Хромирование деталей на подвесках

2.1 Цехи и участки нанесения металлопокрытий, расположенные либо в отдельных зданиях, либо в зданиях с другими цехами и участками, следует сооружать из огнестойкого материала, размещать по отношению к жилым застройкам с подветренной стороны и на расстоянии, определяемом в соответствии с расчетом рассеивания вредных веществ, но не менее 50м от жилых застроек.

2.2 Полы помещений, в которых располагаются цеха и участки должны быть ровными. Подвалы, тоннели, колодцы, траншеи должны располагаться выше уровня грунтовых вод.

2.3 Все производственные помещения должны оборудоваться средствами пожаротушения и (в необходимых случаях) сигнализацией.

3. Вентиляция и отопление

3.1 Производственные помещения, в которых находятся цеха и участки металлопокрытий, должны быть оборудованы постоянно действующей общеобменной и местной приточно-вытяжной вентиляцией с разводкой притока в рабочую зону.

3.2 Минимальная кратность воздухообмена в помещениях должна быть не менее 5ч-1, а в помещениях для вспомогательного оборудования не менее 4ч-1. В помещениях для хранения и расфасовки химикатов необходимо предусматривать вытяжную вентиляцию.

3.3 Вытяжная вентиляция служит для удаления из помещения загрязненного воздуха, приточная - для подачи в помещение чистого воздуха.

3.4 Свежий воздух через неподвижные решетки, устанавливаемые в наружных стенах, поступает в камеры, где расположены калориферы. Калориферы предназначены для нагрева воздуха в зимнее время. Из камеры воздух распределяется по помещению при помощи центробежных вентиляторов по воздуховодам.

4. Освещение

4.1 Во всех цехах и на участках нанесения металлопокрытий освещенность рабочих поверхностей должна составлять ?200лк, пола - ? 150лк.

4.2 Освещенность проходов должна составлять 25% от освещенности, создаваемой на рабочих местах светильниками общего освещения, но не менее 75лк - при люминесцентных лампах и 30лк - при лампах накаливания.

4.3 При работе внутри ванн и других емкостей необходимо применять переносные лампы напряжением ?12В.

5. Водоснабжение и производственная канализация

5.1 Все помещения должны быть обеспечены водой для производственных и хозяйственных нужд и питья, а также для пожаротушения.

6. Требования к производственному оборудованию

6.1 Механизмы управления и обслуживания ванн следует располагать так, чтобы работники не подвергались воздействию высокой температуры и вредных газов.

6.2 Смотровые стекла производственного оборудования и приборов должны быть химически стойкими и защищены металлическими решетками.

6.3 Пульт управления конвейером должен располагаться в месте, удобном для наблюдения за работой всей транспортной линии. Остановка конвейера должна быть предусмотрена на каждом рабочем участке линии.

7. Транспортные и сливно - наливные работы

7.1 Бутыли с кислотами и жидкими щелочами на специальных тележках должны транспортировать два работника со скоростью ?5км/ч.

7.2 При переливании кислот и щелочей должны применяться специальные приспособления из кислотостойких материалов.

7.3 Работники, транспортирующие химические вещества, обязаны пользоваться специальной одеждой и другими средствами индивидуальной защиты.

8.Санитарно-гигиеническая характеристика производства

8.1 Для обеспечения санитарно-гигиенических условий труда на производстве предусмотрены следующие санитарно-бытовые помещения: гардеробные, душевые, умывальные, курительные места, места для размещения полудушей; устройства питьевого водоснабжения, помещения для обогрева или охлаждения, обработки, хранения и выдачи спецодежды.

8.2 Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к показателям микроклимата рабочих мест производственных помещений с учетом интенсивности энергозатрат работающих, времени выполнения работы, периодов года и содержат требования к методам измерения и контроля микроклиматических условий. Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма.

9. Требования к применению средств индивидуальной защиты

9.1 Для защиты работников от опасных и вредных производственных факторов работодатель своевременно обеспечивает их специальными одеждой, обувью и другими средствами индивидуальной защиты.

9.2 Для снижения уровня шума на рабочих местах необходимо применять средства защиты органов слуха.

9.3 Работники должны быть обучены правилам пользования средствами индивидуальной защиты и способам проверки их исправности.

9.4 В цехе должны быть аптечки, укомплектованные необходимыми медикаментами и перевязочными материалами.

9.5 Все работники должны уметь оказывать первую помощь пострадавшим при отравлении и ожогах кислотой. Щелочью и другими химическими веществами.

10. Пожарная безопасность

10.1 Согласно НПБ 105-03 проектируемый гальванический цех относится к категории Д, степень огнестойкости - 4, предел огнестойкости основных строительных конструкций наружные стены - 0,25 ч; внутренние несущие - 0,25 ч.

10.2 Для предупреждения аварий, вызванных токами короткого замыкания, предусматривается устанавливать на распределительном щите автоматы, мгновенно отключающие участки электросети, на которых произошло короткое замыкание.

10.3 Основными методами профилактики являются также систематическая проверка сопротивления цепи, соединений, контактов, а также надежности изоляции не реже 1 раза в смену. Для сменного хранения промасленных тканей предусмотрены металлические ящики.

10.4 Для тушения пожаров в цехе применяется вода, химическая пена (огнетушитель ОХП-10 [не применять для тушения электрооборудования], ОП-10 [для тушения электрооборудования до 1000 В]), асбестовое покрывало, песок;

10.5 Для тушения пожара, возникшего в электролите, предусматривается устанавливать на распределительном щите автоматы, мгновенно отключающие участки электролита, на которых произошло

короткое замыкание. Кроме этих средств предусматриваются позывные сигналы для срочного вызова заводской пожарной охраны. Позывной сигнал подается нажатием на кнопку, предварительно разбив стекло.

11.Электробезопасность оборудования

В цехе находятся силовые электрические установки постоянного и переменного тока. Постоянный ток применяется для питания гальванических ванн, напряжение 6В, а переменный ток применяется при освещении ,а также для работы некоторого подъемно-транспортного оборудования: 110В, 220В. Наиболее опасным для человека является переменный ток частотой 50-60 Гц, силой тока 0.1А, напряжением свыше 250В. Все корпуса электрооборудования заземлены при помощи нулевого провода. При поражении электрическим током персонал цеха должен уметь оказывать помощь: устранить очаг поражения, отключить ток. При потере сознания пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух, освободить от стесняющей одежды и, при необходимости, применить искусственное дыхание.

Статическое электричество и молниезащита: Для обеспечения безопасности людей и сохранности здания в проекте предусматриваются мероприятия по защите от статического электричества и молниезащита. Все металлические и электропроводные части технологического оборудования подлежат заземлению. Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для защиты от статического электричества допускается до 100 Ом.

Защита от разрядов атмосферного электричества -- от прямых ударов молний -- молниеотводы, состоящие из приемника, токоотвода, заземления. 3аземлению подлежит металлическая крыша, металлические провода заземляются перед вводом в здание.

4. Технологические расчеты

4.1 Расчет продолжительности основных операций

Исходные данные: толщина хрома при нанесении защитно-декоративных покрытий медь-никель-хром равна 1мкм.

Хром наносится в универсальном электролите при плотности тока 15А/дм². Ванна имеет две катодные штанги. На подвеску размером 500?600мм завешивается 48 деталей. Подвеска рамочного типа имеет 4 ряда, в каждом ряду по 6 деталей.

1. определяем площадь 3х деталей:

S_д= S₁+S₂+ S₃ =1,186+0,307+0,1164=1,61 дм²

2. определяем единовременную загрузку деталей в ванну. Так как на одной подвеске размещается 24 детали, т.е. 8 раз по 3 детали. На двух подвесках находится 48 деталей, площадь которых равна

Y=16·S_д=16·1,61=25,76 дм²,

принимаем y=26дм²

3. рассчитываем время нанесения покрытия по формуле:

ф₁=дг60000/(сi_kВТ), (4.1)

где д-толщина покрытия, мм; г-плотность металла, г/см³; с-электрохимический эквивалент, г/(А·ч); i_k-плотность тока, А/дм²; ВТ-выход по току.

ф₁=7,0·0,001·60000/(15·0,323·15)=5,78мин;

ф₂=4,2мин; продолжительность операции хромирования ф=10мин. ф₂ - загрузка - выгрузка деталей.

4. число загрузок в год рассчитывается по формуле:

P=S_год/f,(4.2)

где Р_год-годовая программа, м²; f-единовременная загрузка, м².

P=5000/0,26=19231

4.2 Расчет расхода химических веществ

Гальванический цех является потребителем большого количества химикатов, металлов для анодов и вспомогательных материалов. Исходными данными для расчета расхода материалов являются нормы расхода, которые определяются на основании опытных и расчетных данных.

Нормы расхода должны быть технически и экономически обоснованными, соответствовать снижению удельных затрат материалов за счет внедрения более совершенной технологии и новых материалов.

Расчет норм расхода химикатов.

Норма расхода химикатов определяется по формуле:

Н_х=К (А+В+С) с,(4.3)

где К-коэффициент, учитывающий тип оборудования; А-норма потерь электролита на вынос с деталями при выгрузке, г/м²; В-норма потерь при уносе электролита в вентиляционные каналы, г/м²; С-норма потерь электролита при фильтрации, корректировании и смене электролитов или растворов, г/м²; с-концентрация компонента, г/л.

Коэффициент К=1,8.

По степени сложности детали делятся на три группы: I-плоские детали и цилиндрические детали без резьбы; II-крепежные, рельефные и штампованные детали без плоскостей, в которых задерживается электролит; III-детали с глухими отверстиями, в которых задерживается электролит, а также детали, имеющие труднопромываемые участки.

Нормы потерь электролита при нанесении электрохимических и химических покрытий приведены в табл № 4.1.

Нормы потерь электролита (раствора)

Табл. № 4.1

Электролит	Группа сложности	Норма потерь, мл/м2
		А	В	С
Цианидный и щелочной	I II III	60 80 110	15 15 15	50 50 50
Кислый	I II III	60 80 110	- - -	65 65 65

Н_х=1,8•(60+15+50)•300=67500мл

Расчет нормы расхода хромового ангидрида с учетом особенностей процесса хромирования для каждой толщины хромового покрытия производят по формуле:

Н_х=(А+С)с+(Р+Вс)д, (4.4)

где А-потери на унос составляют 0,125л/м² для I группы сложности; В-потери при твердом и декоративном хромировании равны 0,05л/м² на 1мкм; С=0,05л/м²; с-концентрация CrO₃, равная 300г/л; д-толщина хромового покрытия, мкм; Р-количество хромового ангидрида (г) для покрытия 1м² при толщине 1мкм, равное 14г.

Н_х=(0,125+0,05)•300+(14+0,05•300) •1=81,5мл

При нанесении покрытий в цианидных (меднение) электролитах происходит разложение цианида натрия (калия) электрическим током и углекислотой воздуха, что необходимо учитывать при расчете норм

Н_х=(А+С)с+(D+Вс)д, (4.5)

где А-потери на унос, равные 0,08л/м²; В=0,015л/м²; С=0,05л/м²; D-норма потерь на разложение цианида натрия, равная 2,92г/м²; с-концентрация NaCN,г/л; д-толщина покрытия, мкм.

Подставляя численные значения в вышеприведенную формулу, получаем:

Н_х=0,13с+(D+0,015c)д,

Н_х=0,13•10,0+(2,92+0,015•10,0)•1,0=4,34мл

Расчет норм расхода химикатов на пуск нового оборудования производится по формуле:

Н_х.п.=cVK/1000, (4.6)

где с-концентрация химиката в электролите (растворе), г/л; V-объем ванны, л; К-коэффициент заполнения ванн, равный 0,7-0,9.

Н_х.п.=300•550•0,9/1000=148,5г

Расход химикатов на выполнение программы рассчитывается следующим образом:

Q_х=Н_хдS_год/1000 (4.7)

Q_х=67,5•1,0•5000/1000=337,5кг

4.3 Расход анодов

Расчет норм расхода растворимых анодов.

Норма расхода растворимых анодов устанавливается на 1м² поверхности покрытия при толщине слоя 1мкм с учетом неизбежных потерь и отходов по формуле:

Н_а=1,06г, (4.8)

где 1,06-коэффициент, который учитывает технологические потери на шламообразование, неиспользованные остатки и т.п. Масса покрытия площадью 1м² и толщиной 1мкм численно равна плотности металла покрытия, поэтому вместо массы покрытия в формуле стоит величина г.

Н_а=1,06•7,0=7,42

Годовой расход растворимых анодов

Q_а=Н_адS_год/1000 (4.9)

где д-толщина покрытия, мкм; S_год-поверхность покрываемая в год, м².

Q_а=7,42•1,0•5000/1000=37,1 кг

Расчет расхода нерастворимых анодов (растворов).

Норма расхода устанавливается с учетом технологических потерь на шламообразование и отходы, а также сменяемости толщины электродов.

Норму расхода подсчитывают по формуле:

Н_а= К_с К_s d г T_обр/ К_обФ_в60•10^-3, (4.10)

где К_с-коэффициент сменяемости анодов (катодов) в год; К_s-коэффициент, учитывающий отношение анодной (катодной) поверхности ко второму электроду; d-толщина анода (катода) мм; г - плотность материала анода (катода), г/см³; T_обр-время обработки, мин; К_об-коэффициент использования оборудования.

При твердом и декоративном хромировании К_с=1, а К_s=2.

Н_а=1,0•2,0•100•7,0•5,8/0,93•2624•60•10^-3=55,5г/м²

Расчет норм расхода анодов на запуск оборудования.

Расход растворимых и нерастворимых анодов (катодов) определяют по формуле:

H_а=n K₁ K₂ L_вн Н_вн г d/1000, (4.11)

где K₁-коэффициент, учитывающий суммарную ширину анодов по отношению к длине ванны, K₁=0,6; K₂-коэффициент, учитывающий отношение длины анодов к высоте ванны, K₂=0,8; n-число анодных (катодных) штанг; L_вн, Н_вн-длина и глубина ванны, см; d-толщина анода (катода), см; г-плотность металла анода (катода), г/см³.

H_а=3•0,6•0,8•80•95•7•10/1000=766г/м²

Все данные по расчету расхода годовых количеств химикатов и анодов (катодов) сводятся в табл. № 4.2, 4.3.

Расчет годового расчета химикатов

Табл. № 4.2

Операция	Компонент	Концентрация, г/л	Толщина покрытия, мкм	Нх, г/м2	Sгод, м2	Qх, кг
хромирование	Хромовый ангидрид	300	1	81,5	5000	337,5

Расчет годового расхода анодов

Табл. № 4.3

Операция	Толщина покрытия, мкм	На	Hа	Sгод, м2	Qа, кг
		г/м2
хромирование	1	55,5	766	5000	37,1

4.4 Расход воды

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой-то операции не требуется тщательной промывки, например между химическим и электрохимическим обезжириванием, осветлением и пассивированием, между дополнительной активацией в цианидном растворе и нанесением покрытий в цианидном электролите и т.д. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, электрохимического полирования, в других случаях.

Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный, комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.д. , а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ; при обработке деталей простой конфигурации - струйный; при обработке деталей сложной конфигурации без пазов и углублений и после обработки в трудносмываемых растворах - комбинированный.

Расход воды (л/м²) для любой промывки в соответствии с ГОСТ 9.305-84 определяется по формуле:

Q_N^P=q^{N N}vK°F, (4.12)

где q-удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей; N-число ступеней (ванн) промывки; К°-критерий окончательной промывки деталей; F-промываемая поверхность загрузки ванн, м²/ч (соответствует производительности линии). Ориентировочный удельный вынос электролита (раствора) q приведен в табл. № 9.

Критерий окончательной промывки К°, показывающий во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимых значений в последней ванне промывки, определяют по формуле:

К°=С₀ /С_п, (4.13)

где С₀-концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л; С_п-предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.

К°=300/0,015=20000

Q_N^P=0,2^{3 3}v140·20000=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.

Q_N^P_рас=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=i_ky_з. (5.1)

I=15·26=390А

Расчетная сила тока I_p 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+в)[E_a-E_k+(1+б)IR], (5.2)

где в- коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода; Е_а и Е_к- анодный и катодный потенциалы, В; б - коэффициент, учитывающий потери напряжения в электролите за счет газонаполнения; I - сила тока, А; R - электролитическое сопротивление электролита (Ом), рассчитываемое по формуле:

R=l(100?), (5.3)

где l - межэлектродное расстояние, см; ? - 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

i_ср=vi_ki_a (5.4)

i_ср=v27 10=16,43

принимаем i_ср=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	?	б	в
	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-100-12У4 ВАКР-320-18У4 ВАК-630-24У4 ВАКР-630-24У4 ВАКР-630-12У4	12/6 18/9 24/12 24/12 12/6	100 320 630 630 630	600?360?1000 744?496?1550 900?400?1710 900?400?1710 744?496?1550	1,2/0,60 5,76/2,88 15,12/7,56 15,12/7,56 7,56/3,78	78/72 79/72 88/85 88/85 82/73
ВАК-1600-12У4 ВАКР-1600-24У4 ВАК-3200-12У4 ВАКР-3200-24У4 ВАК-6300-12У4 ВАК-12500-24У4 ВАК-25000-48У4	12/6 24/12 12/6 24/12 12/6 24/12 48/24	1600 1600 3200 3200 6300 12500 25000	1000?600?1600 1000?600?1600 1000?600?1600 1400?800?1600 1555?2038?2090 2800?2575?2610 4625?5100?4735	19,2/9,60 38,4/19,2 38,4/19,2 76,8/38,4 75,6/37,8 151,2/75,6 1200/600	82/70 87/82 83/81 89/84 82/70 88/76 90/86
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:

i_v=I/V (5.5)

где i_v-объемная плотность тока, А/л; V-объем электролита, л.

i_v=390/550=0,7А/л

принимаем i_v=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=P_p· t_p, (5.6)

где Р_р-норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч; t_p-время разогрева, ч.

P₁=50·1=50кг/ч

Расход пара на поддержание рабочей температуры:

P₂=P_p.п. · t_p.п., (5.7)

где Р_р.п. - норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч; t_р.п. -время работы ванны (за исключением времени разогрева). Нормы расхода пара Р_р и Р_р.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?1250 1120?800?1250 1120?1000?1250 1600?710?1250 1600?800?1250 1600?1000?1250	50 69 98 70 79 98	11 15 20 15 17 20

Определив расход пара, исходя из вышеприведенных норм рассчитываем годовой расход пара:

Р_год=(Р₁+Р₂)Т, (5.8)

где Т=249, число рабочих дней в году.

Р_год=(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)K_pT+(1,0?1,1)K_p.п.Ф_в /1000) Т, (5.9)

где n-число ванн; V-объем электролита или воды, м³; К_р-часовая норма расхода пара на разогрев, кг/ч; К_р.п. - часовая норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, ч; Ф_в-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

Q_Дж=I U t, (5.10)

Которая эквивалентна теплоте, выделяющейся при расходе следующей массы пара (кг):

Р_Дж=I U t /(r а), (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; а-принятая степень сухости пара, равная 0,95;

Р_Дж=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.

Расход сжатого воздуха на перемешивание 1л раствора или электролита составляет (л/мин): 1,0 - при среднем перемешивании. Расчет можно произвести исходя из следующей нормы: 0,01-0,02м³/мин на 1 дм длины катодной штанги. Воздух должен быть очищенным. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3МПа составляет 15-20м³/ч.

Годовой расход сжатого воздуха определяют по приведенным нормам с учетом объема ванны или длины штанги и действительного фонда времени работы оборудования:

W=(nV(1,1 ?1,5)KT+(1,0 ?1,1)K_обФ_в /1000)·Т, (5.12)

W=(3·550·1,1·9,24·249+1,0·20·2624 /1000)·249=1052861м³

5.4 Вентиляция

Гальванические цеха относятся к категории вредных производств вследствие большого количества вредных веществ, которые выделяются во время химической и электрохимической обработки. Для создания нормальных условий труда цеха должны иметь приточно-вытяжную вентиляцию. Кроме того, многие ванны должны быть оборудованы местными бортовыми отсосами, обеспечивающими отвод вредных примесей с зеркала электролита или раствора. Бортовые отсосы устанавливаются по длине ванны. Бортовые отсосы могут быть одно- и двусторонними. По конструкции их делят на простые (щелевое окно расположено перпендикулярно к зеркалу электролита) и опрокинутые (щель расположена параллельно зеркалу)./10/

Расчет объема воздуха, отсасываемого от зеркала ванн, производят по формуле:

L=L₀ K_?t K_T K₁ K₂ K₃ K₄, (5.13)

где L₀-удельный объем воздуха, отсасываемого от ванн, м³/ч;

K_?t-коэффициент, учитывающий разность температур раствора и помещения (табл. №5.7); K_T-коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ; K₁-коэффициент, учитывающий тип отсоса; K₂-коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание раствора, барботаж; K₃-коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита плавающими телами; K₄-коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита путем введения ПАВ.

K₁=1,0 для двухбортового отсоса без поддува. При воздушном перемешивании K₂=1,2; при укрытии зеркала ванны плавающими телами K₃=0,75; при укрытии зеркала ванны пеной K₄=0,5; коэффициент токсичности для бортового опрокинутого отсоса K_Т=1,3.

L=274428•1,47•1,3•1,0•1,2•0,75•0,5=235994м³/ч

Коэффициент K_?t, учитывающий разность температур раствора и воздуха в помещении

Табл. № 5.7

Разность температур раствора и воздуха, °С	K?t для отсосов	Разность температур раствора и воздуха, °С	K?t для отсосов
	без поддува	с поддувом		без поддува	с поддувом
0 10 20 30	1,0 1,16 1,31 1,47	1,0 1,03 1,06 1,09	40 50 60 70	1,63 1,79 1,94 2,10	1,12 1,15 1,18 1,21

Удельный объем отсасываемого воздуха L₀ определяется по следующим формулам:

для отсосов простых и опрокинутых без поддува

L₀=1400(0,53)•0,66W_вн, (5.14)

где В_вн, L_вн-внутренние ширина и длина ванны, м; Н₁-расстояние от зеркала электролита до борта ванны, обычно равное 0,2м;

L₀=1400•м³ч

Для перемещения воздушных масс повышенной влажности или содержащих химические соединения, агрессивные к углеродистым или алюминиевым сталям, применяют вентиляторы из коррозионно-стойкой стали или из титановых сплавов.

Данные для выбора вентилятора:

Табл. № 5.8

Операция	Тип боротового отсоса	Размеры ванн, мм	L0, м3/ч	L, м3/ч
		Lвн	Wвн	Н1
хромирование	Двухсторонний без поддува	800	700	0,2	276013	235994

Вентилятор Ц4-70

Табл. № 5.9

Марка вентилятора	Производительность, тыс. м3/ч	Полное давление, Па	КПД	Мощность, кВт	Габаритные размеры, мм
6,3	15	117,5	0,805	4	1620?1185?1810

5.5 Расход электроэнергии

Потребителями электроэнергии являются: 1) источники постоянного тока; 2) электродвигатели; 3) сушильные агрегаты; 4) вентиляторы; 5) электронагреватели для нагрева ванн; 6) лампы для освещения и т.п.

1.Расход электроэнергии на работу источников постоянного тока

W₁=Р_вК_обnФ_в/з, (5.15)

где Р_в-мощность выпрямителя, кВт; К_об-коэффициент использования оборудования; Ф_в-действительный фонд работы оборудования, ч; з-КПД источника постоянного тока; n-число источников постоянного тока.

W₁=7,56•0,93•1•2624/76=242,7кВт

2.Расход электроэнергии на работу электродвигателей

W₂=nP_эK_обФ_в, (5.16)

где Р_э-мощность электродвигателя, кВт; n-число электродвигателей.

W₂=2•10,0•0,93•2624=48807кВт

3.Расход электроэнергии на сушильные агрегаты

W₃=Р_сnК_сК_обФ_в, (5.17)

где Р_с-мощность сушильного агрегата, кВт; n-число сушильных агрегатов; К_с-коэффициент использования сушильного агрегата;

W₃=2,7•1,0•0,93•0,93•2624=6127,6кВт

4.Расход электроэнергии на работу вентилятора

W₄=Р_вnФв/з, (5.18)

где Р_в-мощность электродвигателя вентилятора, кВт; n-число электродвигателей; Фв-действительный фонд времени работы оборудования, ч; з-КПД выпрямителя.

W₄=4•1•2624/0,805=13038кВт

5.Расход электроэнергии на освещение

W₅=0,015S_учФ_вК_осв, (5.19)

где 0,015-удельная норма мощности освещения, кВт/м²; S_уч-площадь участка, м²; К_осв-коэффициент, учитывающий время, необходимое на освещение.

W₅=0,015•1152•2624•0,84=3803кВт

6. Экологическая оценка производства

В результате процесса хромирования деталей выделяется достаточно большое количество веществ, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

Поэтому, необходимо создание малоотходной, экологически безопасной технологии. Первоочередными задачами являются резкое сокращение объема потребляемой воды, прекращения сброса сточных вод, содержащих токсичные соединения, в канализацию и регенерация цветных металлов.

Самыми простыми способами уменьшения выноса солей металлов из ванн покрытий и попадания их в промывные воды являются:

1) выдерживание подвесок или корзин с деталями при выгрузке над ванной 10 - 15с для стекания с них большей части электролита, захваченного деталями при извлечении из ванн;

2) введение в состав электролитов поверхностно-активных веществ, снижающих поверхностное натяжение растворов, что снижает количество уносимого с деталями электролита;

3) промывку деталей после покрытия следует производить сначала в ваннах с непроточной водой - ваннах-улавливателях, а затем в ваннах с проточной водой каскадного типа.

7. Обезвреживание сточных вод

Очистные сооружения предусмотрены для очистки токсичных промышленных стоков от гальванического цеха: кислот, цианосодержащих и хромосодержащих.

Сточные воды из гальвано цеха поступают на очистные сооружения.

Смешение стоков разных видов не допускается. Стоки содержат циан, 6-ти валентный хром, кислоты, щелочи и соли тяжелых металлов (никеля, цинка, железа), содержание которых при сбросе в городскую канализацию лимитируется санитарными нормами.

Сточные воды после ванн электрохимического обезжиривания и после ванн травления гальванического цеха, загрязненные кислотами, щелочами и солями тяжелых металлов очищаются химическим способом на заводских очистных сооружениях.

Принятый метод обработки кислотно-щелочных стоков учитывает возможность наличия в кислотно-щелочных стоках примесей тяжелых металлов. Сущность процесса обезвреживания кислотно-щелочных стоков заключается во взаимной нейтрализации этих стоков с последующей до нейтрализацией их раствором щелочи и высаждении растворенных металлов в виде гидроокисей раствором гашеной извести.

Химическая сторона процесса усреднения стоков:

H₂SO₄+2NaOH Na₂SO₄+2H₂O

2H⁺+2OH^- 2 H₂O

HCl+NaOH NaCl+ H₂O

H⁺+OH^- H₂O

Zn²⁺+Ca(OH)2 Zn(OH)2 +Ca²⁺

Cu²⁺+Ca(OH)2 Cu(OH)2 +Ca²⁺

Расход химреактивов для нейтрализации кислотно-щелочных стоков зависит от величины рН поступающих стоков.

Количество поступающих кислотно-щелочных стоков составляет 1875 м³/сут или 119,3 м³/час. Станция очистки рассчитана на очистку промстоков до пределов, позволяющих сбрасывать их на городские очистные сооружения, т.е. кислотно-щелочные стоки полностью нейтрализуются (рН=78).

Обезвреживание хромосодержащих стоков.

1. Применяемые материалы.

Серная кислота ГОСТ 2184 -77

Тиосульфит натрия ГОСТ 244 -76

Известь 60 (пушонка) ГОСТ 9179 -77

Полиакриламин ТУ6 -01 -1049 -92

2. Метод обезвреживания

Обезвреживание хромсодержащих стоков производится в 2 стадии. Сущность метода состоит в восстановлении 6-ти валентного хрома в трехвалентный в кислой среде с помощью 10% раствора бисульфита натрия и перевод 3-х валентного хрома в гидроокись хрома под действием 3% раствора известкового молока по реакции:

8CrO₃+3Na₂S₂O₃+9H₂SO₄ 3Na₂SO₄+4Cr₂(SO₄)₃+9H₂O

Cr₂(SO₄)₃+3Ca(OH)₂ 2Cr(OH)₃+3CaSO₄

8. Автоматизация производства

8.1 Концепция автоматизации производства

Системы автоматизации технологических процессов являются важнейшим средством повышения производительности труда, улучшения качества продукции, сокращения расхода материалов и энергии, сокращения количества обслуживающего персонала, что особенно важно в таких вредных производствах, как гальванические цеха, улучшение организации производства и внедрение прогрессивных методов управления производством. Они снижают аварийность на производстве, увеличивают безопасность работы установок, повышают КПД и технико-экономические показатели производства.

8.2 Краткая операционная схема технологического процесса

1. Электрохимическое обезжиривание

2. Горячая промывка

3. Холодная промывка

4. Травление

5. Холодная промывка

6. Активация

7. Холодная промывка

8. Меднение

9. Холодная промывка с улавливанием

10. Холодная промывка

11. Никелирование

12. Холодная промывка

13. Горячая промывка

14. Хромирование

15. Холодная промывка с улавливанием

16. Холодная промывка

17. Сушка

Табл. № 8.1

Ванна	Параметры
	температура	расход	уровень	плотность тока
Электрохимическое обезжиривание	+		+	+
Горячая промывка	+	+
Травление			+
Холодная промывка	+	+
Сушка	+

Табл. № 8.2

Аппараты и параметры	Значения параметра	Вид автоматизации
		измерение	регулирование	сигнализация
Ванна электрохимического обезжиривания: температура уровень плотность тока	800С 0,8 м 5 А/дм2	+ + +	+	+
Ванна горячей промывки: расход температура	0,225 м3/ч 900С	+ +	+ +
Ванна травления: уровень	0,8 м	+	+	+
Ванна холодной промывки: расход	0,533 м3/ч	+	+
Сушка: температура	600С	+	+

8.3 Контур регулирования температуры

Согласно технологии, электрохимическое обезжиривание, горячую промывку необходимо вести при температуре 60 - 90?С, однако в результате потерь тепла в окружающую среду или в результате потерь тепла на нагрев деталей, температура в ванне может изменяться. В связи с этим температура в ванне может поддерживаться автоматически, путем изменения подачи греющего пара с помощью системы автоматического регулирования.

Температура в ваннах измеряется манометрическим термометром ТПЖ_4V (поз. 1-1, 3-1). Чувствительный элемент --трубчатая пружина. Унифицированный пневматический сигнал 0,2 - 1,0 кгс/см подается на вторичный прибор ПВ 10.1П (поз. 1-2, 4-2), который показывает и записывает температуру и одновременно на регулятор ПР3.31 (поз. 1-3, 4-3) системы “Старт” для получения непрерывного воздействия на регулирующий клапан исполнительного механизма, установленного на линии подачи пара 25ч32нж (поз. 1-4, 4-4).

Схема автоматической стабилизации температуры работает таким образом, что при понижении температуры в ванне система регулирования увеличивает степень открытия клапана линии подачи пара, что приводит к увеличению расхода его, в следствии чего температура в реакторе повышается.

Температура на ванне сушки измеряется термоэлектрическим термометром типа ТХК (поз. 11-1). Чувствительный элемент представляет собой два термоэлектрода, сваренных между собой на рабочем конце в термопару (спай) и изолированных по всей длине при помощи одно- и двухканальных трубок и бус из пирометрического фарфора и окиси алюминия. Чувствительный элемент помещается в защитную арматуру, в комплект которой входит водозащищенная головка с колодкой зажимов. Свободные концы термометра через колодку зажимов присоединяются к вторичному прибору КСП-4 (поз. 11-3), предназначенный для измерения, записи и регулирования температуры, преобразуемых с помощью датчиков в напряжение постоянного тока.

8.4 Контроль расхода воды

Для измерения и регулирования расхода воды в ваннах горячей и холодной промывки применяют ротаметр с пневматической дистанционной передачей и местной шкалой показывания РП_2,5 ЖУЗ (поз. 5-1, 7-1), вырабатывающий выходной пневматический сигнал, соответствующий данному расходу воды. Этот сигнал поступает на вторичный прибор ПВ.10.1П (поз. 5-2, 7-2) и одновременно на вход ПИ-регулятора типа ПР3.31 (поз. 5-3, 7-3) для получения непрерывного воздействия на регулирующий клапан исполнительного механизма, установленного на линии подачи воды 25ч32нж (поз. 5-4, 7-4).

Схема работает следующим образом: при повышении расхода воды система регулирования уменьшает степень открытия клапана на линии подачи воды, что приводит к уменьшению расхода.

8.5 Контур контроля и регулирования уровня

Регулирование уровня производится в ваннах электрохимического обезжиривания, травления, меднения, никелирования, хромирования. Уровень измеряется с помощью буйкового уровнемера типа УБ_П (поз. 2-1, 9-1).

Эта схема автоматической стабилизации работает следующим образом. При повышении уровня в ванне система регулирования уменьшает степень открытия клапана линии подачи жидкости, что приводит к уменьшению ее расхода, в следствии чего уровень понижается и наоборот.

8.6 Регулирование плотности тока

В гальваническом производстве большое значение для качества покрытия играет соблюдение технологических параметров. Одним из важнейших является плотность тока. Регулирование плотности тока осуществляется в ваннах электрохимического обезжиривания и хромирования, с помощью выпрямителей марки ТЕРI-800/12Т-ОУХЛ4.

9. Финансовая оценка проектных решений

9.1 Характеристики цеха

Проектируемый участок находится в гальваническом цехе, размером

96 м x 12 м x 6 м.

На гальваническом участке производятся следующие виды гальванических покрытий:

1. Блестящее цинкование (на стальные изделия) с блескообразующими добавками "Ликонда "А","В","С"", с использованием бесцветной пассивации "Ликонда 21" и цинкование с хромовой пассивацией. Покрытия проводятся в полуавтоматических линиях в стационарных ваннах размером 700х800х800 (для мелких деталей в барабанах, для крупных на подвесках);

2. Блестящее никелирование (стали, меди, латуни);

3. Меднение (как самостоятельное покрытие, так и подслой при никелировании);

4. Хромирование блестящее и хромирование твердое (износостойкое);

5. Фосфатирование с использованием низкотемпературного процесса;

6. Лужение;

7. Кадмирование;

8. Анодирование алюминиевых деталей.

В цехе имеется 8 оконных проемов.

Вода поступает в цех со скважины №7, давление 2-3 атм.

Пар, для нагрева электролита, подается с заводской котельни с давлением 5-6 атм.

Воздух подается с заводской компрессорной станции, давление 4-5 атм.

В цехе установлены осушители воздуха. Воздух используют для сушки деталей.

Электроэнергия подается с электроподстанции компрессорной № 1. В качестве источника питания в гальваническом цехе используются выпрямительные агрегаты типа ВАК или ВАКР (I=200-1000A, U=12-24B).

Гальванический цех, предназначенный для нанесения защитно-декоративных покрытий. В цехе поступят детали из механических цехов с указанием шифра наносимого покрытия. После нанесения покрытия детали укладываются в специальную тару и отправляются на склад готовых деталей (СГД). На каждую деталь выписывается накладная с указанием шифра покрытия, фамилия рабочего наносившего покрытие и печать, подпись ОТК.

Химикаты доставляются в цех на специально оборудованном автотранспорте, с центрального склада. Все упакованы, указаны марка, материал, срок годности. В цехе не должны находиться химикаты, превышающие 2 - 3 дневной запас.

Освещение в цехе осуществляется с помощью ртутных ламп марки ДРЛ - 400, освещенность должна составлять не менее 300 люкс.

Цех снабжен приточно - вытяжной системой вентиляции. Приток воздуха осуществляется за счет приточной камеры П7 и П9 в летнее время холодный воздух, а в зимнее подогретый. Вытяжная вентиляция осуществляется через бортовые отсосы, расположенные по длине гальванических ванн.