Главная Коллекция "Revolution" Химия Проектирование линии нанесения покрытия хромом

Проектирование линии нанесения покрытия хромом

Составление карты технологического процесса хромирования на основании выбора электролитов, определения времени подготовительных и заключительных операций и электрохимического осаждения металлов. Описание методики выполнения необходимых расчетов для линии.

Рубрика Химия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 23.04.2015
Размер файла 1,5 M
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Оборудование для нанесения электрохимических, химических и анодно-оксидных покрытий отличается большим разнообразием, что вызвано широким диапазоном технических требований, которые не могут быть обеспечены в оборудовании одного типа. Конструкция оборудования зависит от характера технологического процесса, стабильности его производительности, числа видов покрытий, номенклатуры обрабатываемых изделий и ряда специальных требований. Она зависит также от условий размещения оборудования - отводимой площади, высоты помещения, встраиваемости в общий поток производства и других факторов.

1. Определение технологического времени нанесения покрытия

Рассчитываем технологическое время процесса молочного хромирования:

Где: - время непосредственного нанесения покрытия

где: - толщина покрытия; = 36мкм

d- плотность металла хрома; d= 7,19 г/см3/1/

i- плотность тока; i= 40 А/дм2

q- электрохимический эквивалент хрома; q= 0,32 г / А. час /1/

Вт - выход по току хрома; Вт=14,0%

- время на предварительную и заключительную операцию, зависит от выбора носителя.

Принимаем для подвески равное 2

Рассчитываем технологическое время процесса твердого хромирования:

Где: - время непосредственного нанесения покрытия

Где: - толщина покрытия ; =12 мкм

d- плотность металла хрома; d= 7,19 г/см3/1/

i- плотность тока ; i= 80 А/дм2

q- электрохимический эквивалент никеля; q= 0,32 г/А.час /1/

Вт- выход по току хрома ; Вт=14,0%

- время на предварительную и заключительную операцию, зависит от выбора носителя.

Принимаем для подвески равное 2

2. Карты технологических процессов

На основании выбора электролитов, определяем время подготовительных и заключительных операций, время электрохимического осаждения металлов. С учетом произведенных расчетов составлена карта технологического процесса хромирования. Карта технологического процесса приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Технологическая схема процесс хромирования

№

Наменование

операции

Оборудование

Состав растворов

Режимы работы

Особые условия

Наименование компонентов

ГОСТ

концентрация, г/л

Темпе-ратура, °С

Плотность тока, А/дм2

Напря-жение,В

Время, мин

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Загрузка-выгрузка

Ванна загрузки-выгрузки

10

2

Обезжиривание электрохимическое

Ванна обезжири-вания

Натр едкий, техн.

Сода кальцинированная, техн.

Тринатрийфосфат.

226-79

5100-85

201-76

30-50

25-30

20-40

70-80

10

9,327

2

анод

4,5 катод

5

Промывка в теплой воде

Ванна

Вода

2874-73

40-60

3,7

6

Промывка в холодной воде

Ванна

Вода

2874-73

18-25

3,1

7

Активация

Ванна активации

Серная кислота

2184-77

100-200

50

25-40

0.75 (пр)

1,0

(акт)

9

Хромирование молочное

Ванна-хромирования

Хромовый ангадрид технич.

H2SO4

2548-77

2184-77

200-250

2-2,5

65-75

100

50

2,0

(Пр)

1,7 толчек

90

хромирование

Sa:Sk = 1:3

Хромирование твердое

Ванна-хромирования

Хромовый ангадрид технич.

H2SO4

2548-77

2184-77

200-250

2-2,5

50-55

160

80

1,7 толчек

30 хромирование

Промывка-улавливание

Ванна улав.

Вода деонизованная

7394-86

0,73

10

Промывка-улавливание

Ванна улав.

Вода деонизованная

7394-86

0,7

нейтрализация

Ванна-нейтрализации

Натрия бисульфит (гидросульфит) NaHSO3

902-76

40-60

1

11

Промывка в холодной воде

Ванна

Вода деонизованная

7394-86

18-25

2,5

12

Промывка в горячей воде

Ванна

Вода деонизованная

7394-86

60-90

3,5

13

Сушка

Камера

Воздух

120

5,5

3. Расчет производственной программы по видам покрытий

Определение фондов рабочего времени.

Для определения фондов рабочего времени установлен следующий режим работы цеха. Цех гальванопокрытий работает по двухсменному режиму, продолжительность одной смены 8 часов, условия труда- вредные. Производство прерывное с остановкой в выходные и праздничные дни.

Нормальный годовой фонд времени:

Тном = (Ткал - Твых - Тпраз)*8*2 - (Тпп*1*2)

где: Тк - календарный фонд времени, Тк= 365 дней

Тв - количество выходных дней в году, Тв=104 дня

Тп - количество праздничных дней в году, Тп=12 дней;

Тпп - число предпраздничных дней, Тпп = 8 дней

Т ном. =(365-104-12)Ч8Ч2 - (8Ч1Ч2) = 3968 часов

При работе на автоматизированном оборудовании потери времени от номинального фонда времени составляют 8%.

Тогда эффективный фонд времени работы оборудования будет равен:

Тд = 3968 - 3968Ч0,08 = 3650 часов

Следовательно, годовая производственная программа:

Рг = РчЧТд,

Где: Рч - производственная программа цеха, м2/час,

Рг - годовая производственная программа, м2

Рг = 4,8.3650 = 17520 м2

Для хромового покрытия:

Рч = 4,8 м2/час

На основании вида покрытия, проектной производительности линии, вида носителя и технологии процесса выбираем линию - прототип.

Автоматическая линия автооператорная подвесочная для хромирования /6/

Основные данные

Производительность линии, м2/ч.....................4,8

Темп выхода подвесок, мин ...........................8,2

Габариты подвесок ............................................1400400

Деталь, загружаемая на подвеску:

Поверхность, м2...............................................0,68

Масса, кг..........................................................200

Грузоподъемность автооператора, кг............400

Способ нагрева ванн......................................Паровой

Габарит линии, мм..............................................

Масса комплекта поставки, кг.........................52 620

4. Выбор и расчет оборудования

4.1 Расчет количества оборудования для механической обработки

Механическая обработка поверхности относится к самым трудоемким процессам. Для шлифования и полирования деталей перед покрытиями выбираем универсальный шлифовально-полировальный станок типа 3853. Производительностью 5 м2/час.

Необходимое количество оборудования для выполнения годовой программы рассчитывается по формуле:

Где: - годовая программа, м2

Q - производительность станка; Q = 4,8 м2/час

- действительный годовой фонд времени,

Для предварительного шлифования:

принимаем 1 станок

:

принимаем 1 станок

Для полирования:

принимаем 1 станок

4.2 Расчет ритм выдачи подвесок, количество ванн и коэффициент загрузки

Ритм выдачи подвесок рассчитываем по формуле /7/:

где: - действительный годовой фонд времени, час; =3 650 часов

y - количество одновременно выдаваемых подвесок; y = 1шт;

g - единовременная загрузка на подвеску; g=0,68 м2;

- годовая производительность автомата; = 17 520 м2/год;

Количество ванн для проведения процесса:

где: - технологическое время ; =13,56 мин

Принимаем n'= 2

Ритм для 100% загрузки линии

Количество ванн для остальных операций технологического процесса:

Хромирование твердое: ; n'= 1

Обезжиривание электрохимическое: ; n'= 1

Промывка в теплой воде: ; n'= 1

Промывка в холодной воде: ; n'= 1

Активация: ; n'= 1

Промывка - улавливание 1: ; n'= 1

Промывка - улавливание:

; n'= 1

Нейтрализация: ; n'= 1

Промывка в холодной воде: ; n'= 1

Промывка в горячей воде: ; n'= 1

Сушка: ; n'= 1

Коэффициент загрузки линии рассчитывается по формуле:

4.3 Расчет габаритов ванн

Расчет внутренних размеров ванн

Внутренняя длина ванн определяется:

lвнут = l1 + 2.l2

где: l1 -длина подвески ; l1 = 1400 мм

l2 - расстояние от подвески до стенки ванны ; l2 = 100 мм

lвнут = 1400 + 2.100 = 1600 мм

Ширина ванны электрохимической определяется:

Wвнут= nk.W1 + 2.W2

где: nk- количество катодных рядов; nk= 1

W1- расстояние между центрами анодных штанг; W1= 600 мм

W2- расстояние от анода по стенке ванны; W2 = 100 мм

Wвнут = 1.600+2.100 = 800 мм

Ширина химических или непрето ванн на 200 мм меньше, чем ширина электрохимических ванн. Следовательно:

Ширина ванны промывки (ширина на 100мм меньше, чем ширина электрохимических ванн):

Высота ванны определяется по формуле:

hвнут = h1+h2+ h3+ h4

где: h1-расстояние от подвески до дна ванны, h1 = 250 мм

h2- высота подвески, h2 = 850 мм

h3- заглубление верхнего края подвески, h3 = 50

h4- расстояние от борта ванн до уровня электролита; h4 = 150

hвнут=250+850+ 50 +150=1300 мм

Принимаем размеры ванн согласно стандартным размерам:

Электрохимические ванны

Химические ванны

Ванна промывки

Рассчет внешних размеров ванн:

Длина ванны:

lвнеш = lвнут + 2.()

где: lвнут - внутренняя длинна ванн; lвнут = 1600 мм

- толщина футеровки; = 5мм

- толщина стенки ванны;

- размер уголов жесткости; = 60 мм

lвнеш= 1600 + 2.( 5+5+60) = 1740 мм

Ширина ванны:

+ Ширина ванны электрохимической:

Wвнеш = Wвнут + 2.()

Wвнеш = 800 + 2.( 5+5+60) = 940 мм

+ Ширина химических или непрето ванн на 200 мм меньше, чем ширина электрохимических ванн. Следовательно:

+ Ширина ванны промывки ( ширина на 100мм меньше, чем ширина электрохимических ванн ):

Высота ванн:

hвнеш = hвнут +

hвнеш = 1300 + 5+ 5 =1310 мм

Таблица 4.1 Габаритные размеры ванн

Наименование ванны

Внутренние размеры ванны, мм

Наружные размеры ванны, мм

Ванна электрохимического обезжиривания

Ванна активации

Ванна хромирования

Ванна нейтрализации

Ванна промывки-улавливания

Ванна промывки холодной, теплой и горячей воде

Эскиз ванны электрохимической обработки

Рис 4.1 Эскиз ванны химической обработки

Рис 4.2 Эскиз ванны промывки

Рис 4.3

4.4 Расчет габаритов автоматической линии

Схема компоновки автооператорной линии хромирования

Рис 4.4

1 - Загрузочно-разгрузочная стойка; 2 - сушильная камера; 3 - ванна горячей промывки; 4 - электрохимическое обезжиривание; 5 - теплая промывка; 6 - холодная промывка; 7 - ванна холодной промывки; 8 - ванна нейтрализации; 9 - холодная промывка; 10 - ванна улавливания; 11 - ванна улавливания; 12-ванна активации; 13 - хромирование твердое; 14 - хромирование молочное; 15-хромирование молочное.

;

;

Ширина электрохимических ванн:

Ширина химических ванн на 200 мм меньше, чем ширина электрохимических ванн. Следовательно:

Ширина ванны промывки (ширина на 100мм меньше, чем ширина электрохимических ванн):

Ширина загрузки-выгрузки:

Ширина сушильного аппарата:

Ширина бортоотсосов:

Зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной стойкой:

Длина автоматической линии:

Ширина линии:

где: - внешняя длина ванны;

- расстояние от внутренней части стенки ванн до наружной плоскости опорной стойки, для подвесочных автооператоров;

- расстояние от внутренней части ванн до наружной плоскости площадки обслуживания;

Высоту линии принимаем по технической характеристике прототипа:

4.5 Расчет количества автооператоров

Количество автооператоров рассчитывается по формуле:

где К- коэффициент, учитывающий обратные и холостые ходы автооператора; К = 1,5

- коэффициент, учитывающий время выстоя автооператора с подвеской над ванной;

- время работы автооператора за цикл, мин

Где: и время горизонтальных и вертикальных перемещений автооператора, мин.

где: длина линии;

скорость горизонтального перемещения автооператора;

где: Н - высота подъема подвесок; Н=1,5 м

- скорость вертикального перемещения автооператора;

- количество технологических операций;

Принимаем количество автооператоров равное

5. Выбор источников тока

5.1 Расчет силы тока

Сила тока на ванну определяется /7/:

(5.1)

Где: - катодная плотность тока; = 160 А/дм2

S - суммарная поверхность загрузки, м2.

Величина поверхности загрузки складывается из двух величин: рабочей поверхностиS1 деталей и нерабочей поверхности S2 , т.е. поверхности материала завешивающихся приспособлений и контактов неизолированной части.

Таким образом, суммарная поверхность загрузки для одной ванны S составит:

(5.2)

S= (S1 + S2) Ч y

Где: у - количество подвесок с деталями в одной ванне (шт). у = 1

S1 = 0,68 м2 = 68 дм2

S2 - принимается 5% от S1

S = (68 + 68.0,05).1 = 71,4 дм2

Для операции электрохимического обезжиривания:

Для операции хромирования:

5.2 Расчет баланса напряжения

Полное уравнение баланса напряжения может быть представлено в следующей форме:

где - напряжение на электрохимическом аппарате, В

, - падение напряжения в шинопроводе и контактах соответственно

где: - электродный потенциал анода, В

- электродный потенциал катода, В

- падение напряжения в электролите , В

- равновесный потенциал анода, В

- равновесный потенциал катода, В

- анодная поляризация; В

- катодная поляризация; В

Разность равновесных потенциалов может быть рассчитана по видоизмененному уравнению Гиббса-Гельмгольца:

где: - изменение термодинамического потенциала Гиббса

- число электронов в уравнении реакции, относенное к одному молю

F - число фатадея

- изменение энтальпии системы в процессе электролиза, Дж.моль-1

- изменение энтропии, Дж.моль-1.к-1

А: Cr0 - 6e Cr6+

К: Cr 6+ + 6e Cr 0

Конечное и начальное состояние одинаковы, поэтому

,

Падение напряжения на преодоление омического сопротивления электролита рассчитывается:

где: - средняя плотность тока, проходящего через электролит, равная:

ikи ia- соответственно катодная и анодная плотности тока, А/дм2

Sa:Sk = 3 : 1

ik= 160 А/дм2

ia= 53,3 А/дм2

= 92,34А/дм2

Кг - коэффициент газонаполнения.; Кг=1

- удельная электропроводность электролита; 167 Ом-1.Дм-1 /

l - расстояние между электродами; дм

Падение напряжения в шинопроводе:

Падение напряжения в контактах:

Для электролита обезжиривания

где:- алгебраическая разность равновесных потенциалов анода и катода (для процесса обезжиривания равна Ет = 1,18В /8/)

- алгебраическая разность величины анодного и катодного перенапряжения, в. Данные величины рассчитываем по уравнению Тафеля

з = a+b . lg i

Для катодного процесса a = 0,76 , b = 0,11 /12/

Для анодного процесса a = 1,1 , b = 0,12 /8/

= 0,76 + 0,11 . lg (0,05) =0,617 В

= 1,1 + 0,12 . lg (0,05) =0,944 В

Катодные и анодные плотности тока: ia = 5 А/дм2 ; ik = 5 А/дм2

Средняя плотность тока: = 5 А/дм2

Удельная электропроводность электролита обезжиривания; 1,63 Ом-1.Дм-1/6/

Коэффициент газонаполнения; Кг=1,2 /7/

Падение напряжения в электролите:

Напряжение на электрохимическом аппарате:

Падение напряжения в шинопроводе:

Падение напряжения в контактах:

Напряжение на источнике тока:

Исходя из рассчитанных силы тока и напряжения на источнике на источнике тока для питания ванн хромирования, электрохимического обезжиривания выбираем выпрямительный агрент.

№

Ванна

Тип агрегата

Номинальный постоянный ток, А

Номинальное постоянное напряжение, В

Наибольшее остоянное напряжение, В

КПД

Коэффициент мощности

Расход охлаждающей воды м3/ч, не менее

Схема выпрямления

Тип преобразовательного трансформатора(встроенного)

Габаритные размеры (с закрытыми дверями шкафа агрегата мм)

1

Обезжири-вание

2

Хромирование

3

Хромирование

4

Хромирование

Источники тока для электрохимических процессов

6. Тепловой баланс

6.1 Расчет составляющих баланса

Тепловой расчет гальванических ванн выполняется с целью определить тепловой баланс ванн. Сущность расчета сводится к следующему: для нахождения баланса следует рассчитать приход и расход тепловой энергии при заданной температуре, а затем принять решение о мерах по обеспечению теплового баланса.

(6.1)

Статья прихода состоит из одной составляющей Qдж - джоулевой теплоты или тепловые потери тока (Дж), которые определяются по формуле:

где: I - сила тока, А.

- время электролиза, =3600 с.

- напряжение на ванне, В.

Ет - тепловое напряжение разложения,

В, рассчитывается по уравнению:

(6.2)

Статья расхода тепла состоит из потерь тепла через стенки и дно ванны, потерь тепла на испарение электролита, тепла на нагрев загружаемых в ванну деталей.

Согласно законам теплопередачи, количество тепла, теряемое через стенки и дно ванны Q1 (Дж) определяется следующим уравнением:

(6.3)

где: К1, К2 - коэффициент теплопередачи стенки и дна, Вт/м2.К

F - поверхность стенки или дна ванны,м2,

t - температуры электролита и воздуха, °С,

- время за которое проводится расчет баланса, 3600 с.

Потери тепла на испарение СЬ можно определить по формуле:

(6.4)

где: К3, К4 - эмпирические коэффициенты,

S - поверхность зеркала электролита, м2.

Потери тепла на нагрев деталей и подвесок рассчитывают по формуле:

(6.5)

где С - удельная теплоемкость загружаемого материала, Дж/кг*К,

g - масса загружаемого материала за 1 час, кг/час.

Расчет теплового баланса ванн, работающих при температуре цеха, сводится к расчету условной температуры разогрева электролита и принятию решения об обеспечении нормальной работы ванны.

Условная температура разогрева tусл, определяется по формуле:

(6.6)

где: V - объем электролита в ванне, м3

c - удельная температура электролита, Дж/моль

p - плотность электролита, кг/ м3

c2, c3 - теплоемкость футеровки и корпуса ванны, кг

Если рассчитанная находится в рабочем диапазоне температур электролита, то охлаждение для ванны не требуется и расчет на этом прекращается. Если недопустима для данного технологического процесса, то необходимо рассчитать расход воды, длину и количество змеевиков. Принимаем Qраб =

6.2 Расчет змеевика

После расчета составляющих баланса рассчитывается змеевик.

Расчет змеевика производится по максимальной из величин рабочей теплоты или теплоты разогрева ванны.

Поверхность змеевика S (м2) и его длина L (м) определяются по формулам:

(6.7)

(6.8)

где: - время разогрева (работы), = 3600 с,

К - коэффициент теплопередачи от змеевика к электролиту,

- среднее изменение температуры,

- диаметр змеевика.

Для нормальной работы змеевика необходимо, чтобы отношение его длины L к диаметру dзм не превышало определенной величины, т.е. L<Lтах , где:

(6.9)

где: А - коэффициент, зависящий от давления пара в трубопроводе /5/,

В - коэффициент, зависящий от

Количество змеевиков в ванне рассчитывают по формуле:

(6.10)

и полученное значение количества змеевиков округляют до целого в большую сторону.

Расчеты теплового баланса проводят на ЭВМ.

Исходные данные для расчета теплового баланса процесса хромирования

Температура электролита °С

50

Ток, А

452

Напряжение на ванне , В V

6,5

Напряжение разложения, В

0

Толщина стенки ванны, М

0,003

Толщина футеровки, М

0.005

Высота ванны, М

1.6

Ширина ванны, М

0.71

Скорость воздуха над электролитом , М/С

0.3

Масса деталей ,КГ

12

Время обработки, мин

23.1

Диаметр змеевика, М

0.0422

Длинна ванны, М

2.24

Результаты расчета теплового баланса

Тепловой баланс гальванической ванны хромирования

50 452 6.5 0 003

.005 1.6 71 3 12

23.1 042 2.24

1200 4148 574 00046 00132

Коэффициент теплопередачи стенки и дна

К1= 8.111808ЧК2= 6.274826 Вт/М^2ЧК

Джоулево тепло:

QДж = 1.05768Е+07 Дж

Потери тепла через дно и стенку: Ql= 9971130 Дж

Потери тепла с зеркала ванны

Q2= 1.032047Е+07 Дж

Потери тепла с деталями Q3= 842926.8 Дж

Тепло для разогрева ванны

Q(раз)= 3.729509Е+08 Дж

Баланс ванны

Q(Раб}= -1.034089E+07 Дж

Расход пара и воды на разогрев ванны Р(раз) = 180.847 кг/час на поддержание рабочей температуры пара Р(раб) = 5.013765 Воды м= 0 Кг/час

Длина змеевика L = 4.610822 м

Количество змеевиков N= 2

(Общая длина труб коллектора L1 = 9.221643 м)

7. Материальные расчеты

7.1 Расчет потребности химикатов на первоначальный пуск и на выполнение годовой программы

7.1.1 Первоначальный пуск

(7.1)

где: - количество реагента, которое необходимо для заполнения ванны, г

- количество ванн;

- концентрация реагента, г/л

- объем электролита, л

(7.2)

где: - объем ванны

(7.3)

Электрохимические ванны:

Химические ванны:

+ Ванна хромирования:

Масса Cr2O3:

Масса H2SO4:

+ Ванна электрохимического обезжиривания:

Масса NaOH:

Масса Nа2С03:

Масса Na3PO4:

+ Ванна активации:

Масса Cr2O3:

Масса H2SO4:

+ Ванна нейтрализации:

NaHSO3: = 998,4.40.=39936

7.1.2 Расчет выполнение годовой программы

Расход химикатов на выполнение годовой программы:

(7.4)

где: - годовая программа;

- площадь поверхности, покрываемой части подвесок (не должен превышать 15% площади обрабатываемой поверхности деталей); принимает

;

- суммарные потери раствора; /9/

+ Ванна хромирования:

Масса Cr2O3

Масса H2SO4:

+ Ванна электрохимического обезжиривания:

Масса NaOH:

Масса Nа2С03:

Масса Na3PO4:

+ Ванна нейтрализации:

Масса NaHSO3:

+ Ванна активации:

Масса Cr2O3

Масса H2SO4:

7.2 Расчет потребности анодов на первоначальный пуск и на выполнение годовой программы

Расход растворимых анодов определяется расходом металла, идущего на покрытие деталей, и неизбежными потерями из-за покрытия неизолированных частей подвесок, шлакообразования, неиспользуемых остатков. При расчёте расхода анодов на первоначальный пуск оборудования учитывается соотношение анодной и катодной поверхности. Следует также учитывать, что в электролитических ваннах полностью работает сторона анода, обращённая к катоду, и половина стороны, обращённая к стенке ванны.

Размещение анодов в ванне

Рис.7.1

Суммарная длина анода:

(7.5)

где:

Толщина анода:

для ванны хромирования

для э/х обезжиривания ;

Высота анода:

где:

Ширину анода принимаем

Количество анодов на одной штате:

(7.6)

Принимаем

Для ванны хромирования:

Объем анода:

(7.7)

Потребность в анодах на первоначальный пуск:

где: - количество ванн;

- плотность свинца ;

Расход растворимых анодов на выполнении годовой программы:

(7.8)

где: - толщина покрытия;

- потери никелия, г ; ;

- плотность свинца;

Для э/х обезжириванияХ18Н10Т:

Объем анода:

Потребность в аноде на первоначальный пуск:

где: - количество ванн;

- плотность Х18Н10Т;

При расчете нерастворимых анодов на выполнение годовой программы нужно учитывать сколько раз в году они заменяются. Примем, что их замена происходит 2 раза в год, тогда расход электродов на выполнение программы составит:

Таблица 7.1 Ведомость расхода реактивов на выполнение годовой программы для линии никелирования

Наименование ванны

Кол-во ванн

Объем электролита

м3

P покр. пов.

покр. пов.

Компонент

Конц. г/л

g, л/м2

,кг

, кг

Нейтрализация

1

1,331

17520

1752

Бисульфит

натрия

40

0.2

39,94

154,2

Обезжиривание электро

химическое

1

1,331

17520

1752

натр едкий,

технич

30

0.2

39,93

115,6

сода кальцинированная

30

0.2

39,93

115,6

Тринатрий

фосфат

30

0.2

39,93

115,6

Активация

1

1,331

17520

1752

Хромовый ангидрид

80

0.2

998,25

963,6

Серная кислота

9,98

9,6

хромирование

3

1,331

17520

1752

Хромовый ангидрид

250

0.2

998,25

963,6

Серная кислота

50

0.2

9,98

9,6

7.3 Расчет расхода воды

Вода в цехе гальванопокрытий расходуется в основном на промывку деталей после технологических операций, на охлаждение электролитов и выпрямителей тока, на промывку оборудования.

Расчет расхода воды проводится по следующей формуле:

(7.9)

, л/ч

где: - поправочный коэффициент, учитывающий колебания расхода воды,

g - удельный вынос электролита из ванны поверхностью деталей, л/м2 , g = 0,2 для кислых электролитов и для щелочных электролитов g= 0,3

F -промываемая поверхность деталей, м2 /ч;

N - количество ступеней промывки;

- коэффициент, учитывающий наличие ванны улавливания, = 0,8, если две ванны улавливания /10/

К - кратность разбавления

Кратность разбавления определяется по формуле:

(7.10)

К = С0 /Сn

где: С0 - концентрация основного компонента в растворе ванны, после которой производится промывка, г/л;

Сn- предельно допустимая концентрация основного компонента в последней ванне промывной операции, г/л /1/.

Процесс хромирования

Расчет расхода воды на теплую промывку после операции химического обезжиривания

Расчет расхода воды на теплую и холодную промывки после операции электрохимического обезжиривания

Расчет расхода воды на холодную промывку после операции активации

Расчет расхода воды на холодную и горячую промывки после операции хромирования

Общий расход воды на промывочные операции составит:

Расход воды на приготовление и корректировку электролита принимаем 20 - 25% от расхода воды на промывочные операции:

Общий расход воды составит:

Годовой расход воды рассчитывается по формуле:

(7.11)

7.4 Расчет расхода пара

Нагревание раствора в ваннах паром осуществляется с помощью змеевика. Расход пара на разогрев ванны рассчитаем по формуле:

(7.12)

где -удельный расход пара на разогрев, кг/м3ч /1/

- объем электролита, м3

- общее время разогрева ванны в год, = 252 ч.

Расход пара на поддержание рабочей температуры определяется по формуле:

(7.13)

где - удельный расход пара на поддержание рабочей температуры в растворе, кг/м3.ч /1/

- общее время работы ванны за год, 1раб 3650 ч.

Данные по расчету расхода пара сведены в табл. 7.2

Таблица 7.2 Ведомость расхода пара для процесса хромирования

Наименование операции

Кол-во ванн.шт.

Объем электролита, м3

Температура электролита,

Разогрев ванны

Поддержание рабочей температуры в ваннах

Годовой расход пара, т

Удельный расход пара, кг/м3

Расход на ванну, кг

Удельный расход пара, кг/м3

Расход на ванну, кг

Обезжиривание электрохимическое

1

70

126,0

64647,072

20,0

148628

213,275

Хромирование

молочное

2

70

77,0

79013,088

12,4

184298,72

263,312

Хромирование твердое

1

50

77,0

79013,088

12,4

184298,72

263,312

Теплая промывка

2

0,998

50

77,0

67914

12,4

158410

226,324

Горячая промывка

1

0,998

90

174,0

76734

50,0

55571,25

132,305

Сушильный агрегат

1

1,75

120

194,0

85554

131,0

836762,5

922,317

7.5 Расчет расхода сжатого воздуха

хромирование технологический электролит металл

Расход сжатого воздуха давлением 0,5 мПа на перемешивание 1 м3 раствора приближенно составляет 12-15 м3/ч. Воздух должен быть чистым, не загрязненным маслом и пылью

Расход сжатого воздуха на ванну рассчитывается

(7.14)

где g- удельный расход сжатого воздуха принимаем g=12 м3/ч

- объем электролита, м3

Годовой расход воздуха на ванну рассчитывается по формуле:

(7.15)

Результаты расчета заносим в таблицы 7.3

В ваннах каскадной холодной промывки барботеры установлены в последней по ходу движения деталей ванне.

Таблица 7.3 Ведомость расхода сжатого воздуха для процесса никелирования

№ п/п

Наименование операции

Кол-во ванн

Объем электро-лита, м3

Удельный расход воздуха, м3/ч

Давле-ние, МПа

Расход воздуха на ванну, м3/ч

Годовой расход воздуха, м3

1

Промывка

холодная

2

1,75

12

0,5

21

21.3650.3 = 229950

2

хромирование

2

2,036

12

0,5

24,432

24,432.3650.2 = 178353,6

ИТОГО: 408303,6

8. Расчет объема воздуха, удаляемого от ванн через бортовые отсосы

В цехах металлопокрытий ванны выделяющие вредные вещества оборудуются вентиляционными отсосами (бортовыми отсосами). Объемный расход воздуха, удаляемого от ванн через бортовые отсосы зависит от размеров ванн состава раствора , температуры и определяется по формулам или графикам. Расчет объема воздуха, отсасываемого от ванн различного типа, проводится по формуле:

(8.1)

где-объемный расход воздуха на 1 м длины ванны, м3/ч

- коэффициент, учитывающий токсичность выделяющихся веществ,[11]

l - длина ванны, м

Результаты расчетов сведены в табл. 8.1

Таблица 8.1 Объема воздуха, удаляемого от ванн через бортовые отсосы для процесса хромирования

Наименование операции

Кол-во ванн, шт

, м3/ч

Длина ванны, м

Объем отсасываемого воздуха, м3/ч

Горячая промывка

1

1180

0,8

1,6

2114,56

Электрохимическое обезжиривание

1

1650

0,8

1,6

2956,8

Теплая промывка

1

930

0,8

1,6

1666,56

Активация

1

760

1,0

1,6

1702,4

Нейтрализация

1

760

0,8

1,6

1702,4

хромирование

3

1550

0,8

1,6

2777,6.3 = 8332,8

ИТОГО 116066,88

9. Расчет объема сточных вод. Выбор схемы нейтрализации сточных вод

В цехе гальванопокрытий образуются один вид сточных вод: кислотно-щелочные. Для расчета объема разбавленных сточных вод использованы данные для расчета расхода воды на промывные операции (см. "Расчет расхода воды"). Объем стоков принимается 0,2 - 0,3% от общего объема сточных вод. Данные по расчету сведены в табл. 9.1.

Таблица 9.1 Объем сточных вод.

№ п/п

Наименование стоков

Объем стоков, л/час

1

Разбавленные кислотно-щелочные стоки

939,35

2

Концентрированные кислотно-щелочные стоки

1,88

ИТОГО: 941,23

Для очистки сточных вод применяется электрофлотокоагуляционный метод. В РХТУ им. Д.И. Менделеева разработаны электрофлотационные аппараты с нерастворимыми анодами для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов жиров, масел, дисперсных органических веществ. На рис 9.1 представлена принципиальная схема этой установки /10/.

Принципиальная схема электрофлотационной очистки сточных вод (схема РХТУ)

Рис 9.1

Сточная вода после линии нанесения электрохимических покрытий самотеком поступает в усреднитель, где происходит ее перемешивание и усреднение по концентрации ионов металлов. Усредненный раствор с помощью насоса подается в катодную камеру электрокорректора pH, где происходит подщелачивание до pH = 8 - 9. Происходит образование гидроксидов металлов и газонасыщение жидкости водородом по реакции.

(9.1)

Me+2+ 2H2O + 2e- = Me(OH)2 + H2

Насыщенная газом пульпа поступает в электрофлотатор, где протекает процесс электролиза воды и происходит выделение кислорода и водорода. В процессе электрофлотации образуются флотакомплексы (частицы-пузырек газа). Протекают следующие реакции:

на аноде:

(9.2)

Fe - 2e- = Fe2+

на катоде:

(9.3)

2H2O + 2e- = H2 + OH-

в объеме раствора:

(9.4)

(9.5)

Fe2+ + 2OH- = Fe (OH)2

(9.6)

Me (OH)2 + Fe (OH)2 = Me (OH)2.Fe (OH)2

Me (OH)2 .Fe (OH)2 + H2 = [Me (OH)2 .Fe (OH)2]H2

Фотокомплексы всплывают на поверхность раствора и образуют устойчивую пену. Пенный слой при помощи пеносборника подается в приемник пены. Очищенная вода разделяется на потоки: одна часть поступает в сборник очищенной воды, а вторая - направляется в анодную камеру электрокорректора pH, где идет процесс подкисление раствора:

(9.7)

2H2O - 4e- > 4H+ + O2

и образование серной кислоты. Очищенная вода, в зависимости от вида обрабатываемых стоков, содержит С = 0,5-1 мг/л ионов металлов.

Техническая характеристика установки.

Плотность тока в электрофлотаторе 1 - 2 А/дм2;

Плотность тока в электрокорректоре 2 - 3 А/дм2.

Начальная концентрация ионов металла 150 - 200 мг/л.

Остаточная концентрация ионов металла 0,5 - 1 мг/л.

Заключение

Целью данной работы было спроектировать линию нанесения покрытия хромом производительностью 4,8 м2/ч. Электролитическое хромирование является эффективным способом увеличения износостойкости трущихся деталей, защиты их от коррозии, а также способом защитно-декоративной отделки. Значительную экономию дает хромирование при восстановлении изношенных деталей.

Список используемой литературы

1. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. ГОСТ 9.074-75. - М. Издательство стандартов, 1976. - 72 с.

2. Богорад Л.Я. Хромирование. - Л., 1984.

3. Медведев Г.И., Новиков В.Т, Суров И.И. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по выполнению расчетов вспомогательного оборудования цехов гальванопокрытий. - Мж МХТИ, 1978. - 49 с.

4. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник под ред. М.А. Шлугера. - М.: Машиностроение, - т.1. - 1988. - 224 с.

5. Ямпольский А.М., Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: Машиностроение, 1981. -269 с.

6. Оборудование для нанесения гальванических, химических и анодно-оксидных покрытий. Каталог. Москва , 1985. - 222 с.

7. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию./ Медведев Г.И., Помогаев В.М., Шмачкова И.Г. и др./ Новомосковск: НИ РХТУ, 1993г. - 71 с.

8. Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник / В.Л. Зубченко, В.И. Захаров. В.И. Рогов и др.; Под общ. ред. В.Л. Зубченко - М. Машиностроение. 1989- 672 с: ил.

9. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование./ Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева. - Изд. 2-е, перераб. И доп.; "Глобус". М. 2005-256 с.

10. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство / Под. Ред. В.Н. Кудрявцева. - М.: Глобус,1999. - 302 с.

11. Дасоян М.А., Пальмская И.Я. Оборудование цехов электрохимических покрытий. - Л.: Машиностроение,1979. - 287 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены