Создание малоотходного производства нанесения защитных покрытий цинка и фосфатов на стальные изделия электрохимическим и химическим методами

Примерами неорганических природных ионитов являются цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, слюды и др. Неорганические синтетические иониты - силикагели, труднорастворимые оксиды и гидроксиды алюминия, хрома и др. К органическим природным ионитам относят гуминовые кислоты почв и углей.

На практике наибольшее значение имеют органические искусственные иониты. Они представлены ионообменными смолами с развитой поверхностью. Смолы имеют углеводородные радикалы, которые образуют пространственную сетку. На ней фиксированы ионообменные функциональные группы. Пространственная углеводородная сетка (каркас) называется матрицей, а обменивающиеся ионы - противоионами. Каждый противоион соединен с противоположно заряженными ионами, называемыми фиксированными, или анкерными.

Матрицу, при написании ее сокращенно, обозначают в общем виде (R), а активную группу указывают полностью. Например, сульфокатиониты записывают как RSO3H. Здесь R - матрица, Н - противоион, SO3 - анкерный ион.

У катионитов в качестве противоионов могут быть ионы металлов, т.е. находиться в солевой форме. Таким же образом аниониты могут находиться в солевой форме, когда противоионом является ион кислоты.

Каждая смола имеет свой температурный предел, который ограничивает использование.

Регенерирование ионитов ведут растворами кислот (2-8 %) или щелочей (2-6 %) для катионита и анионита соответственно.

При регенерации катиониты переходят в Н-форму. Регенерационные растворы - элюаты содержат катионы. Затем, после взрыхления и промывки, катиониты заряжаются, например, в Na-форму путем пропускания через них раствора поваренной соли. Тогда Н- функциональные группы, получающиеся при регенерации катионита кислотой, заменяются на Na-группу, а сам раствор NaCl превращается в HCl.

Аниониты переходят в ОН-форму. Элюаты (регенерационные растворы) содержат в сконцентрированном виде все извлеченные из СВ анионы. При необходимости регенерируемый анионит из ОН-формы можно перевести в Cl-форму, пропуская раствор NaCl. Элюаты, которые представляют растворы кислот и щелочей, могут нейтрализовать или обрабатывать для получения ценных продуктов. Нейтрализуют элюаты смешивая кислые и щелочные или дополнительно вводят кислоты или щелочи.

Схема ионообменной установки приведена на рисунке 4.4.

1 - корпус; 2 - разделительная зона; 3 - слой смолы; 4 - тарелка

Рисунок 4.4 - Схема ионообменной установки с движущимся слоем смолы

Непрерывный ионообмен позволяет уменьшить затраты смолы, реагентов для регенерации, а также используемое оборудование является более компактным, чем при периодическом процессе.

Требования, предъявляемые для ионообменного аппарата:

наличие необходимого рабочего объема;

обеспечение гидродинамического режима движения взаимодействующих фаз;

достаточный уровень насыщения ионообменной смолы;

малое гидравлическое сопротивление;

капитальные и эксплуатационные затраты должны быть максимально возможными.

Аппараты могут классифицировать по следующим признакам:

организация процесса - аппараты непрерывного, полунепрерывного и периодического действия;

гидродинамический режим - аппараты вытеснения, смешения и промежуточного типа;

состояние слоя ионита - неподвижный, движущийся, пульсирующий;

организации взаимного направления движения фаз - прямоточные, противоточные и смешанный ток;

конструкция - колонные и емкостные.

4.4 Электрохимические методы

Электрохимические методы позволяют извлекать из СВ ценные продукты при простой автоматизированной технологической схеме очистки без использования химических реагентов. Недостатком методов является большой расход электроэнергии.

Эффективностью методов служит ряд факторов: плотность ток, напряжение, выход по току и т.д.

Электрокоагуляция. При прохождении СВ по межэлектродному пространству электролизера происходят процессы электролиза воды, поляризации частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействия продуктов электролиза друг с другом.

Используя нерастворимые электроды, коагуляция может происходить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на электродах. Использование данного процесса для очистки СВ возможно при небольшом содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений.

Промышленная СВ содержит высокоустойчивые загрязнения, поэтому проведение электролиза следует с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов. Металл растворяется под действием тока, и результатом является переход катионов железа или алюминия, которые образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция.

Факторами, оказывающие влияние на процесс, являются материал электродов, расстояние между ними, скорость движения СВ между электродами, ее температура и состав, напряжение и плотность тока.

Метод обладает следующими достоинствами:

компактность установок;

простота управления;

отсутствует потребность в реагентах;

небольшая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки (к температуре, рН среды, присутствию токсичных веществ);

шлам обладает хорошими структурно-механическими свойствами.

Основным недостатком является повышенный расход электроэнергии.

Электрокоагуляция находит применение в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, а также пищевой промышленности.

Аппарат для проведения процесса называется электрокоагулятором. Жидкость в нем может двигаться в горизонтальном или вертикальном направлении.

Электродиализ. Простейшая конструкция электродиализатора, для проведения процесса, состоит из трех камер, разделенных друг от друга мембранами. В среднюю камеру заливают раствор, а в боковые, где расположены электроды, - чистую воду. При помощи электрического тока анионы переносятся в анодное пространство, и на аноде выделяется кислород и образуется кислота. Одновременно катионы переносятся в катодное пространство. На катоде выделяется водород и образуется щелочь. Со временем концентрация солей уменьшается и становится близкой к нулю.

В средней камере идет поступление ионов Н+ и ОН-, которые образуют воду. Этот процесс замедляет перенос ионов соли к соответствующим электродам.

На рисунке 4.5 представлены схемы электродиализатров с различными видами мембран.



Рисунок 4.5 - Схемы электродиализаторов с пористыми диафрагмами (а)и ионитовыми мембранами (б)

В электродиализаторе имеется две мембраны. Анионообменная способна пропускать в анодную зону только анионы, а катионообменная -катионы в катодное пространство.

Электролизеры для очистки воды делают многокамерными (100-200 камер) с чередующимися катионо- и анионопроницаемыми мембранами. Электроды помещают в крайних камерах. В многокамерные аппараты достигают наибольший выход по току.

4.5 Химические методы очистки сточных вод

Химическими методами очистки СВ называют процессы:

нейтрализации;

окисления и восстановления;

удаления ионов тяжелых металлов.

Данные методы объединены расходом различных реагентов, в связи с чем являются дорогими. Их применение связано с необходимостью удаления растворимых веществ.

СВ, которые содержат минеральные кислоты или щелочи, необходимо нейтрализовать перед сбросом в водоемы или перед использованием в технологических процессах. Воды с рН 6,5-8,5 считаются нейтральными.

Нейтрализацию проводят различными путями:

смешением кислых и щелочных СВ;

добавлением реагентов;

фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы;

абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами.

В процессе нейтрализации обычно образуются осадки.

Нейтрализацию смешением применяют, если на одном предприятии образуются кислые и щелочные воды, которые не загрязнены другими компонентами. СВ воды смешивают в емкости мешалкой или воздухом.

При переменной концентрации СВ предусматривают установку усреднителя.

При избытке кислых или щелочных СВ необходимо добавить соответствующие реагенты. После нейтрализации появляется возможность использовать воду повторно, при наличии такой возможности, а осадок проходит обезвоживание на шламовых площадках или вакуум-фильтрах.

Нейтрализацию кислых вод проводят следующими реагентами: KOH, NaOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, доломит (CaCO3•MgCO3), цемент. Наиболее дешевым реагентом является Са(ОН)2 с содержанием активной извести 5-10 %. Для нейтрализации возможно применение различных отходы производства.

Выбор реагентов зависит от состава СВ, учитывая образуется осадок или нет.

Кислотосодержащие СВ могут быть трех видов:

с содержанием слабых кислот (Н2СО3, СН3СООН);

с содержанием сильных кислот (HCl, HNO3);

с содержанием серной и сернистой кислоты.

Для нейтрализации первых двух типов СВ может быть применен любой названный выше реагент. Соли данных кислот способны хорошо растворяться в воде.

Кальциевые соли СВ последнего типа практически не растворимы в воде и выпадают в осадок.

Нейтрализацию СВ известью проводят в гидравлических смесителях различных типов: дырчатых, перегородчатых, вихревых, с механическими мешалками или барботажных. Дозирование Са(ОН)2 осуществляется в виде сухого порошка или в виде известкового молока.

Нейтрализации щелочных СВ проводят различными кислотами или кислыми газами.

Нейтрализацию фильтрованием кислых вод осуществляют через нейтрализующие материалы такие как: магнезит, доломит, известняк, твердые отходы (шлак, зола). Процесс проводится в фильтрах-нейтрализаторах.

Нейтрализация кислыми газами щелочных вод проводят отходящими газами, содержащими СО2, SO2, NO2 и др. Используя кислые газы для нейтрализации, возможно осуществить очистку щелочные СВ, а также произвести очистку самих газов от вредных компонентов.

Процессы нейтрализации проводят в реакторах с мешалкой, в распылительных, пленочных и тарельчатых колоннах.

При реагентной очистке могут применяться окислители и восстановители для перевода ЗВ в необходимую форму.

Применяют обычно следующие окислители: Cl2, Сa(ClO)2, NaClO, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2, O3 и др.

Результатом химического окисления является переход токсичных загрязнений в менее токсичные, которые удаляют из воды. На очистку окислителями требуется большой расходом реагентов, и применение ее обосновано тогда, когда вещества, загрязняющие СВ, нецелесообразно или нельзя извлечь другими способами. Например, очистка от цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.

Очистку восстановлением используют, когда СВ содержат легко восстанавливаемые вещества, например соединения ртути, хрома или мышьяка.

Для удаления из СВ ионов тяжелых металлов (Hg2+, Cr6+, Cd2+, Zn2+, Pb2+, Cu2+, Ni2+, As2+ и др.) наиболее широко применяют реагентные методы, суть которых заключается в переводе растворимых в воде веществ в нерастворимые, добавляя различные реагенты, с последующим отделением их от воды в виде осадков. Недостаток - безвозвратная потеря ценных веществ с осадками.

Реагентами для удаления из СВ ионов тяжелых металлов могут быть Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3, Na2S, а также различные отходы (шлаки).

Наиболее широко применяют Ca(OH)2. Металлы осаждаются в виде гидроксидов. Процесс проводят при различных значениях рН, зависящих от природы металлов (рН гидратообразования).

Несмотря на то, что в СВ могут содержать катионы нескольких металлов, применять для удаления каждого из них специфического осадителя невозможно. Поэтому СВ обрабатывают обычно Ca(OH)2, с помощью которого одновременно идет осаждение катионов тяжелых металлов в виде гидроксосолей, гидроксидов и карбонатов. Совместное осаждение нескольких металлов позволяет достить наиболее высоких показателей осаждения.

Использование щелочных реагентов для обработки СВ позволяет снизить содержание тяжелых металлов до величин, сопоставимых с ПДК для водоемов санитарно-бытового пользования. Если необходима более глубокая очистка (например, сброс в рыбохозяйственные водоемы), то использование щелочных реагентов не дает необходимого эффекта.

Сульфид натрия позволяет провести более глубокую очистку СВ от тяжелых металлов. Это связано с тем, что растворимость сульфидов тяжелых металлов значительно меньше растворимости любых других труднорастворимых соединений. Кроме того, осаждение сульфидов происходит при более низком значении рН, чем гидроксидов и карбонатов.

Недостатком является образование большого количества труднообезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое количество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснабжении.



5. Технологическая схема малоотходного производства Zn и ФОС

стальных изделий и локальной очистки сточных вод и воздуха

Технологическая схема процессов представлена на новой странице.

Исходная деталь поступает в гальванический цех для цинкования, где происходит ее монтаж на подвесы. Для удаления пленки жира деталь подвергают химическому обезжириванию в ванне, далее деталь поступает в ванну промыки, сначала в теплую воду в проточной ванне, а затем холодную. Промывку проводят в течение 1 минуты, путем погружения детали в ванну промывки.

Затем деталь подвергают травлению в ванне , с целью удаления окалины, ржавчины и оксидов с поверхности. После травления деталь промывают в холодной воде в каскадной ванне, путем их погружения в воду в течение 1 минуты.

Для нейтрализации кислоты деталь погружают в ванну нейтрализации, и затем промывают в холодной водой в каскадной ванне, путем ее погружения в воду в течение 1 минуты.

После подготовительных операций деталь поступает в ванну цинкования, в которой происходит нанесение основного покрытия. Затем деталь промывается в ванне-уловителе, с целью уменьшения потерь электролита и последующего его использования. Затем детали промывают холодной водой в каскадной ванне путем их погружения в воду на 1 минуту.

После промывки детали поступают в ванну хроматирования, с целью повышения защитных свойств основного покрытия и улучшения товарного вида. Затем детали промывается сначала холодной водой в каскадной ванне, а затем теплой водой в проточной ванне, для облегчения процесса сушки.

Заключительными операциями являются сушка в сушильном шкафу, путем обогрева теплым воздухом, и демонтаж с подвесов.

Фосфатирование имеет схожую последовательность операции с цинкованием, состав ванн и режим проведения между собой отличаются.

1 - монтаж; 2 - ванна обезжиривания; 3 - ванна промывки; 4 - ванна травления; 5 - ванна нейтрализации; 6 - ванна цинкования; 7 - ванна-уловитель; 8 - ванна хроматирования; 9 - сушильный шкаф; 10 - демонтаж; 11 - ванна фосфатирования; 12 - вентиль запорный; 13 - вентиль регулирующий; 14 - расходомер; 15 - конденсатоотводчик; 16 - вертикальный отстойник; 17 - емкость; 18 - реактор; 19 - барабанный вакуум-фильтр; 20 - электрокоагулятор; 21 - фильтр-пресс; 22 - электродиализатор; 23 - катионообменный фильтр; 24 - анионообменный фильтр

Рисунок 5.1 - Технологическая схема

Деталь поступает на монтаж, затем проводится обезжиривание, далее промывают в теплой и холодной воде, дальше проводят травление и промывку в холодной воде в каскадной ванне, следующим шагом проводят нейтрализацию, а после промывки в теплой и холодной воде. После проведенных операций деталь отправляется в ванну фосфатирования, затем в ванну-уловитель и каскадную промывку в холодной воде, далее проводят хроматирование и промывки в каскадной ванне холодной водой и в ванной с теплой водой. Последними операциями деталь сушат и проводят демонтаж.

Очистка кислотно-щелочных стоков происходит следующим образом. Концентрированные стоки кислот и щелочей поступают в отдельные емкости, по заполнению которых стоки сливают в емкость с кислотно-щелочными стоками промывок. Далее воды поступают в реактор, где воды доводят до необходимого значения рН. Следующим шагом воды поступают в электрокоагулятор, где растворяются алюминиевые электроды и происходит осаждение тяжелых металлов. Дальше воды проходят барабанный вакуум-фильтр, который обеспечивает дополнительную очистку от тяжелых металлов. Осадок от вакуум-фильтра и электрокоагулятора отправляется в отвал. Заключительной стадией СВ проходит электродиализатоор и направляется на повторное использование, а кислотный и щелочной экстракты собираются в емкость, где их доводят до необходимого значения рН и сбрасывают в канализацию.

Очистка цианидных стоков проводится реагентной очисткой. Все стоки попадают в реактор, где к ним добавляют гипохлорит. После реакции разложения цианидов СВ направляется в вертикальный отстойник, в котором она делится на стоки сбрасываемые в канализацию и шлам. Шламовые воды после накопления в емкости попадают в барабанный вакуум-фильтр, после которого образуется осадок в производство и вода, сбрасываемая в канализацию. Для уменьшения негативного влияния на окружающую среду предусмотрена установка катионообменного и анионообменного фильтров. После фильтрации этими фильтрами воду возможно использовать в оборот, на нужды производства. Образующиеся кислотно-щелочные стоки при регенерации фильтров направляются в емкость накопления кислотно-щелочных стоков и подвергаются очистке.

Очистка хромсодержащих стоков идет две стадии. Сначала шестивалентный хром востанавливается при помощи сульфата железа до трехвалентного. На второй стадии добавляют щелочь, переводят трехвалентный хром в гидроксид хрома (III), нерастворимое в воде соединение. После очистки от хрома СВ поступает в фильтр-пресс, где гидроксид хрома (III) отделяют, а осветленная вода поступает в емкость кислотно-щелочных стоков для возврата в оборот.

Очистка воздуха рабочей зоны осуществляется бортовыми отсосами и приточно-вытяжной вентиляцией, большая часть веществ, которые могут принести вред рабочему, удаляются бортовыми отсосами. Испарения из ванны засасываются им, после стоит фильтр очистки воздуха. Далее воздух по каналу вентилятором выбрасывается в атмосферу. К этой системе подключены все ванны на производстве, которые могут быть потенциально опасны для рабочего. Принципиальная схема приведена на рисунке ниже.

1 - бортовой отсос; 2 - фильтр; 3 - вентилятор

Рисунок 5.2 - Схема очистки воздуха



6. Расчет материального баланса по технологическим процессам

6.1 Цианидное цинкование

6.1.1 Расчет гальванической линии [1]

Годовая программа цинкования составляет 23000 м2 стальных деталей II группы сложности профиля, режим работы гальванического цеха двухсменный (действительный годовой фонд времени работы оборудования при работе в две смены с учетом потерь составляет 3810 ч); толщина 6-9 мкм, средняя толщина покрытия 8 мкм с хроматной пассивацией. Допустимое количество бракованных изделий составляет 2 %. Составы растворов и соответствующие технологические режимы приведены ранее.

Расчет продолжительности цинкования:

, (6.1)

где - толщина покрытия, мкм;

- удельный вес осаждаемого металла, г/см3 (7,13 г/см3);

- плотность тока, А/м2;

g - электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/(А·ч)

();

ВТ - выход металла по току, %;

60 - коэффициент перевода часов в минуты.

.

Количество ванн каждого вида покрытий и других лимитирующих (по времени выдержки деталей в них) технологических операций определяют по формуле:

, (6.2)

где N - количество ванн (округляется до целого числа в большую сторону);

S - годовая программа, м2;

- продолжительность процесса в ванне, мин;

- продолжительность загрузки - выгрузки ванн, мин;

n - количество рядов катодных штанг в ванне при обработке деталей на подвесках, шт;

f - единовременная загрузка ванны, м2;

- действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

- коэффициент загрузки линии или ванны.

Лимитирующей операцией является цинкование, поэтому расчет количества ванн проводим только для этой операций, количество остальных ванн принимаем по одной для каждой операции.

Для рассматриваемой линии выбираем ванну с внутренними размерами 1000 Ч 500 Ч 800 мм, длина катодной штанги 1,0 м, единовременная загрузка ванны 0,7 м2. Действительный годовой фонд времени работы автоматизированного оборудования при двухсменной работе составляет 3810 ч. Коэффициент загрузки ванн принимаем 0,8.

Подставляем принятые значения в формулу и определяем количество ванн цинкования:



принимаем

После определения количества ванн рассчитаем ритм Ri работы по каждой i-й лимитирующей операции (мин/загрузку) по формуле:

, (6.3)

где - продолжительность процесса в ванне, мин;

- продолжительность загрузки - выгрузки ванн, мин;

- коэффициент загрузки линии или ванны;

N - количество ванн, шт.

Ритм работы по операции цинкования

Исходя из ритма работы линии определяют производительность F линии (м2/ч) определяют по формуле:

, (6.4)

где f - единовременная загрузка ванны, м2;

- ритм работы линии цинкования.

С учетом заданной возможной величины брака 2 %, производительность линии цинкования по нанесению годных покрытий будет меньше производительности ванн цинкования на величину брака:

(6.5)

.

6.1.2 Расчет годового расхода анодов и химикатов [1]

Расход растворимых анодов определяется полезным расходом металла, идущего на покрытие деталей с учетом брака, технологически неизбежными потерями и технологическими отходами:

(6.6)

где - расход растворимых анодов, г;

- покрываемая поверхность (годовая программа), м2;

- толщина покрытия, мкм;

- удельный вес анодного материала, г/см3;

- величина брака, %;

- технологически неизбежные потери металла (кроме серебра и золота) из-за покрытия неизолированных частей подвесок или катодных контактов в колоколах и барабанах, шламообразования анодов и угара при переплавке, г;

- технологические отходы, образующиеся в виде неиспользуемых остатков анодов и в виде стружки при сверлении отверстий, г.

Технологически неизбежные потери и технологические отходы в сумме составляют 6 % от полезного расхода металла, поэтому расход растворимых анодов составляет:

, (6.7)

Расход растворимых цинковых анодов составляет

Расход химикатов (компонентов технологических растворов) обусловлен их полезным расходом на образование покрытия, технологически неизбежными потерями, сменой отработанных растворов и приготовлением растворов при первичном запуске оборудования:

, (6.8)

где - годовой расход химикатов, г;

- полезный расход химикатов на образование покрытия, г;

- технологически неизбежные потери химикатов, г;

- расход химикатов при замене отработанного раствора, г;

- расход химикатов на приготовление растворов при первичном запуске оборудования, г.

Технологически неизбежные потери включают в себя:

уменьшение содержания компонентов за счет химического взаимодействия с материалом деталей, продуктами коррозии и жировыми загрязнениями;

унос растворов деталями и приспособлениями при выгрузке их из ванны;

унос растворов в виде аэрозолей и капель в вентиляционные каналы для вентилируемых ванн;

потери при фильтрации растворов и чистке ванн;

потери при приготовлении и корректировании растворов;

потери при регенерации электролитов под током.

Технологически неизбежные потери химиката рассчитывают по формуле:

, (6.9)

где Н - норматив технологически неизбежных потерь, л/м2;

К - поправочный коэффициент;

S - годовая программа нанесения покрытия, м2/год;

б - количество бракованных покрытий, %;

с0 - концентрация химиката в технологическом растворе, г/л.

Нормативы технологически неизбежных потерь (Н) зависят от сложности профиля деталей и характеристики оборудования и установлены в л раствора на 1 м2 при обработке II группы сложности на подвесках в стационарных ваннах, а в других случаях умножаются на поправочные коэффициенты.

Расход химикатов при замене отработанного раствора (Рсм, кг/год) определяют по формуле:

, (6.10)

где Рсм - расход химиката при замене раствора, кг/год;

с - концентрация химиката в технологическом растворе, кг/л;

S - годовая программа нанесения покрытия, м2/год;

- величина брака, %;

Ксм - удельная работоспособность технологических растворов.

Расход химикатов на приготовление растворов при запуске оборудования определяют на основании рабочего объема ванны и рецептурного содержания компонентов по формуле:

, (6.11)

где - расход химиката при запуске оборудования, кг;

с0 - максимальная концентрация химиката в технологическом растворе, г/л;

V - объем ванны, л.

При нанесении покрытий из цианистых растворов полезный расход и технологически неизбежные потери цианистого натрия рассчитывают по формуле:

(6.12)

Норматив расхода цианистого натрия рассчитывают по формуле:

(6.13)

где - норматив расхода цианистого натрия, г/м2;

- концентрация цианистого натрия в электролите, г/л;

- средняя толщина покрытия, мкм;

- потери электролита за счет уноса с деталями и приспособлениями, л/м2, = 0,090 л/м2;

- потери электролита при корректировании, фильтровании и анализе, л/м2, = 0,05 л/м2;

- потери цианистого натрия за счет окисления на аноде и карбонизации при нанесении покрытия 1 м2 толщиной 1мкм, г/(м2 ·мкм), = 2,95 г/(м2 мкм);

- потери электролита за счет уноса в вентиляцию, л/(м2· мкм), = 0,015 л/(м2· мкм).

NaCN

.

Годовой расход реагентов по операциям рассчитаем по формулам (6.8 - 6.11):

Na3PO4

,

,

,

.

Годовой расход реагентов по всем операциям представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Годовой расход реагентов для нанесения покрытий

Операция	Реагент	, кг/год	кг/год	кг/год	кг/год
Обезжиривание	Na3PO4	220,52	187,68	3,2	411,40
	NaOH	661,57	561,04	9,6	1234,21
	Na2SiO3	441,05	375,36	6,4	822,81
	обезжиривтель ДВ-301	37,49	31,91	0,54	69,94
Травление	Н2SO4	4410,48	6256	64	10730,48
	ингибитор КИ-1	88,21	125,12	1,28	214,61
Нейтрализация	Na2CO3	602,45	502,04	17,12	1121,62
Цинкование	Zn(OH)2	65,69	6,59	4,48	76,74
	NaOH	287,52	28,15	19,2	328,87
	Na2SO4	5,86	0,59	0,4	6,85
	NaCN				706,146
Пассивация	K2Cr2O7	1970,64	5474	56	7500,64
	H2SO4	35,19	312,8	3,2	351,19

6.1.3 Расчет расхода воды на промывку [15]

После обезжиривания (схема промывки Т - П - П) расход воды на промывку рассчитывается по формуле:

(6.14)

где Q - расход воды на промывку, л/ч;

2 - количество одинарных ванн промывки;

q - удельный вынос (унос) раствора, л/м2 (q=0,2 л/ м2);

F - площадь обрабатываемой поверхности в единицу времени (производительность линии или технологической ванны), м2/ч;

К - кратность разбавления.

Кратность разбавления определяется по формуле:

(6.15)

где с0 - концентрация отмываемого компонента в технологической ванне, г/л;

сn - предельная концентрация отмываемого компонента в последней (по ходу движения деталей) ступени промывки, г/л).

Концентрации всех компонентов в ваннах обезжиривания и осветления пересчитывают на общую щелочность едкого натра, используя коэффициенты пересчета: 0,315 для тринатрийфосфата, 0,656 для жидкого стекла, 0,755 для кальцинированной соды.

с0=30+100,315+200,656=46,27 г/л;

с0=53,50,755=40,3925 г/л;

.

Расход воды на промывку представлен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Расход воды на промывку

Операция	Схема промывки	Формула для расчета	Расход воды , л /ч
Обезжиривание	Т - П - П		60
Травление	Т - 2КП		80
Нейтрализация	Т - 2KП		40
Цинкование	Т - У - 2КП		60
Пассивации	Т - 2КП- П		70
Суммарный расход воды	310

Умножим суммарный расход воды на действительный годовой фонд времени:

.

Рассчитаем массу воды:

.

6.1.4 Расчет материального баланса цианидного цинкования [16]

Годовой расход реагентов представлен в таблице 6.1.

Годовой унос реагентов из технологической ванны с деталями рассчитывается по формуле:

, (6.16)

Na3PO4

Материальный баланс процесса цианидного цинкование приведен в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Материальный баланс процесса цианидного цинкования

Приход	Расход
Статья баланса	кг/год	%	Статья баланса	кг/год	%
1	2	3	4	5	6
Обезжиривание
NaOH	1234,21	0,102	NaOH	1096,21	0,091
			Унос NaOH	138	0,011
Na3PO4	411,40	0,034	Na3PO4	365,40	0,030
			Унос Na3PO4	46	0,004
Обезжириватель ДВ-301	69,94	0,006	Обезжириватель ДВ-301	62,12	0,005
			Унос обезжиривателя ДВ-301	7,82	0,001
Na2SiO3	822,81	0,068	Na2SiO3	730,81	0,061
			Унос Na2SiO3	92	0,007
Травление
Н2SO4	10730,48	0,889	Н2SO4	9810,48	0,813
			Унос Н2SO4	920	0,076
Ингибитор КИ-1	214,61	0,018	Ингибитор КИ-1	196,21	0,016
			Унос ингибитора КИ-1	18,4	0,002
Нейтрализация
Na2CO3	1121,62	0,093	Na2CO3	875,52	0,073
			Унос Na2CO3	246,1	0,020
Цинкование
Zn(OH)2	76,74	0,006	Zn(OH)2	12,34	0,001
			Унос Zn(OH)2	64,4	0,005
NaOH	328,87	0,027	NaOH	52,87	0,004
			Унос NaOH	276	0,023
NaCN	706,146	0,058	NaCN	567,146	0,049
			Унос NaCN	115	0,009
Na2SO4	6,85	0,001	Na2SO4	1,10	0,0002
			Унос Na2SO4	5,75	0,0008
Пассивация
K2Cr2O7	7500,64	0,622	K2Cr2O7	6695,64	0,555
			Унос K2Cr2O7	805	0,067
H2SO4	351,19	0,029	H2SO4	305,19	0,025
			Унос H2SO4	46	0,004
Растворимые аноды	1418,45	0,118	Масса покрытия	1333,34	0,111
			Технологически неизбежные потери и отходы от растворимых анодов	85,11	0,007
Вода	1181100	97,928	Вода	1181100	97,928
Итого:	1206093,953	100	Итого:	1206093,953	100

6.1.5 Расчет материального баланса процесса очистки циансодержащих сточных вод [1]

При обезвреживании циансодержащих СВ хлорной известью протекает реакция:

4NaCN + 2CaOCl2 + O2(из воздуха) = 2Ca(CNO)2 + 4NaCl 6.17

Так как гипохлорит кальция берется в избытке (б = 1,2 - 1,25), то реакция протекает следующим образом:

2NaCN + CaOCl2 + 2O2(из воздуха) = CaO + N2 + 2CO2 + 2NaCl 6.18

Образующийся оксид кальция взаимодействует с водой:

CaO + H2O = Ca(OH)2 6.19

Используя формулу:

, (6.20)

где - масса первого и второго веществ соответственно, кг;

- молярная масса первого и второго веществ соответственно, кг/кмоль.

Рассчитаем массы веществ, участвующих в реакции, и продуктов. Расчет представим в виде таблицы 6.4.

Таблица 6.4 - Расчет веществ, участвующих в реакциях, и продуктов

Вещество	Молярная масса, кг/кмоль	Число моль по реакции	Масса, кг
NaCN СaOCl2 CaOCl2(изб) б=1,2 O2 CaO N2 CO2 NaCl H2O Ca(OH)2	49 126 32 56 28 44 58 18 74	2 1 2 1 1 2 2 1 1	115 146,41 173,292 73,35 64,18 34,09 102,86 132,95 25,261 86,121

Материальный баланс процесса очистки циансодержащих СВ представлен в виде таблицы 6.5.

Таблица 6.5 - Материальный баланс процесса очистки циансодержащих СВ

Приход	Расход
Статья баланса	кг/год	%	Статья баланса	кг/год	%
NaCN СaOCl2 O2 H2O	115 173,292 73,350 25,261	29,72 44,79 18,96 6,53	Ca(OH)2 N2 CO2 NaCl СaOCl2	86,121 34,090 102,860 132,950 30,882	22,26 8,81 26,58 34,37 7,98
Итого:	386,903	100	Итого:	386,903	100

6.2 Фосфатирование

6.2.1 Расчет гальванической линии

Годовая программа фосфатирования составляет 23000 м2 стальных деталей II группы сложности профиля, режим работы гальванического цеха двухсменный (действительный годовой фонд времени работы оборудования при работе в две смены составляет 3810 ч, с учетом потерь); толщина 4-6 мкм, средняя толщина покрытия 5 мкм с хроматной пассивацией. Допустимое количество бракованных изделий составляет 2 %. Продолжительность фосфатирования принимаем 10 мин. Составы растворов и соответствующие технологические режимы приведены ранее.

Лимитирующей операцией является фосфатирование, поэтому расчет количества ванн проводим только для этой операций, количество остальных ванн принимаем по одной для каждой операции.

Для рассматриваемой линии выбираем ванну с внутренними размерами 1000 Ч 500 Ч 800 мм, единовременная загрузка ванны 0,7 м2. Действительный годовой фонд времени работы автоматизированного оборудования при двухсменной работе составляет 3810 ч. Коэффициент загрузки ванн принимаем 0,8.

Подставляем принятые значения в формулу (6.2) и определяем количество ванн фосфатирования:

принимаем

После определения количества ванн рассчитаем ритм Ri работы по формуле (6.3):



Исходя из ритма работы линии определяют производительность F линии (м2/ч) определяют по формуле (6.4):

С учетом заданной возможной величины брака 2 %, производительность линии фосфатирования по нанесению годных покрытий будет меньше производительности ванн фосфатирования на величину брака:

.

6.2.2 Расчет годового расхода химикатов [1]

Расход химикатов (компонентов технологических растворов) ведется по формулам (6.8-6.11):

H2SO4

,

,

,

.

Годовой расход реагентов по всем операциям представлен в таблице 6.6.



Таблица 6.6 - Годовой расход реагентов для нанесения покрытий

Операция	Реагент	, кг/год	кг/год	кг/год	кг/год
Обезжиривание	средство моющее Лабомид	551,31	469,2	8	1028,51
Травление	Н2SO4	3859,17	5474	56	9389,17
	ингибитор КИ-1	88,21	125,12	1,28	214,61
Нейтрализация	Na2CO3	380,05	844,56	14,4	1239,01
	хозяйственное мыло	190,03	422,28	7,2	619,51
Фосфатирование	H3РО4	2322,54	1683	26,4	4031,94
	ZnO	450,43	326,4	5,12	781,95
	NaNO2	42,23	30,6	0,48	73,31
Пассивация	K2Cr2O7	879,75	1005,43	24	1909,18

6.2.3 Расчет расхода воды на промывку [15]

Расход воды на промывку рассчитывается по формулам (6.14-6.15). Для стадии обезжиривания расход составит:

.

Расход воды на промывку представлен в таблице 6.7.

Таблица 6.7 - Расход воды на промывку

Операция	Схема промывки	Формула для расчета	Расход воды , л /ч
Обезжиривание	Т - П - П		35
Травление	Т - 2КП		75
Нейтрализация	Т - П - П		65
Фосфатирование	Т - У - 2КП		45
Пассивации	Т - 2КП- П		50
Суммарный расход воды	270



Умножим суммарный расход воды на действительный годовой фонд времени:

.

Рассчитаем массу воды:

.

6.2.4 Расчет материального баланса операции фосфатирование [16]

Площадь единовременной загрузки ванны , площадь одной детали примем . Тогда число деталей в ванне при одной загрузке будет равно .

Толщина покрытия 5 мкм, тогда объем фосфатов, осадившихся на одной детали рассчитаем по формуле:

, (6.21)

где - толщина покрытия, м.

.

Массу фосфатов, осадившихся на детали, рассчитаем по формуле:

, (6.22)

где - плотность фосфата цинка, кг/м3.



кг.

Учитывая формулы (2.21-2.23) и состав электролита, реакция образования фосфатного покрытия будет выглядеть следующим образом:

Zn2+ + 2H3PО4 > Zn(Н2РО4)2 + Н2 6.22

Zn2+ + Zn(Н2РО4)2 > ZnНРО4 + Н2 6.24

Zn2+ + 2 ZnНРО4 > Zn3(РО4)2 + Н2 6.25

Общей реакцией является:

4Zn2+ + 4H3PО4 > Zn3(РО4)2 + 4Н2 6.25

По формуле (6.20) произведем расчет материального баланса операции фосфатирование и представим данные в виде таблицы 6.8.

Таблица 6.8 - материальный баланс по операции фосфатирование

Приход	Расход
Статья баланса	г/0,4 м2	%	Статья баланса	г/0,4 м2	%
Zn2+	5,39	39,88	Zn3(РО4)2	7,99	97,97
H3PО4	8,12	60,12	H2	0,17	2,03
Итого:	13,51		Итого:	8,16

Расчет относительной ошибки материального баланса по операции фосфатирование можно рассчитать по формуле:

, (6.26)

где - суммарный приход, г/0,4 м2;

- суммарный расход, г/0,4 м2.

%.

Большая относительная ошибка получается вследствие того, что в процессе фосфатирования использовались ионы цинка, а не соединение ZnO, не учтен анион О2- и соединение, которое он образует.

6.2.5 Расчет материального баланса фосфатирования [16]

Годовой расход реагентов представлен в таблице 6.6.

Годовой унос реагентов из технологической ванны с деталями рассчитывается по формуле (6.16):

H2SO4

Материальный баланс по процессу приведен в таблице 6.9.

Таблица 6.9 - Материальный баланс процесса фосфатирование

Приход	Расход
Статья баланса	кг/год	%	Статья баланса	кг/год	%
1	2	3	4	5	6
Обезжиривание
Средство моющее Лабомид	1028,51	0,1	Средство моющее Лабомид	913,51	0,09
			Унос средства моющего Лабомид	115	0,01
Травление
Н2SO4	9389,17	0,9	Н2SO4	8584,17	0,82
			Унос Н2SO4	805	0,08
Ингибитор КИ-1	214,64	0,02	Ингибитор КИ-1	196,21	0,019
			Унос ингибитора КИ-1	18,4	0,001
Нейтрализация
Na2CO3	1239,01	0,12	Na2CO3	1032,01	0,1
			Унос Na2CO3	207	0,02
Хозяйственное мыло	619,51	0,06	Хозяйственное мыло	516,01	0,05
			Унос хозяйственного мыла	103,5	0,01
Фосфатирование
H3РО4	4031,94	0,38	H3РО4	3185,52	0,3
			Унос H3РО4	379,5	0,04
			Расход H3РО4	466,92	0,04
ZnO	781,95	0,07	Прочие потери	239,05	0,023
			Унос ZnO	73,6	0,007
			Zn3(РО4)2	459,77	0,044
			H2	9,53	0,001
NaNO2	73,31	0,01	NaNO2	66,41	0,006
			Унос NaNO2	6,9	0,001
Пассивация
K2Cr2O7	1909,18	0,18	K2Cr2O7	1564,19	0,15
			Унос K2Cr2O7	345	0,03
Вода	1028700	98,16	Вода	1028700	98,16
Итого:	1047987,22	100	Итого:	1047987,19	100

6.3 Расчет очистки воздуха [16]

Воздух рабочей зоны составляет очень важную составляющую при производстве деталей. Для того чтобы не допустить ухудшение состояние здоровья рабочего, воздух в помещении должен соответствовать требованиям.

У ванн с растворами, которые могут выделять опасные соединения, устанавливают бортовые отсосы. На основании литературных источников по формуле ниже рассчитано удаляемое количество воздуха.

, (6.27)

где - внутренняя ширина ванны, м;

- внутренняя длина ванны, м;

- расстояние от зеркала раствора до борта ванны, м;

- коэффициент, учитывающий разность температур раствора и воздуха в помещении;

- коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ;

- коэффициент, учитывающий тип отсоса;

- коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание;

- коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора поплавками;

- коэффициент, учитывающий укрытие зеркала раствора пенным слоем путем введения ПАВ.

Для одной ванны химического обезжиривания линии цинкования количество удаляемого воздуха составит:

м3/ч

В таблице (6.9) представлены результаты расчетов объема удаляемого воздуха, а также аппарат для очистки воздуха.

Таблица 6.10 - Объем удаляемого воздуха и аппарат для его очистки

	Операция	Объем удаляемого воздуха, м3/ч	Аппарат
Цинкование	Обезжиривание	865	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Травление	1190	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Нейтрализация	825	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Цинкование	1205	фильтр-туманоуловитель ФВГ-С-Ц
	Хроматирование	295	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
Фосфатирование	Обезжиривание	945	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Травление	1190	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Нейтрализация	825	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Фосфатирование	785	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т
	Хроматирование	985	фильтр-туманоуловитель ФВГ-Т



7. Расчет электрокоагулятора [17]

Доза коагулирующего иона подбирается экспериментально. Примем Д=60 г/м3. Часовой расход алюминия, который необходимо ввести в обрабатываемую воду:

, (7.1)

где - расход кислотно-щелочных СВ, м3/ч.

г/ч.

Сила тока, обеспечивающая растворение алюминия:

, (7.2)

где - электрохимический эквивалент алюминия, г/А ( г/А);

- выход алюминия по току, ().

А.

Рабочая поверхность анодов определяется из условия оптимальной плотности тока ( А/м2):

, (7.3)

м2.

Необходимая толщина анодов с учетом их износа:

, (7.4)

где - удельный вес алюминия, т/м3; - расчетная продолжительность работы одного пакета электродов, сут.

м.

Принимаем толщину анодов 6 мм. Принимаем размеры пластин электрода в соответствии с конструкцией электролизера:

, (7.5)

где - ширина электрода, м ( м); - высота электрода, м ( м).

м2.

Общее количество анодов:

, (7.6) шт.

Общее количество электродов:

, (7.7)

шт.

Ширина электролизера:



, (7.8)

где - расстояние между электродом и корпусом электролизера, м ( м).

м.

Длина электролизера:

, (7.9)

где - расстояние между электродами, м ( м);

- количество электродов в одном аппарате.

м.

Высота электролизера:

, (7.10)

где - расстояние от электрода до дна, м;

- расстояние от электрода до поверхности воды, м.

м.

Строительная высота:

, (7.11)

м.



Объем воды в электролизере:

, (7.12)

м3/ч.

Время пребывания воды в электролизере:

, (7.13)

ч.

Скорость потока воды в электролизере:

, (7.14)

м/ч.

Требуемая мощность:

, (7.15)

кВт.

Удельный расход электроэнергии:

, (7.16)

кВтч/м3.

Количество аппаратов:

, (7.17)

шт.



8. Основные аппараты процесса цинкования, фосфатирования, процессов утилизации и регенерации сточных вод

8.1 Технологическая ванна [13]

От назначения ванны возможно применение различных типов корпусов ванн. Корпус ванны, показанный на рисунке 8.1, используется для таких технологических операций как: электролитичекое нанесение покрытия, травление, улавливание, декапирование, пассивирование, осветление, оксидирование, окрашивание алюминия, нейтрализация, химическое и электрохимическое полирование, удаление некачественных покрытий, и др.

Для холодных и горячих промывок, химического и электрохимического обезжиривания, травления алюминия используют ванны на корпусе которых есть карман (рисунок 8.2).

Корпуса ванн, показанных на рисунках 8.3 и 8.4, предназначены для ванн двух- и трехступенчатой противоточной промывки.

Вода, в ванны многоступенчатой противоточной промывки, поступает в последнюю секцию, которая наиболее удалена от кармана, и переливается в следующую секцию до тех пор, пока не достигнет кармана, а из него вода попадает на очистку. Промывка деталей осуществляется навстречу потоку воды, т. е. сначала деталь попадает в наиболее «грязную» секцию, которая расположена рядом с карманом, далее в следующую и так до тех пор, пока не попадает в последнюю «чистую» секцию. Применение противоточной каскадной промывки сокращает расход воды.

Рисунок 8.1 - Корпус ванны без кармана



Рисунок 8.2 - Корпус ванны с карманом

Рисунок 8.3 - Корпус ванны двухкаскадной промывки

Рисунок 8.4 - Корпус ванны трехкаскадной промывки

Корпуса ванн для холодной промывки, декапирования, цинкования, улавливания, осветления, пассивирования изготовляют из Ст3.

Внутренние стенки ванн желательно футеровать винипластом или пластикатом, что предохраняет растворы ванн от попадания в них загрязнений материала стенок.

Изготовление корпусов ванн для операций обезжиривания и горячей промывки производят сталью 12Х18Н10Т. Футеровка у данных ванн не требуется.

Добавка в сталь титана предохраняет ее от межкристаллитной коррозии, наиболее опасного вида коррозии, которая, не разрушая зерен металла, продвигается внутрь по их менее стойким границам. Почти не оставляя следов на поверхности, эта коррозия может привести к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции.

Из всех относительно доступных металлов титан наиболее коррозионностоек. Сравнительно высокая его стоимость оправдывается большим экономическим эффектом, химической стойкостью его к воздействию различных сред.

Процессом футеровки называется облицовка внутренних поверхностей корпусов гальванических ванн химически стойкими материалами, которые не только защищают стенки ванн от разрушения, но и предохраняет раствор от загрязнений продуктами растворения материала стенок.

Материал футеровки выбирают исходя от физических свойств раствора (агрессивность электролита, температура), а также размеров ванны и других эксплуатационных условий.

Для футеровки активно используют пластмассовые или металлические материалы, резину или керамическую плитку. В настоящее время наибольшее применение в практике защиты корпусного гальванического оборудования находят пластмасса и металл, защищенный от коррозии, а также резина. Объясняется это менее трудоемкой по сравнению с облицовкой керамической плиткой технологией нанесения покрытия, позволяющей применять средства механизации при подготовке поверхности и нанесении покрытия, менее строгими требованиями к жесткости корпуса ванны, а также есть возможность защитить оборудование, которое имеет не только плоские внутренние поверхности.

В гальванических цехах для нагрева растворов в ваннах используют в качестве теплоносителя насыщенный и перегретый пар, электроэнергию, горячую воду.

Для нагрева растворов в ваннах теплоносителем может быть насыщенный и перегретый пар, электроэнергия, горячая вода. При рабочих температурах растворов 80-90 °С и ниже применение насыщенного пара является предпочтительным, так как такой способ нагрева является наиболее дешевым и безопасным. Нагревателем является паровой змеевик. Он может быть изготовлен из углеродистой стали, коррозионностойкой хромоникелевой стали. Располагаться может у боковой стенки ванны, боковой змеевик, (рисунок 8.5) или на дне ванны, донный змеевик, (рисунок 8.6).

Рисунок 8.5 - Боковой змеевик

Рисунок 8.6 - Донный змеевик

Разновидностью нагрева раствора является нагрев пароводяной рубашкой (рисунок 8.7). При таком способе нагрева раствора пар и вода поступают в тройник 3 одновременно, смешиваются в нем и в барботер 4 поступает горячая вода, которая через отверстия попадает в рубашку и нагревает в ней воду. Верхний, более холодный слой воды при этом сливается в канализацию через патрубок 12 к воронку 11. Сечение патрубка 12 принимается примерно в 4 раза большим, чем диаметр барботера. Отверстии в барботере расположены несколькими группами. Диаметр этих отверстий в небольших по длине ваннах принимается 2-4 мм, а в более длинных ваннах 3-6 мм. Диаметр этих отверстий увеличивается по мере их удаления от начала барботера. Для более равномерного нагрева водяной рубашки барботер может иметь две параллельные трубы, расположенные под дном ванны 2.

Пароводяная рубашка нагревает ванну медленнее, чем паровой змеевик. Однако при правильно выбранном объеме она гораздо точнее поддерживает заданную температуру раствора в рабочей ванне. Объем рубашки должен составлять 40-60 % от объема раствора в рабочей ванне, а уровень растворов в обеих ваннах принимается примерно одинаковым или немного большим в рубашке. Температуру раствора в ванне хромирования при таких соотношениях можно поддерживать с точностью ±1 °С.

1 - внешняя ванна; 2 - рабочая ванна; 3 - тройник; 4 - барботер; 5 - патрубок слива воды из рубашки; 6 - ножка ванны; 7, 10 - обвязка уголков; 8 - ножка рабочей ванны; 9 - опора; 11 - воронка; 12 - патрубок

Рисунок 8.7 - Ванна с пароводяной рубашкой

8.2 Электрокоагулятор [18]

Электрокоагуляторы могут быть горизонтальными или вертикальными. Он обычно представляет корпус прямоугольной или цилиндрической формы, в который находится электродная система - ряд электродов. СВ протекает между электродами, которые могут располагаться по вертикали, а по форме бывают плоскими и цилиндрическими. Соединение с электродами осуществляется двумя токопроводящими медными шинами, крепящиеся к корпусу. При растворении алюминиевых анодов вода обогащается ионами Al3+, которые под действием растворенного в воде кислорода переходит в гидроксид.

Простейший электрокоагулятор представляет собой проточный резервуар с внутренним диэлектрическим покрытием.



Рисунок 8.8 - Электрокоагулятор, вид спереди и сверху

8.3 Электродиализатор [18]

В промышленных условиях применяются электродиализаторы с ионитовыми мембранами и с пористыми диафрагмами. На рисунке 9.9 показана принципиальная схема электродиализатора. Электродиализатор состоит из корпуса с катодом и анодом, в котором в чередующемся порядке укреплены катионитовые (К) и анионитовые (А) мембраны, образующие между собой рассольные и дилюатные (обессоливающие) камеры. При пропускании электрического тока катионы движутся в направлении к катоду, проникают через катионитовые мембраны, и задерживаются анионитовыми. Анионы движутся к аноду, проникают через анионитовые мембраны и задерживаются катионитовыми мембранами. В результате такого движения анионы и катионы через мембраны выводятся в смежные камеры. Мембраны выполняются прямоугольной формы или в виде рулонов из термопластичного полимерного связующего материала или порошка. Электроды изготавливаются из платинированного титана. Обессоленная вода удаляется из четных камер, а концентрированный рассол из нечетных.



Рисунок 8.9 - Схема электродиализатора с ионитовыми мембранами (а) и с пористыми диафрагмами (б)

8.4 Барабанный вакуум-фильтр и пресс-фильтр [18]

1 - барабан; 2 - перегородки; 3 - распределительная головка; 4 - корыто;

5 - нож для срезания осадка;

6 - распределитель воды для промывания осадка;

7, 8 - трубы для откачки соответственно отфильтрованной жидкости и

промывной воды; 9 - труба для подачи сжатого воздуха

Рисунок 8.10 - Барабанный вакуум-фильтр непрерывного действия

Разделение происходит из-за разности давлений, создаваемых вакуум-насосом, над фильтрующей перегородкой и под ней. Вакуум-фильтры могут быть как периодического, так и непрерывного действия.

Вакуум-фильтр непрерывного действия представляет горизонтальный вращающийся барабан, изнутри разделённый радиальными герметичными перегородками на отдельные ячейки, которые соединяются трубками с распределительной головкой. Вакуум создается в ячейках по мере вращения барабана. При вращении барабан проходит зону фильтрации, где жидкость засасывается в барабан, а твёрдые частицы оседают на фильтрующей ткани. Промыв осадок водой, барабан входит в зону сушки воздухом, а затем обезвоженный осадок удаляют. Внутри барабана подаётся сжатый воздух, а осадок с его поверхности срезается ножом.

Известны также дисковые, ленточные, тарельчатые, карусельные и др. вакуум-фильтры непрерывного действия. Вакуум-фильтры широко применяют в химической и др. отраслях промышленности.

Движущей силой фильтрования пресс-фильтром является напор подаваемой в аппарат суспензии. Суспензия под давлением поступает внутрь пакета плотно сжатых фильтровальных плит (плит и рам), которые обычно обтягиваются фильтровальной тканью. Твердая фаза задерживается на поверхности фильтровального полотна, а жидкая фаза проходит через мелкие поры фильтроткани, а далее системой каналов выводится из фильтра.

Рисунок 8.11 - Фильтр-пресс



8.5 Ионообменный фильтр [18]

1 - провальная решетка; 2 - беспровальная решетка;

3 - ионообменная колонна; 4 - кольцевой сливной желоб;

5 - коническая воронка; 6 - переточная воронка; 7 - аэролифт;

8 - регенерационная колонна; 9 - промывная колонна

Рисунок 8.12 - Ионообменная установка

Схема ионообменной установки показана на рисунке выше. Ионообменная колонна (3) по высоте снабжена беспровальными решетками (2) и провальной (1). В беспровальных решетках смонтированы конические переточные воронки (6). В верхней части колонны предусмотрен кольцевой сливной желоб (4) и коническая воронка (5) для подачи ионита. СВ подается в нижней части колонны и перемешивается с определенной скоростью снизу вверх, создавая на беспровальных решетках взвешенный слой ионита. Очищенная вода отводится из колонны через кольцевой желоб. При насыщении ионита увеличивается его плотность, поэтому он перемещается по решеткам с верхнего слоя в нижний через переточные воронки. Насыщенный ионит отводится из конического днища колонны при помощи аэролифта (7), подается сверху в регенерационную колонну (8), а регенерационный раствор поступает в колонну снизу. Из колонны отрегенерированный ионит подается в промывную колонну (9). Отмытый ионит снова возвращается в ионообменную колонну.



8.6 Бортовой отсос

Принцип работы бортового отсоса, состоит в том, что воздух, который всасывается с большой скоростью через узкую заборную щель отсоса, образует над зеркалом раствора сильную горизонтальную струю ("факел"). "Факел" сбивает выбрасываемые из раствора газы и капли, заставляя основную массу капель упасть обратно в ванну, а газы и остальные капли увлекаются в отсос.

"Факел" бортового отсоса ослабевает с удалением от заборной щели. Односторонний отсос делают при ширине ванны менее 600 мм. На более широких ваннах делают отсосы с двух противоположных сторон ванны. Бортовые отсосы не устанавливают с трех или четырех сторон, это затрудняет вентиляцию из-за образующихся завихрений, которые не дают вентилировать значительную часть зеркала раствора.

В зависимости от типа ванн применяют местные отсосы с щелью всасывания в горизонтальной плоскости (опрокинутые) (рис. 8.13, а, б, в, г) и в вертикальной плоскости (простые или обычные) (рис. 8.13, д, е). Кроме того используется передувка (рис. 8.13, в, г).

Бортовые отсосы располагают по длинным сторонам ванн.

Щель бортового отсоса располагается вплотную к краю ванны и ниже катодных и анодных штанг, чтобы штанги не забрызгивало раствором.

Опрокинутые бортовые отсосы уменьшают энергетические затраты на вентиляцию за счёт образования над зеркалом раствора более благоприятной зоны всасывания. Использование отсосов приводит к увеличению ширины и емкости ванны, т.к. они занимают внутри ванны по 100 мм ширины зеркала ванны с каждой стороны.



а, в - двухбортные опрокинутые; б, г - однобортные опрокинутые;

г - однобортный обычный; д - двухбортный обычный

Рисунок 8.13 - Схемы бортовых отсосов



9. Безопасные условия труда и расчет приточно-вытяжной вентиляции [19]

9.1 Характеристика проектируемого объекта

В настоящее время гальваническое производство играет огромную роль в машиностроении. Необходимость защитить металл от воздействий окружающей среды ведет к созданию защитного покрытия, в создании которого применяют опасные вещества. Производственные условия отличаются повышенной влажностью, значительной концентрацией вредных паров и газов, дисперсных туманов и брызг электролитов. Все это пагубно влияет на здоровье рабочего персонала, вызывая различные заболевания. Применение охраны труда позволяет защитить рабочий персона.