки.

Технологические операции при цинковании

Таблица 9

№ п/п	Операция	Продолжительность операции, мин	Количество ванн
1	Химическое обезжиривание	3	1
2	Промывка в тёплой проточной ванне	1	1
3	Промывка каскадная в холодной воде	1	1
4	Активация	1	1
5	Промывка каскадная в холодной воде	1	1
6	Нанесения цинкового покрытия	25	3
7	Промывка в ванне улавливания	1	1
8	Промывка каскадная в проточной холодной воде	1	1
9	Хроматирование	1	1
10	Промывка в ванне улавливания	1	1
11	Промывка каскадная в холодной воде	2	1
Всего	38	13

Фосфатирование:

Самой длительной операцией является процесс фосфатирования

фвп=15,9*3600/99=578 сек

nB=420/580=1 ванны

nАВО= 883/580=1,4~2

?ф=46,9+466+320=779,8c = 883 с

фг= 2,5*0,25(12-1)/0,2=34 с

фв=2*2*9/0,2=320 с

фост= 320+98+48=180 c

ф'ост=20*12= 240 с

ф''ост=7*(12-2)= 70 c

ф”'ост=3*12= 36 c

Для всех остальных технологических операций принимаем по одной ванне в виду малой продолжительности обработки. Полученные данные записываем в таблицу 10.

Технологические операции при фосфатировании

Таблица 10

№ п/п	Процесс	Продолжительность операции, мин	Количество ванн
1	Химическое обезжиривание	5	1
2	Промывка горячая	1	1
3	Промывка каскадная 2-х ступенчатая	1	1
4	Активирование	0,85	1
5	Промывка каскадная 2-х ступенчатая	1	1
6	Фосфатирование	7	1
7	Улавливание	1	1
8	Промывка каскадная 2-х ступенчатая	1	1
9	Промывка в теплой воде	1	1
Всего		19	9

Определяем габариты автооператорной линии:

длина АОЛ:

где расстояние между ваннами;

количество сдвоенных ванн двухкаскадных промывок;

длина загрузочно-разгрузочных площадок.

ширина АОЛ:

bAOЛ=bB+b'

где размер площадки обслуживания (1--1,5 м).

Цинкование:

lАОЛ=0,8*13+12*0,25+2*1,6= 16.6 м

bAOЛ=1+1,5=2,5 м

высоту АОЛ принимаем равной 3 м.

Получаем автооператорную линию следующих размеров: 23х2,5х3 м3.

Фосфатирование:

lАОЛ=(9-1)*0,25+9*0,8+2*1,6= 18,4 = 18 м

bAOЛ=1+1,5=2,5 м

высоту АОЛ принимаем равной 3 м.

Получаем автооператорную линию следующих размеров: 21х2,5х3 м3.

Расчет габаритов баков

Количество и габариты баков рассчитываем исходя из количества ванн, предназначенных для электролитов данного состава, их объемов, а также размеров помещения для приготовления электролитов проектируемого цеха.

Vбака=р*R2*h=1,2*VB

где VB - объем ванны;

радиус бака;

высота бака.

Цинкование:

Vбака=1,2(1,6*0,8*1,0)=1,54 м3

Пусть R=0,6 м, тогда h = 1,54/3,14*0,62 =1,4м

Принимаем Vбака=1,54 м3 при R= 0,6 м и h= 1,4 м.

Фосфатирование:

Vбака=1,2(1,6*0,8*1,0)=1,54 м3

Пусть R=0,6 м, тогда h = 1,54/3,14*0,62 =1,4м

Принимаем Vбака=1,54 м3 при R= 0,6 м и h= 1,4 м.

Материальные расчеты

Расход химикатов и материалов на предварительную подготовку, нанесение покрытий и заключительные операции

Расход химикатов в процессе эксплуатации электролитов определяется их расходом на образование покрытия, потерями раствора за счет уноса его поверхностью деталей, загрузочными приспособлениями и т.д.

Расход химикатов на первоначальное приготовление электролитов рассчитываем по формуле:

mn.ni=(кг)

где с - концентрация компонента;

Vэ - объем электролита в ванне;

nэ - количество ванн с данной концентрацией и объемом электролита.

Расход химикатов на 100 м2 покрываемых изделий определяем как:

m100i= (кг)

где норма расхода электролита, содержащего компонент.

Расход химикатов на годовую программу находим по формуле:

mгi=(кг)

где Рг - годовая производительность по данному покрытию.

Результаты расчетов сводим в таблицу.

Расход химикатов при цинковании

Таблица 11

Название химиката	NaOH	Na3PO4	ДВ-301	Na2O3Si	H2SO4	ZnO
Концентpация химиката в электpолите, г/л	40	15	5	30	100	17
Объем раствора в ванне, мі	1,28	1,28	1,28	1,28	1,28	1,28
Количество ванн	1	1	1	1	1	3
Количество смен электpолита в году	1	1	1	1	1	1
Поверхность покрываемых деталей, мІ/год	20400	20400	20400	20400	20400	20400
Общий удельный унос раствора, мл/мІ	120	120	120	120	120	120
Расход химиката на первоначальный пуск, кг	51,2	19,2	6,4	38,4	128,0	65,3
Коэф., учит. расход на корректировку (1,15-1,5)	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Расход химиката на годовую программу, кг	168,704	63,264	21,088	126,528	421,76	215,0976
Название химиката	NaOH	НБЦ-0	HNO3	Na2Cr2O7	Na2SO4
Концентpация химиката в электpолите, г/л	120	6	30	20	20
Объем раствора в ванне, мі	1,28	1,28	1,28	1,28	1,28
Количество ванн	3	3	1	1	1
Количество смен электpолита в году	1	1	1	1	1
Поверхность покрываемых деталей, мІ/год	20400	20400	20400	20400	20400
Общий удельный унос раствора, мл/мІ	120	120	120	120	120
Расход химиката на первоначальный пуск, кг	460,8	23,0	38,4	25,6	25,6
Коэф., учит. расход на корректировку (1,15-1,5)	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Расход химиката на годовую программу, кг	1518,336	75,9168	126,528	84,352	84,352

Таблица 12

Расчет химикатов для фосфатирования

Название химиката	СитанолДС	Na3PO4*12	Na2CO3	H2SO4	КФ-1
Концентpация химиката в электpолите, г/л	5	20	35	100	33
Объем раствора в ванне, мі	1,28	1,28	1,28	1,28	1,28
Количество ванн	1	1	1	1	1
Количество смен электpолита в году	1	1	1	1	1
Поверхность покрываемых деталей, мІ/год	30600	30600	30600	30600	30600
Общий удельный унос раствора, мл/мІ	120	120	120	120	120
Расход химиката на первоначальный пуск, кг	6,4	25,6	44,8	128,0	42,2
Коэф., учит. расход на корректировку (1,15-1,5)	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
Расход химиката на годовую программу, кг	28,432	113,728	199,024	568,64	187,6512



Расход анодов

Площадь поверхности и массу анодов, необходимую для первоначального пуска ванны, определяем как:

Sa=Sk*jk/ja (дм2)

где Sk - поверхность загружаемых деталей;

jk ,ja - анодная и катодная плотности тока соответственно.

man.n=Sa* дa *p (кг)

где толщина анода;

плотность металла анода.

Расход анодов на 100 м2 находим по формуле:

ma100=100*дn*p*k1*k2

где дn - толщина покрытия осаждаемого металла;

плотность осаждаемого металла;

k1 - коэффициент, учитывающий сложность формы детали;

k2 - коэффициент, учитывающий непроизводственные потери.

Вычисляем расход анодов на годовую программу:

maг=Рг*дn*p*k1*k2

Цинкование:



Таблица 13

РАСЧЕТ РАСХОДА РАСТВОРИМЫХ АHОДОВ
Производительность, мІ/ год	20400
Коэффициент, учитывающий обратимый брак	1,01
Факт. покрываемая поверхность, мІ/ год	20604
Толщина покpытия, см	0,006
Плотность осаждаемого металла, г/смі	2,06
Масса металла в 1 мІ покрытия	123,6
Катодный выход по току, доли единицы	0,96
Анодный выход по току, доли единицы	1,03
Общая масса покрытия годовой продукции	2546,7
Масса анодно растворяющегося металла, кг / год	2732,3
Анодные остатки (скрап), доли единицы	0,17
Расход растворимых анодов (с учетом скрапа), кг / год	3292,0
Поверхность анода, смІ	18,75
Толщина анода, см	0,1
Масса одного анода, кг	3,9
Годовой расход анодов, штук	852
Годовой расход анодов, т	3,29

Расход воды

Расход воды на приготовление электролитов:

, г/л, где

Vi-объем электролита в ванне, л;

ni-количество ванн с одинаковым объемом и составом электролита;

nсм- количество смен электролита в году;

Tгф- фактический годовой фонд времени.

Расход воды на испарение с зеркала электролита для ванн, работающих при повышенной температуре, рассчитывают с использованием формулы Крауза:

, г/л, где

F-поверхность испарения, м2;

K-коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха (для гальванических цехов K=0,71);

X1-количество пара, насыщающего воздух при температуре электролита, кг на 1 кг сухого воздуха;

X2-количество пара, насыщающего воздух при температуре цеха,

кг на 1 кг сухого воздуха;

n-количество ванн, по которым ведется расчет на испарение воды;

р- плотность воды, г\см3.

Расчет расхода воды на промывку после каждой технологической ванны для любой из выбранных промывок проводят по формуле:

,г/л, где

F-поверхность зеркала электролита ванны, м2;

Vисп- удельное испарение электролита, л/м2•г;

Vуд- удельный вынос электролита, л/м2;

Рчас- часовая производительность линии, м2/г;

С0-концентрация наиболее вредного компонента в технологической ванне, г/л;

Сn-допустимая концентрация этого компонента в последней ванне промывки, г/л;

n- количество ванн промывки;

n1-количество ванн улавливания;

n2- коэффициент.

При расчете с использованием ванн улавливания коэффициент принимают:

для одноступенчатой промывки- n2=1;

для многоступенчатой прямоточной- n2=n;

для каскадной промывки - n2=1.

В отсутствии ванн улавливания коэффициенты n2 берутся теми же самыми, а n1 равным нулю.

Цинкование:

Таблица 14

РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ НА ПРОМЫВКУ
Номер промывки	Тёп.авт.1	Хол.каск.1	Хол.каск.2	хк3	хк4	хк5
Общая поверхность промываемых деталей S, мІ/ч	5,5	5,5	5,5	5,5	5,5	5,5
Уд. унос раствора деталями из технол. ванны, мл/мІ	120	120	120	120	120	120
Конц. в-ва в технол. ванне (в пересчете на металл), г/л	40	20	100	31,35	37,6	37,6
Допустимая концентрация в-ва после промывки, г/л	0,1	0,1	0,1	0,01	0,01	0,01
Коэф. ванн улавливания (при 1 к=2,5; при 2 к=5)	1	1	1	2,5	2,5	2,5
Коэф.требуемой степени очистки поверхности, Ко	400	200	1000	1254	1504	1504
Количество ванн промывки	1	2	2	2	2	2
Уд. расход воды при каскадной промывке, л/мІ	0,000	1,697	3,795	4,249	4,654	4,654
Уд. расход хол. воды при автономной подаче, л/мІ	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Уд. расход гор. воды при автономной подаче, л/мІ	24,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Расход воды при каскадной промывке, л/ч	0,000	9,334	20,871	23,372	25,596	25,596
Расход холодной воды пpи автономной подаче, л/ч	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Расход горячей воды пpи автономной подаче, л/ч	132,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Общий расход воды при каскадной промывке, л/ч	79,172

Фосфатирование:

Таблица 15

РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ НА ПРОМЫВКУ
Номер промывки	Гор.авт.1	Хол.каск.1	Хол.каск.2	Хол.каск.3	Гор. Авт.2
Общ. поверхность промыв. деталей S, мІ	8,2	8,2	8,2	8,2	8,2
Уд. унос р-ра деталями из ванны, мл/мІ	65	65	65	65	65
Конц. в-ва в ванне (в пересчете на металл), г/л	15	3	100	50	15
Доп. Конц-ция в-ва после промывки, г/л	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Коэф. ванн улавл. (при 1 к=2,5; при 2 к=5)	1	1	1	1	1
Коэф. степени очистки поверхности, Ко	150	30	1000	500	150
Количество ванн промывки	1	2	2	2	1
Уд. расход воды при каскад. промывке, л/мІ	0,000	0,356	2,055	1,453	0,000
Уд. расход хол. воды при авт. подаче, л/мІ	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Уд. расход гор. воды при авт. подаче, л/мІ	4,875	0,000	0,000	0,000	4,875
Расход воды при каскад. промывке, л/ч	0,000	2,919	16,855	11,918	0,000
Расход хол. воды пpи авт. подаче, л/ч	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Расход гор. воды пpи авт. подаче, л/ч	39,975	0,000	0,000	0,000	39,975
Общий расход гор. воды пpи авт. подаче, л/ч	61,461				39,975
Общ. расход воды при каскад. пр-ке, л/ч	31,693				28,773

Расчет источников постоянного тока

Расчет напряжения на ванне цинкования

Расчет проводился на персональном компьютере с помощью программы разработанной на кафедре ТЭП. Полученные данные занесены в таблицу 22.

Сила тока на ванне:

I = ik ·ѓ

где ik - катодная плотность тока (А/дм2),

ѓ - Площадь единичной загрузки (дм2),

I=2•100=200 (А)

Электродная поляризация в ванне:

ДЕ = ца - цк

где цa; цk - анодный и катодный потенциал (соответственно);

ДЕ=1,329+0,182=1,511 (В)

Проходная плотность тока:

iпр = v((ik·ia)/100)

где ia; ik - анодная и катодная плотность тока;

iпр = v((2·2)/100=0,02 (А/кв.дм)

Падение напряжения в электролите:

ЕЩ = (iпр·l)/ч

где l - расстояние между электродами, l,5 = 15 (см);

ч - удельная электропроводность электролита H2SO4 20%;

ЕЩ = (0,02·15)/71,69=0,004 (В)

Потери напряжения в электродах и контактах ванн:

Еп.к. = 0,15•(ДЕ + ЕЩ)

Еп.к. = 0,15•(1,511+0,004)=0,227 (В)

Падение напряжения в шинопроводе:

Еп.р.= 0,1•(ДЕ + ЕЩ + Еп.к)

Еп.р.= 0,1•(1,511+0,004+0,227) = 0,174 (В)

Минимальное напряжение на генераторе тока:

Umin = ДЕ + ЕЩ + Еп.к + Еп.р

Umin =1,511+0,004+0,227+0,174=1,917 (В)

Напряжение на ванне



где k1 - коэффициент учитывающий потери напряжения в контактах (0,02-0,01);

k2 - коэффициент учитывающий увеличения напряжения за счет газонаполнения (0,01 - 0,2);

U = (1+0,015)?1,511+(1+0,09)?0,004=1,54 (В)

Расчет шин

Удельное сопротивление материала шины при средней температуре шин:

где Rуд - измеренное удельное сопротивление материала шины,

Rуд = 0,0178 Ом·мм2/м;

в - температурный коэффициент материала шины, в = 0,00445;

tраб - рабочая температура шины;

tR - температура изменения удельного сопротивления, tR = 18 єC;

0,0178·(1+0,00445·(25-18)=0,01835

Сечение шины:

ѓш = I·Rудср·2· (а/Епр)

где а - длина шины;

ѓш =200·0,01835·2·(3/0,174)=126,55 (мм2)



Электрический расчет

Цинкование:

Таблица 16

Потенциал анода, В	-0,92
Потенциал катода, В	-1,2
Анодная плотность тока, А/дмІ	1,5
Катодная плотность тока, А/дмІ	1
Площадь единичной загрузки, дмІ	130
Сила тока на ванне, A	130
Расстояние между электpодами, см	20
Удельная электpопpоводность электpолита, 1/(Ом·см)	2,42E-01
Электродная поляризация в ванне	0,280
Проходная плотность тока, А/кв.см	0,01225
Падение напряжения в электролите, В	1,012
Потери напряжения в электродах и контактах ванны, В	0,194
Падение напряжения в шинопроводе, В	0,149
Минимальное напряжение на генераторе тока, В	1,635
Коэф., учит. потери напряжения в контактах (0,02-0,1)	0,100
Коэф., учит. увел. напряжения за счет газонаполнения (0,01-0,2)	0,105
Напряжение на ванне, В	1,54
РАСЧЕТ ШИH
Длина шины, м	5
Измеренное уд. сопротивление материала шины, Ом·ммІ/м	0,0178
Температурный коэффициент материала шины	0,00445
Рабочая температура шины, єC	40
Температура измерения уд.сопротивления, єC	18
Уд. сопротивление материала шины при ср. тем-ре шин	0,01954
Сечение шины, ммІ	170,96

По полученным значениям выбираем стандартные плоские шины (ширина и толщина) с сечением равным или несколько большим расчетного [18]. Принимаем шины мм с сечением 75 мм2 (нагрузка пост. тока -- 420 А)

В качестве источников постоянного тока используем полупроводниковые выпрямители. Выпрямитель состоит из трансформатора, преобразующего ток высокого напряжения (220 или 380 В) и малой силы в ток низкого напряжения и большой силы, и электрических вентилей на основе тиристоров (селеновых, кремниевых или германиевых), преобразующих переменный ток в постоянный.

Селеновые выпрямители [14] (ВАС, ВСМР с номинальным напряжением 6--24 В и силой тока до 5000 А с воздушным и масляным охлаждением) имеют большие габариты. Недостаток -- отсутствие плавного регулирования напряжения и плотности тока, пробивное напряжение около 17 В. Селеновые выпрямители рекомендуется применять в случаях, когда предел напряжения не превышает 40--60 В и не требуется реверсирование тока.

Германиевые выпрямители боятся перегрузок, отличаются небольшими размерами, высоким КПД (до 98%), хорошей регулируемостью, низким сопротивлением при прямом направлении тока и высоким -- при обратном направлении, большим сроком службы [16]. Для цехов электрохимических покрытий выпускаются германиевые выпрямители ВАГТ с напряжением 9--12 В и силой тока до 4000 А с воздушное принудительное или водяное охлаждением.

Кремниевые выпрямители имеют малые размеры и почти не боятся перегрузок (пробивное напряжение 200--1000 В). Применяются кремниевые выпрямители типов ВАКГ, ВАК и ВАКР, имеющие выпрямленное напряжение 3--48 В и силу тока до 25000 А с водяным или воздушным естественным или принудительным охлаждением. Выпрямители ВАКГ предназначены для питания гальванических ванн постоянным током при автоматическом или ручном регулировании плотности тока и изменении нагрузки от 25 до 100%. Выпрямители ВАКГР и ВАКР используются, когда требуется реверсирование тока, при котором достигается уменьшение пористости покрытия, увеличение адгезии, снижение внутренних напряжений, наводороживания основы, повышение твердости покрытия.

Источники тока для питания ванн

Таблица 17

Характеристика	Цинкование
Тип выпрямителя	ВАК-100-12-4
Питающая сеть	Напряжение -- 380 В, частота -- 50 Гц, число фаз -- 3
Выходная мощность, кВт	1,2
Выпрямленное напряжение, В	Минимальное -- 6
	Номинальное -- 12
Выпрямленный ток, А	Минимальное -- 10
	Номинальное -- 100
КПД, %	78
Вид охлаждения	Естественное
Габаритные размеры, мм	100х850х570

Тепловые расчеты ванн

Расчет тепла на охлаждение раствора ванны цинкования

Высота раствора в ванне:

hр-ра =hв-0,2,

где hв- высота ванны;

hр-ра =1-0,2=0,8 (м)

Объем корпуса ванны:

Vк=2•hв•lв•ув + 2•hв•ув•bв + ув•bв•lв,

Где bв, lв- ширина и длина ванны;

ув- толщина стенки ванны;

Vк =2•1,25•1•0,005+2•1,25•1•0,005+1•1•0,005=0,030 (м3)

Масса ванны:

mв =Vк•сст,

где сст - плотность стали (материала ванны);

mв =0,030•7850=235,500 (кг)

Объем футеровки:

Vф=2•hв•lв•уф2•hв•уф•bв + уф•bв•lв,

где уф- толщина футеровки;

Vф =0 (м3)

Масса футеровки:

mф =Vф•сф,

где сф - плотность материала футеровки;

mф=0 (кг)

Поверхность зеркала раствора:

Sр-ра = bв•lв;

Sр-ра =1•1=1 (м2)

Общая поверхность стенок и дна ванны:

Sобщ=2•hв•lв +2•hв• bв + bв•lв;

Sобщ=2•1,25•1+2•1,25•1+1•1=6 (м2)

Объем раствора:

Vр-ра = hр-ра•lв•bв - Vф;

Vр-ра=1•1•1,05-0=1,05

Масса раствора:

mр-ра= Vр-ра•ср-ра,

где ср-ра- плотность раствора;

mр-ра=1,05•1080=1134,0 (кг)

Часовой расход удаляемого тепла от раствора:

,

где tH, tk - начальная и конечная температуры раствора,

Ср-ра - удельная теплоемкость раствора при его начальной температуре, Дж/ кг •К;

Qр-ра =(1,05•1080•4190•(70-18))/3600000=68,63 (кВт•ч)

Расчет коэффициента теплоотдачи от раствора к стенке

Критерий Грасгофа:

Сr = ,

где вр- температурный коэффициент объемного расширения;

g- ускорение свободного падения =9,8 м/с;

н- кинематическая вязкость при средней температуре раствора;

Сr =4,49•10-4•(1,253•9,8•(70-18))/(0,6•10-6)2=1,24•1012

Критерий Прандтля:

,

где Ср-раср- удельная теплоемкость при средней температуре раствора;

л- коэффициент теплопередачи при средней температуре раствора;

Pr = (0,6•10-6•4,18•1080)/0,634=0,0043

Критерий Нуссельта:

,

Nu=0,135• (1,24•1012•0,0043)0,33=218,88

Коэффициент теплопередачи от жидкости к стенке:

,

= (218,88•0,634)/1,25=111 (Вт/м2•К)



Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху.

Общий коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекции:

,

где tcт2, tвоз- температура наружной поверхности стенки и воздуха соответственно;

= 9,47+0,07•(70-18)=13,11 (Вт/м2•К)

Коэффициент теплопередачи:

,

К = 1/((1/111)+(1/13,11)=11,72

Часовые потери через стенки и дно ванны:

,

= ((70-18) •11,72•6)/1000=3,66 (кВт)

Часовые потери за счет испарения:

,

где Vвоз- скорость движения воздуха над поверхностью электролита;

ХЭ, Хокр - влагосодержание воздуха над поверхностью электролита при температуре раствора и окружающего воздуха соответственно;

= (25+19•0,5)•1•(0,034-0,0065)/3600•2333=0,61 (кВт)

Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции:

,

=10•1•(70-18)/1000=0,52 (кВт)

Общие часовые потери тепла с поверхности раствора:

,

= 0,61+0,52=1,13 (кВт)

Часовые потери теплоты от добавления холодной воды взамен испаряемой:

,

=((25+19•0,5) •(0,034-0,0065)/3600)•4,19•(70-9)=0,067 (кВт)

Часовые потери тепла на нагрев стенок ванны:

,



где Сст - удельная теплоемкость материала корпуса ванны (стали);

= 235,500•0,5•(70-18)/3600=1,70 (кВт)

Тепловой поток для нагрева раствора и компенсации потерь:

,

= 68,63+0,61+3,66+0,067+1,70=74,67 (кВт)

Тепловые потери от уноса раствора ванны:

,

где qН2О - количество воды уносимое с деталями,

Скр-ра - удельная теплоемкость раствора при его конечной температуре;

=0,0016•4,19•(70-9)=0,41 (кВт)

Джоулево тепло:

,

где 0,75- коэффициент учитывающий долю электроэнергии превращающий в тепло, принимается в диапазоне 0,6-0,9;

ф- продолжительность электролиза;

Qдж = 0

Часовые потери теплоты на нагрев деталей:

,

где Мд - масса обрабатываемой детали;

Сд- удельная теплоемкость материала обрабатываемой детали;

=0,026•0,92•(70-18)=1,244 (кВт)

Тепловой поток для поддержания температуры раствора и компенсации потерь:

,

=1,244+1,13+3,66+0,41+1,70+0,067-0=8,21 (кВт)

Определение длины змеевика

Средняя температура раствора в ванне:

,

=(70+18)/2=44 (°С)

Средняя температура горячего теплоносителя:

,



где ТвхТ, ТвыхТ- температура горячего теплоносителя на входе и выходе соответственно;

=(110+108)/2=109 (°С)

Определение коэффициента теплопередачи

Средний диаметр трубы:

dср = () / 2 ,

где dтВ - внутренний диаметр трубы,

dтН - наружный диаметр трубы;

dср = ((105-18)-(105-70))/(2,3?log/((105-18)/(105-70)=57,2 (м)

Расход греющего пара при работе:

,

= ((8,21?1,05)/(2227?0,95)=0,0041 (кг/с)

Коэффициент теплопередачи от пара к стенке трубы:

,

где о- коэффициент объединяющий физико-химические константы воды и пара;

F- поверхность теплообмена;

l- длина трубы;

Коэффициент теплопередачи от стенки трубы к раствору:

,

где dtср- коэффициент теплопроводности воды при средней температуре.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

,

где б3 - среднее значение тепловой проводимости загрязнения стенки;

у- толщина стенки трубы теплообменника;

2/5800+0,002/4605=0,00039 (м2?К/Вт)

Коэффициент теплопередачи от конденсированного пора к воде:

,

Проверочное значение температуры стенки 1:

,

110-((1439?57,2)/6531=97 (°С)

Проверочное значение температуры стенки 2:

,

где tк- температура конденсата греющего пара;

tпр2 =(108-1439?52,8/6491,46)=94 (°С)

Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны:

,

S = (74,64?1000)/(1439?61)=0,851 (м2)

Длина змеевика для нагрева:

.

L = 0,851/(3,14?0,055) =4,93 (м)

Таблица 18

РАСЧЕТ ТЕПЛА НА НАГРЕВ РАСТВОРА ВАННЫ ЦИНКОВАНИЯ
Длина ванны (внутренний размер), м	1,6
Ширина ванны (внутренний размер), м	0,8
Высота ванны (внутренний размер), м	1
Толщина стенки ванны, м	0,005
Плотность материала ванны, кг/мі	7850
Толщина футеровки, м	0,01
Плотность материала футеровки, кг/мі	1380
Высота раствора в ванне, м	0,75
Объём корпуса ванны, мі	0,0304
Масса ванны, кг	238,640
Объём футеровки, мі	0,061
Масса футеровки, кг	83,904
Поверхность зеркала раствора, мІ	1,28
Общая поверхность стенок и дна ванны, мІ	6,08
Объем раствора, мі	0,899
Удельная теплоемкость раствора при его нач. тем-ре, Дж/кг·K	4130
Плотность раствора, кг/мі	1116
Удельная теплоемкость матеpиала коpпуса ванны, кДж/кг·K	0,462
Удельная теплоемкость матеpиала футеpовки, кДж/кг·K	1,76
Hачальная темпеpатуpа раствора, єC	18
Конечная темпеpатуpа раствора, єC	25
Масса р-ра, кг	1003,5
Часовой расход тепла на нагрев раствора, Qp, кВт·ч	8,06
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ РАСТВОРА СТЕНКЕ
Темпеpатуpный коэффициент объемного pасшиpения, 1/K	1,82E-04
Темпеpатуpа стенки со стоpоны раствора, єC	20
Кинематическая вязкость при при ср тем-ре р-ра, мІ/с	0,000001010
Коэф. динамической вязкости при ср тем-ре р-ра, Па.с	0,001000000
Удельная теплоемкость при ср тем-ре раствора, кДж/кг·K	4,19
Коэффициент теплопpоводности при ср тем-ре раствора, Вт/м·K	0,599
Критерий Грасгофа	12251681208
Критерий Прандтля	0,0079
Произведение критериев Грасгофа и Прандтля	96 598 071,63
Критерий Нуссельта	58,26
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке, Вт/мІ·K	34,90
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ СТЕНКИ ВОЗДУХУ
Темпеpатуpа наpужной повеpхности стенки ванны, єC	18
Темпеpатуpа воздуха, єC	18
Общий коэф.теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/мІ·K	9,74
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Коэфициент теплопpоводности матеpиала ванны, Вт/м·К	45,4
Коэфициент теплопpоводности матеpиала футеpовки, Вт/м·К	0,163
Коэффициент теплопередачи, Вт/мІ·K	5,19
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, КОНВЕКЦИИ И ЛУЧЕИСПУСКАНИЯ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ
Часовые потери тепла через стенки и дно ванны, кВт	0,22
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ИСПАРЕНИЯ
Скорость движения воздуха над поверхностью электролита, м/с	0,4
Влагосодержание воздуха непосредственно над поверхностью электролита при температуре раствора, кг/кг	0,034
Влагосодержание окружающего воздуха, кг/кг	0,0065
Часовые потери теплоты за счет испарения, кВт	0,74
Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции, кВт	0,09
Общие часовые потери теплоты с поверхности раствора, кВт	0,83
Уд. теплоемкость воды, кДж/кг·К	4,19
Температура добавляемой холодной воды, єC	9
Час. потери теплоты от добав. хол. воды взамен испаряемой, кВт	0,02
Часовые потери теплоты на нагрев стенок ванны, кВт	0,21
Тепловой поток для нагрева р-ра и компенсации потерь, кВт	9,34
Удельная теплоемкость раствора при его кон. тем-ре, кДж/кг·K	4,18
Количество воды, уносимое с деталями, кг/с	0,15
Тепловые потери от уноса раствора из ванны, кВт	10,03
Коэф., учит. долю эл.энергии, превращаемой в теплоту (0,6-0,9)	0,75
Джоулево тепло, кВт	2,051
Масса обрабатываемых деталей, кг/с	0,020
Уд. теплоемкость материала деталей, кДж/кг·К	0,460
Часовые потери теплоты на нагрев деталей, кВт	0,064
Тепловой поток для поддерж. тем-ры р-ра и компенс. потерь,кВт	9,33
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЗМЕЕВИКА
Средняя температура раствора в ванне, єC	21,5
Тем-ра горячего теплоносителя на входе в теплообменник, єC	110
Тем-ра горячего теплоносителя на выходе из теплообменника, єС	108
Средняя температура горячего теплоносителя, єC	109
Уд. теплоемкость воды при ср. тем-ре гор. теплоносит., кДж/кг·К	4,23
Температура конденсации греющего пара, єC	105
dtср	83,5
Средняя температура р-ра, єC	26,5
Средний температурный напор в режиме нагрева, К	83,50
Определение коэффициента теплопередачи
Наружный диаметр труб, м	0,057
Внутренний диаметр труб, м	0,053
Средний диаметр труб, м	0,055
Уд. теплоемкость воды при ср. р-ра, Дж/кг·К	4180
Разность температур горячего теплоносителя, К	2
Коэф. динамической вязкости при ср.р-ра, Па·с	7,31E-04
Коэф. объед.ф-х константы воды и пара	8,30
Поверхность теплообмена (задаемся), мІ	1,60
Длина трубы (задаемся), м	2,00
Уд. теплота конденсации пара	2248,00
Расход греющего пара при нагреве кг/ч	17
Расход греющего пара при работе, кг/ч	17
a1 коэф. теплоотдачи от пара к стенке трубы, Вт/(мІ·К)	2291
Коэф. теплопроводности воды при ср. р-ра, Вт/(м·К)	0,626
Критерий Нуссельта для раствора в ванне (задаемся)	73,23
a2 коэф. теплоотдачи от стенки трубы р-ру, Вт/(мІ·К)	1823,96
Толщина стенки трубы теплообменника, м	0,002
Теплопроводность материала трубы теплообменника, Вт/(м·К)	17,5
Среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенки, Вт/(мІ·К)	5800
Термическое сопротивление стенки и загрязнений, (мІ·К)/Вт	0,00046
Коэффициент теплопередачи от конденс. пара к воде, Вт/(мІ·К)	693
Проверочное значение температуры стенки 1	85
Проверочное значение температуры стенки 2	76
Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны, мІ	0,16
Длина змеевика для нагрева ванны, м	0,94

Фосфатирование

Таблица 19

РАСЧЕТ ТЕПЛА НА НАГРЕВ РАСТВОРА ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ
Длина ванны (внутренний размер), м	1,6
Ширина ванны (внутренний размер), м	0,8
Высота ванны (внутренний размер), м	1
Толщина стенки ванны, м	0,005
Плотность материала ванны, кг/мі	7850
Толщина футеровки, м	0,005
Плотность материала футеровки, кг/мі	1380
Высота раствора в ванне, м	0,8
Объём корпуса ванны, мі	0,0304
Масса ванны, кг	238,640
Объём футеровки, мі	0,030
Масса футеровки, кг	41,952
Поверхность зеркала раствора, мІ	1,28
Общая поверхность стенок и дна ванны, мІ	6,08
Объем, занимаемый деталями, мі	0,01350
Объем раствора, мі	0,980
Удельная теплоемкость раствора при его нач. тем-ре, Дж/кг·K	4570
Плотность раствора, кг/мі	1200
Удельная теплоемкость матеpиала коpпуса ванны, кДж/кг·K	0,462
Удельная теплоемкость матеpиала футеpовки, кДж/кг·K	0,98
Hачальная темпеpатуpа раствора, єC	18
Конечная темпеpатуpа раствора, єC	90
Масса р-ра, кг	1176,1
Часовой расход тепла на нагрев раствора, Qp, кВт·ч	107,50
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ РАСТВОРА СТЕНКЕ
Темпеpатуpный коэффициент объемного pасшиpения, 1/K	4,49Е-04
Темпеpатуpа стенки со стоpоны раствора, єC	75
Кинематическая вязкость при при ср тем-ре тем-ре р-ра, мІ/с	0,000000556
Коэф. динамической вязкости при при ср тем-ре р-ра, Па.с	0,000549000
Удельная теплоемкость при ср тем-ре раствора, кДж/кг·K	4,18
Коэффициент теплопpоводности при ср тем-ре раствора, Вт/м·K	0,648
Критерий Грасгофа	8,834Е+11
Критерий Прандтля	0,0043
Произведение критериев Грасгофа и Прандтля	3 802 023 249,40
Критерий Нуссельта	195,77
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке, Вт/мІ·K	126,86
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ СТЕНКИ ВОЗДУХУ
Темпеpатуpа наpужной повеpхности стенки ванны, єC	65
Темпеpатуpа воздуха, єC	18
Общий коэф.теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/мІ·K	13,03
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Коэфициент теплопpоводности матеpиала ванны, Вт/м·К	46,5
Коэфициент теплопpоводности матеpиала футеpовки, Вт/м·К	34,9
Коэффициент теплопередачи, Вт/мІ·K	11,82
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, КОНВЕКЦИИ И ЛУЧЕИСПУСКАНИЯ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ
Часовые потери тепла через стенки и дно ванны, кВт	0,60
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ИСПАРЕНИЯ
Скорость движения воздуха над поверхностью электролита, м/с	0,4
Влагосодержание воздуха непосредственно над поверхностью электролита при температуре раствора, кг/кг	0,034
Влагосодержание окружающего воздуха, кг/кг	0,0065
Часовые потери теплоты за счет испарения, кВт	0,74
Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции, кВт	0,92
Общие часовые потери теплоты с поверхности раствора, кВт	1,67
Уд. теплоемкость воды, кДж/кг·К	4,19
Температура добавляемой холодной воды, єC	9
Час. потери теплоты от добав. хол. воды взамен испаряемой, кВт	0,08
Часовые потери теплоты на нагрев стенок ванны, кВт	2,21
Тепловой поток для нагрева р-ра и компенсации потерь, кВт	112,05
Удельная теплоемкость раствора при его кон. тем-ре, кДж/кг·K	4,19
Количество воды, уносимое с деталями, кг/с	0,03
Тепловые потери от уноса раствора из ванны, кВт	10,18
Коэф., учит. долю эл.энергии, превращаемой в теплоту (0,6-0,9)	0,75
Джоулево тепло, кВт	0,000
Масса обрабатываемых деталей, кг/с	0,0500
Уд. теплоемкость материала деталей, кДж/кг·К	0,380
Часовые потери теплоты на нагрев деталей, кВт	1,368
Тепловой поток для поддерж. тем-ры р-ра и компенс. потерь,кВт	14,21
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЗМЕЕВИКА
Средняя температура раствора в ванне, єC	54
Тем-ра горячего теплоносителя на входе в теплообменник, єC	110
Тем-ра горячего теплоносителя на выходе из теплообменника, єС	108
Средняя температура горячего теплоносителя, єC	109
Уд. теплоемкость воды при ср. тем-ре гор. теплоносит., кДж/кг·К	4,23
Температура конденсации греющего пара, єC	105
dtср	41,0
Средняя температура р-ра, єC	69,0
Средний температурный напор в режиме нагрева, К	51,00
Определение коэффициента теплопередачи
Наружный диаметр труб, м	0,057
Внутренний диаметр труб, м	0,053
Средний диаметр труб, м	0,055
Уд. теплоемкость воды при ср. р-ра, Дж/кг·К	4180
Разность температур горячего теплоносителя, К	2
Коэф. динамической вязкости при ср.р-ра, Па·с	5,49Е-0,4
Коэф. объед.ф-х константы воды и пара	8,30
Поверхность теплообмена (задаемся), мІ	1,60
Длина трубы (задаемся), м	2,00
Уд. теплота конденсации пара	2208,00
Расход греющего пара при нагреве кг/с	0,0561
Расход греющего пара при работе, кг/с	0,0071
Расход греющего пара при нагреве кг/с	202
Расход греющего пара при работе, кг/с	26
a1 коэф. теплоотдачи от пара к стенке трубы, Вт/(мІ·К)	7935
Коэф. теплопроводности воды при ср. р-ра, Вт/(м·К)	0,648
Критерий Нуссельта для раствора в ванне (задаемся)	204,19
a2 коэф. теплоотдачи от стенки трубы р-ру, Вт/(мІ·К)	6690,20
Толщина стенки трубы теплообменника, м	0,002
Теплопроводность материала трубы теплообменника, Вт/(м·К)	46,5
Среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенки, Вт/(мІ·К)	5800
Термическое сопротивление стенки и загрязнений, (мІ·К)/Вт	0,00039
Коэффициент теплопередачи от конденс. пара к воде, Вт/(мІ·К)	1508
Проверочное значение температуры стенки 1	102
Проверочное значение температуры стенки 2	97
Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны, мІ	1,46
Длина змеевика для нагрева ванны, м	8,44

Очистка сточных вод

Утилизация цинка из промывных вод и очистка сточных вод.

Из всех электрохимических производств очистка сточных вод гальванических цехов является более сложной благодаря большому количеству разнообразных покрытий и еще большему количеству химических веществ, используемых для их осуществления.

Очистка сточных вод других электрохимических производств по сути является каким-либо фрагментом указанной ниже очистки.

Существует несколько методов очистки сточных вод гальванических цехов:

периодический (до 10 м3/час);

непрерывный (этот метод более компактный, но дороже из-за более сложного оборудования);

непосредственная очистка, когда обезвреживание производится в технологической цепочке: после технологической ванны или ванны улавливания. Этот метод позволяет утилизировать ценные вещества, но для этого нужно столько установок, столько технологических процессов с различными электролитами. Поэтому этот вид очистки дорог и используется пока очень ограничено, но за ним будущее.

Основную массу сточных вод составляют промывные воды. Это очень разбавленные растворы. Наибольшую опасность для природы представляют концентрированные стоки, получаемые при чистке ванн и смене электролитов. Перед обезвреживанием эти стоки смешиваются с промывными водами в усреднителях. Промывные воды гальванических цехов делятся на три стока:

1) циансодержащие (рН>7);

2) хромсодержащие (рН=1-7);

кислотно-щелочные стоки, содержащие ионы тяжелых металлов (рН=1-10).

Все эти стоки собираются и очищаются раздельно. Для очистки указанных стоков могут использоваться различные методы, отличающиеся механизмом очистки.

В данном курсовом проекте предусмотрен процесс утилизации цинка из промывных вод ванны улавливания. Схема этого процесса изображена на рисунке 3.[8]

Принцип работы схемы следующий: детали из ванны покрытия поступают в ванну улавливания. В этой ванне при отмывке цинка образуется нерастворимый гидрооксид цинка (Zn(OH)2) в виде белой мути. Так как расход воды на промывку невелик, то вся промывная вода подаётся в отстойник. В отстойнике Zn(OH)2 оседает на дне, а разбавленный NaOH над осадком подаётся на очистные сооружения. По мере того как в отстойнике скапливается гидрооксид цинка, периодически в отстойник сливается щелочь из ванны цинкования. В отстойнике гидроксид цинка растворяется, так как концентрация скачиваемой щёлочи большая, а затем полученный раствор через фильтр перекачивается обратно в ванну покрытия. На фильтре раствор очищается от гидроксида железа и других нерастворившихся примесей.

Рис. 3 - Схема утилизации цинка из промывных вод

Рисунок 4 - Общая схема очистки сточных вод цехов гальванических покрытий

1) серная кислота; 2) бисульфит натрия; 3) известь; 4) хромсодержащие стоки; 5) кислые стоки; 6) щелочные стоки; 7) стоки, содержащие ионы тяжёлых металлов; 8) очистка от хроматов; 9) нейтрализация; 10) вакуум-фильтр; 11) отстойник.

Промывные воды со всех остальных ванн собираются и подвергаются очистке реагентным способом. Этот метод основан на реакциях нейтрализации и окисления-восстановления. Достоинствами его являются: простота оборудования и его эксплуатации, универсальность, дешевизна реагентов. Недостатки метода: необходимость в больших площадях для установки громоздкого оборудования; большой расход реагентов; проблемы с обезводораживанием и захоронением шламов; невозможность использования воды в обороте; невозможность извлечения ценных металлов.