К°=300/0,015=20000
QNP=0,233√140·20000=0,019л/м2
Значения предельно допустимых концентраций основных компонентов приведены в табл. № 4.5.
Перед промывкой имеется одна ванна улавливания, поэтому удельный расход воды уменьшают вводя коэффициент К1=0,4. ванны улавливания обязательны после хромирования. При струйной промывки коэффициент К2=0,5.
Расчетный расход воды увеличивают в 1,5раза на случай падения напора в водопроводной сети.
QNPрас=1,5·0,019=0,03л/м2
Удельный вынос электролита (раствора)
Табл. № 4.4
| Вид обработки | Удельный вынос, л/м2 | Время стекания, с |
| подвеска | 0,2 | 0,6 |
ПДК химических компонентов в воде
Табл. № 4.5
| Компонент или ион электролита (раствора) | Операция или характеристика электролита (раствора) перед промыкой | Сп, г/л |
| Сr6+ | Межоперационная промывка | 0,015 |
Данные по расчету расхода воды
Табл. №; 4.6
| Способ промывки | q, л/м2 | С0 | Сп | К° | К1 | К2 | F, м2/ч | QNp, л/м2 | 1,5QNp, л/м2 |
| г/л | |||||||||
| Много-ступенчатая | 0,2 | 300 | 0,015 | 20000 | 0,4 | 0,5 | 140 | 0,02 | 0,03 |
5. Расчет энергозатрат на производство операций
5.1 Выбор источников постоянного тока
Для питания гальванических ванн постоянным током используют полупроводниковые выпрямители. Выбор источников постоянного тока производится на основании потребляемой силы тока и напряжения на ванне. На каждую ванну устанавливают отдельный выпрямитель; если потребная сила тока превышает мощность выпрямителя, устанавливают и более выпрямителей.
Сила тока рассчитывается исходя из плотности тока и единовременной загрузки деталей в ванну, выраженной в дм2,
I=ikyз. (5.1)
I=15·26=390А
Расчетная сила тока Ip должна быть увеличена на 15-20%.
Для правильного выбора источников постоянного тока необходимо знать напряжение на ванне, которое зависит от состава электролита, режима работы и межэлектродных расстояний. Для хромирования, меднения, никелирования с перемешиванием и нагревом в кислых электролитах, для электрохимического обезжиривания и при снятии покрытий – 9,12В.
Напряжение на ванне можно вычислить по формуле:
U=(1+β)[Ea-Ek+(1+α)IR], (5.2)
где β- коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода; Еа и Ек- анодный и катодный потенциалы, В; α – коэффициент, учитывающий потери напряжения в электролите за счет газонаполнения; I – сила тока, А; R – электролитическое сопротивление электролита (Ом), рассчитываемое по формуле:
R=l(100æ), (5.3)
где l – межэлектродное расстояние, см; æ – удельная электрическая проводимость, Ом-1 см-1.
R=30/(100·0,60)=0,5Ом
При расчете напряжения на ванне вместо силы тока следует подставлять значение плотности тока, а в случае несовпадения анодной и катодной плотностей тока – среднеквадратичную плотность тока
iср=√ikia(5.4)
iср=√27 10=16,43
принимаем iср=16А/дм2.
В табл. № 5.1 приведены основные параметры гальванических процессов для расчета напряжения на ваннах.
Основные параметры гальванических процессов
Табл. № 5.1
| Электролит | ik | ia | Ek | Ea | æ | α | β |
| А/дм2 | В | Ом-1 ·см-1 | |||||
| хромирование | 27,0 | 10,0 | -0,80 | +0,80 | 0,60 | 0,20 | 0,10 |
U=(1+0,10)[+0,80-(-0,80)+(1+0,20) 16,5 0,5]=12,65В
Принимаем U=12B
В гальванических цехах в настоящее время для питания ванн, в которых идут электрохимические процессы, применяют кремниевые выпрямители серий ВАК и ВАКР на теристорах. Агрегаты серии ВАК изготавливаются 24 типов. Они обеспечивают ручное регулирование напряжения. Характеристика выпрямителей типа ВАК представлена в табл № 5.2.
Типовое обозначение агрегатов расшифровывается следующим образом: ВАКР-630-12У4 – выпрямительный агрегат на кремниевых вентилях, реверсивный, номинальный выпрямленный ток 630А, номинальное выпрямленное напряжение 12 или 6В (два режима), климатическое исполнение и категория размещения У4 (умеренный климат, отапливаемое помещение).
Техническая характеристика выпрямительных агрегатов серии ВАК
Табл. № 5.2
| Тип агрегата | Номинальное напряжение, В | Номинальная сила тока, А | Габаритные размеры, мм | Мощность, кВт | КПД, % |
| ВАК-100-12У4ВАКР-320-18У4ВАК-630-24У4ВАКР-630-24У4ВАКР-630-12У4 | 12/618/924/1224/1212/6 | 100320630630630 | 600×360×1000744×496×1550900×400×1710900×400×1710744×496×1550 | 1,2/0,605,76/2,8815,12/7,5615,12/7,567,56/3,78 | 78/7279/7288/8588/8582/73 |
| ВАК-1600-12У4ВАКР-1600-24У4ВАК-3200-12У4ВАКР-3200-24У4ВАК-6300-12У4ВАК-12500-24У4ВАК-25000-48У4 | 12/624/1212/624/1212/624/1248/24 | 160016003200320063001250025000 | 1000×600×16001000×600×16001000×600×16001400×800×16001555×2038×20902800×2575×26104625×5100×4735 | 19,2/9,6038,4/19,238,4/19,276,8/38,475,6/37,8151,2/75,61200/600 | 82/7087/8283/8189/8482/7088/7690/86 |
| Примечание: через косую черту указаны два режима работы агрегата. | |||||
Так как при прохождении электрического тока через электролит выделяется теплота, необходимо проверять объемную плотность тока, особенно это касается таких процессов, как хромирование и анодирование, по формуле:
iv=I/V (5.5)
где iv-объемная плотность тока, А/л; V-объем электролита, л.
iv=390/550=0,7А/л
принимаем iv=1 А/л.
Все данные записываем в табл. № 5.4
Табл. № 5.4
| Наименование процесса | ik,А/дм2 | І,А | yз,дм2 | Ір,А | V,л | Iv,А/л | U,В | Тип ИПТ |
| хромирование | 15 | 390 | 26 | 468 | 550 | 1 | 12 | ВАКР-630-12У4 |
5.2 Расход пара и сжатого воздуха
Расход пара. Гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. При расчете расхода пара необходимо учитывать расход пара на разогрев электролитов и воды и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объема ванн и давления пара.
Расход пара на разогрев определяется по формуле:
P1=Pp·tp, (5.6)
где Рр-норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч; tp-время разогрева, ч.
P1=50·1=50кг/ч
Расход пара на поддержание рабочей температуры:
P2=Pp.п. ·tp.п., (5.7)
где Рр.п. - норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч; tр.п. -время работы ванны (за исключением времени разогрева). Нормы расхода пара Рр и Рр.п. берут из табл № 5.5.
P2=11·4=44кг/ч
Расход пара на разогрев и поддержание рабочей температуры электролита
Табл. № 5.5
| Внутренние габаритные размеры ванн, мм | Ванны хромирования | |
| Рр, (кг/ч) | Рр.п.,(кг/ч) | |
| 1120×710×12501120×800×12501120×1000×12501600×710×12501600×800×12501600×1000×1250 | 506998707998 | 111520151720 |
Определив расход пара, исходя из вышеприведенных норм рассчитываем годовой расход пара:
Ргод=(Р1+Р2)Т, (5.8)
где Т=249, число рабочих дней в году.
Ргод=(50+44) 249=23406кг
Годовой расход пара на каждую операцию подсчитывается отдельно, а затем суммируется по всем статьям расхода
Р=(nV(1,1÷1,5)KpT+(1,0÷1,1)Kp.п.Фв /1000) Т, (5.9)
где n-число ванн; V-объем электролита или воды, м3; Кр-часовая норма расхода пара на разогрев, кг/ч; Кр.п. - часовая норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, ч; Фв-действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч.
Р=((3·550·1,1·50·249+1,0·44·2624) /1000) 249=5655339кг
Годовой расход пара, рассчитанный по укрупненным нормам, на нагрев ванн, в которых протекают электрохимические процессы, необходимо откорректировать с учетом выделения джоулевой теплоты
QДж=IUt, (5.10)
Которая эквивалентна теплоте, выделяющейся при расходе следующей массы пара (кг):
РДж=IUt /(rא), (5.11)
где I-сила тока, А; U-напряжение на ванне, В; t-время, мин; r-теплота парообразования при давлении 0,3МПа, равная 2171·103 Дж/кГ; א-принятая степень сухости пара, равная 0,95;
РДж=390·12·3600 /(2171·103·0,95)=8168,7кг
Табл. № 5.6
| Операция | Объем V, м3 | Число ванн n, шт | Норма расхода, кг/м | Эквивалент джоулевой теплоты РДж, кг | Годовой расход Ргод, кг | |
| Кр | Кр.п. | |||||
| хромирование | 0,55 | 1 | 50 | 44 | 8168,7 | 23406 |
5.3 Расход сжатого воздуха
В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном, на перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей и гидропескоструйную обработку.