Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Министерство образования и науки

ФБГОУ ВО

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

Энгельсский технологический институт (филиал)

Кафедра «Химические технологии»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Электрохимические технологии

на тему:

Разработка технологии и расчет оборудования для нанесения цинкового покрытия

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Расчет участка цинкования стальных деталей простой конфигурации

2. Расчет габаритов гальванической ванны

3. Определение времени обработки деталей на технологических операциях и количества ванн

4. Определение ритма работы гальванической линии

5. Расчет габаритов автооператорной линии

6. Расчет количества автооператоров

7. Расчет поверхности загрузки и величины силы тока

8. Расчет баланса напряжения на электрохимической ванне и выбор источника постоянного тока

9. Материальные расчеты

10. Расчет расхода химикатов на первоначальный пуск

11. Расход анодов на выполнение заданной годовой производственной программы

12. Расход анодов из цинка для нанесения сплава

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что большинство металлических сооружений к конструкций эксплуатируются в атмосферных условиях, поэтому изучение поведения цинка и его сплавов, а также цинковых покрытий в различных атмосферных условиях является предметом многочисленных исследований в мире уже в течение многих десятков лет.

Агрессивность атмосферы определяют следующие факторы:

1) состав (загрязненность воздуха промышленными газами, парами кислот, частицами угольной пыли, сажи);

2) влажность воздуха;

3) температура воздуха (особое значение имеет суточное колебание температуры, влияющее на конденсацию и испарение влаги);

4) продолжительность пребывания влаги (электролита) на поверхности металла. Кроме того, большое значение имеют различные атмосферные осадки (дождь, снег), выпадающие на поверхность металлоконструкций.

Основные факторы, контролирующие скорость коррозии цинка в атмосфере:

1) частота и продолжительность соприкосновения с влагой (электролитом);

2) скорость высыхания поверхности;

3) степень загрязнения атмосферы промышленными газами, частицами солей, сажи и др.

Особенно важен третий фактор, так как при воздействии на цинк влаги, имеющей кислую среду, на его поверхности не образуются основные защитные пленки.

Коррозионное поведение цинкового покрытия в основном соответствует поведению металлического цинка. Однако данные о скорости коррозии литого или листового цинка нельзя однозначно использовать для оценки защитной способности цинковых покрытий. Кроме того, цинковые покрытия часто после нанесения специально обрабатывают. Например, на гальванических покрытиях создают защитные пленки путем хроматирований или фосфатирования; металлизационные покрытия пропитывают различными органическими веществами или уплотняют с помощью механической обработки; цинковые покрытия, полученные и расплаве, термически обрабатывают. Все эти виды обработки изменяют физико-химические свойства покрытий и их поведение в коррозионной среде. Следует отметить, что вид обработки цинковых покрытий, как правило, обусловлен конкретными условиями эксплуатации оцинкованного изделия. Многочисленные исследования проведены по изучению коррозионной стойкости в атмосферных условиях цинковых покрытий, полученных различными методами. При этом также исследовали влияние технологических факторов процессов цинкования па коррозионную стойкость цинковых покрытий. В таблице приведены данные о коррозионной стойкости в атмосферных условиях цинковых покрытий, полученных различными методами. Коррозионную стойкость различных цинковых покрытий в городской атмосфере определяли по сроку службы покрытий (годы) до появления ржавчины на 5% поверхности образца. При расчете на покрытие массой 305 г/м² (43 мкм) он составил 3,4 года для покрытия, полученного в расплаве цинка, 3,8 -- для электролитического покрытия, 4,0 -- для металлизационного.

Интересные данные получены Бистеком при изучении коррозионной стойкости в промышленной атмосфере электролитических цинковых покрытий, осажденных из сернокислых и цианистых электролитов. Было установлено, что коррозия электролитического цинкового покрытая, полученного из цианистого электролита, протекает медленнее, чем цинкового покрытия, полученного из сернокислого электролита. Аналогичные результаты были получены и другими исследователями.

Говоря о результатах, полученных Бистеком, необходимо отметить, что основные показатели качества покрытия (степень пористости, однородность, размер зерен) и определили различие в коррозионной стойкости цинковых покрытий, осажденных из цианистого и сернокислого электролитов.

Коррозионная стойкость электролитических цинковых покрытий в промышленной атмосфере:

Ввиду высокой химической активности цинка, особенно в агрессивных промышленных атмосферах, цинковые покрытия склонны к взаимодействию с этими компонентами с образованием продуктов коррозии белого или серого цвета (так называемая «белая ржавчина»), в основном состоящих из основных гидрокарбонатов цинка, которые ухудшают внешний вид покрытия и снижают его защитную способность. Наиболее распространенными методами повышения защитной способности цинковых покрытий являются хроматирование, фосфатирование и реже -- промасливание ингибированными маслами. Такая обработка предотвращает образование «белой ржавчины» на поверхности цинкового покрытия в большинстве агрессивных промышленных атмосфер в течение 6-12 мес. Практически всю оцинкованную продукцию подвергают хроматной или фосфатной обработке. Увеличивая на 1,5--2% стоимость цинкового покрытия (при его толщине 20 мкм), она обеспечивает увеличение срока его службы на 15--30%.Более длительную (в 2--3 раза) защиту от коррозии стальным изделиям обеспечивают комбинированные покрытия, которые получают путем нанесения на предварительно хроматированные или фосфатированные цинковые покрытия лакокрасочных и полимерных покрытий.

1. Расчет участка цинкования стальных деталей простой конфигурации

Дано: годовая программа нанесения цинкового покрытия на стальные детали общей площадью 55000 м²; средняя толщина покрытия 20 мкм; детали имеют размеры 300х200х2 мм; допустимое количество бракованных покрытий составляет 1,5%. Цинковое покрытие наносится из электролита следующего состава, г/л: сернокислый цинк ZnSO₄*7H₂O (250г/л), сернокислый натрий Na₂SO₄*10H₂O (100 г/л), алюминий сернокислый Al₂(SO₄)₃*18H₂O(30 г/л), алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂*12H₂O (50 г/л), декстрин (10 г/л), кислотность 4 рН, катодная плотность тока 1,5 А?дм², температура 15-25⁰С, выход металла по току - 95%.

Определение фондов рабочего времени и режима работы участка цинкования.

Выбираем режим работы гальванического цеха двухсменный и действительный годовой фонд времени работы оборудования составит Т₀ = 3810 ч.

2. Расчет габаритов гальванической ванны

Учитывая габаритные размеры деталей, для нанесения цинкового покрытия выбираем стационарная ванна с 3 анодными и 2 катодными штангами. Составляем эскиз размещения деталей на катодной штанге (рис. 1.2).

Внут. длина ванны L_вн определяется по формуле:

L_вн= nl₁+(n-1)l₂+2l₃, мм (1.1)

где n - количество подвесок, завешиваемых на одной штанге, шт;

l₁ - размер подвески по длине ванны, мм;

l₂ - расстояние между подвесками в ванне, мм;

l₃ - расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и краем подвески (l₃ = 100…150 мм).

L_вн = 4• 200+(4-1)•30+2•100 = 1090 мм

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 1.2 Эскиз размещения деталей на катодной штанге: 1 - гальваническая ванна; 2 - катодная штанга; К - катодная штанга; А - анодная штанга

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 1.3 Эскиз гальванической ванны

Внутренняя ширина ванны В_вн (мм) определяется по формуле:

В_{вн =} n_kb₁+2n_kb₂+2b₃+n_aD, мм (1.2)

гдеn_k - количество катодных штанг, шт;

b₁ - размер подвески по ширине ванны, мм;

b₂ - расстояние между анодом и ближайшим краем подвески (b₂ = 100…250 мм);

b₃ - расстояние между торцевой стенкой ванны и анодом (b₃ = 50…100 мм для футерованных ванн; b₃ = 150 мм и больше для не футерированных ванн);

n_a - количество анодных штанг, шт;

D - толщина анодов (выбирается по ГОСТ), мм.

В_вн = 2•2 + 2•2•125+2•50 + 3•10 = 634 мм

Внутренняя высота ванны H_вн определяется по формуле:

H_вн = h_э + h_б = 2h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h_б, мм (1.3)

Где h_э - высота уровня электролита, мм;

h_б - расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края бортов ванны, мм (h_б = 100…150 мм для ванн, работающих без перемешивания сжатым воздухом);

h₁ - высота подвески до подвесного крюка, мм;

h₂ - расстояние от дна ванны до нижнего края подвески (h₂ = 150…300 мм);

h₃ - высота электролита над верхним краем подвески (h₃ = 20…50 мм);

h₄ - высота крюка между горизонтальными рядами подвесок (h₄ = l₂).

H_вн= 2•300 +200 + 40 + 30 +100 = 970мм

На основании расчетных габаритных размеров ванны (1090х634х970мм) выбирается ближайшая в большую сторону по размерам ванна по ГОСТ 23738-85 «Ванны автооператорных линий для химической, электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры»: 1120х710х1000 мм.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

3. Определение времени обработки деталей на технологических операциях и количества ванн

В таблице 1.1 представлены составы растворов и режимы технологических операций, согласно которым проводится расчет пооперационного времени обработки деталей.

Продолжительность процесса в основных гальванических ваннах на подвесках рассчитывают исходя из I закона Фарадея, по формуле:

, мин (1.4)

где д - толщина покрытия, см;

d - плотность металла, г/см³;

i_k - катодная плотность, А/см²;

q - электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/(А•ч);

Вт - выход осаждаемого металла по току, в долях;

60 - коэффициент перевода часов в минуты.

q (Zn) - 1.22 г/(А•ч);

d (Zn) - 7.133 г/см³;

Время осаждения цинка на деталь составит:

мин

Состав сернокислых электролитов и режимы цинкования в них:

Компоненты (г/л) и режим цинкования	Электролит N1	Электролит N2	Электролит N3
Сернокислый цинк ZnSO4*7H2O Сернокислый натрий Na2SO4*10H2O Алюминий сернокислый Al2(SO4)3*18H2O Алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2*12H2O Декстрин Кислотность (рН) Температура, в ?С Катодная плотность тока, вА/дм2. Без перемешивания С перемешиванием Выход металла по току, %	200-300 50-100 30 50 8-10 3,5-4,5 15-25 1-2 3-6 95-98	430-500 50 30 50 - 3,5-4,5 18-40 - 8-10 95-98	215-430 50-100 30-35 - - 3,5-4,5 15-25 - 3-8 95-98

Составы растворов и режимы технологических операций осаждения цинкового покрытия

Состав раствора,(г/л)	Технологические операции
	Химическое обезжиривание	Травление	Цинкование	Хроматирование
ZnSO4*7H2O	-	-	250-300	-
Na2SO4*10H2O	-	-	50-100	-
Al2(SO4)3*18H2O	-	-	30	-
KAl(SO4)2*12H2O	-	-	50	-
Декстрин	-	-	10	-
Na2CO3	20-30	-	-	-
NaOH	10-20	-	-	-
Na3PO4	20-40	-	-	-
HCl	-	140-150	-	-
Cr2O3	-	-	-	200-300
H2SO4	-	190-200	-	10-15
Режимы
iк, А?дм2	-	-	1,5	-
t, 0C	40-60	20-25	15-25	20-25
ф, мин	2-3	1	49,2	5-40 c

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

(1.8)

где N - количество ванн;

S - годовая программа по рассчитанному виду покрытия, м²;

t_э - продолжительность процесса в ванне, мин;

t_з - продолжительность загрузки - выгрузки ванны, мин (t_з = 1 - 2 мин для автооператорных линий);

f - единовременная загрузка ванны, м²:

f = n•m•S₁, (1.9)

где n - количество катодных штанг в стационарной ванне;

m - количество деталей на одной катодной штанге, шт;

S₁ - площадь одной детали, м²;

Т₀ - действительный годовой фонд времени работы оборудования, ч;

К_з - коэффициент загрузки линии или ванны (средний коэффициент загрузки для автоматов, механизированных линий и ванн с ручным обслуживанием рекомендуется принимать равным 0,8-0,9); 60 - коэффициент перевода часов в минуты.

Площадь одной детали, в данном случае (деталь простой конфигурации, представляющая собой прямоугольную пластину), рассчитывается по формуле:

S₁ = 2ab + 2aд + 2bд, (1.9а)

где a -длина детали, мм; b - ширина детали, мм; д - толщина детали, мм.

S₁ = 300 •200 •2+300 •2 •2+200 •2 •2 = 122000 мм² = 0,122 м²

f = 2 • 8 • 0,122 = 1,952 м²

Для нанесения цинкового покрытия:

Принимаем 7 ванн.

Для технологических операций - обезжиривание, кислое травление, осветление, улавливание, пассивирование, холодные и горячие промывки - необходимое количество ванн принимается по 1 шт. для каждой операции.

4. Определение ритма работы гальванической линии

Определяем ритм R_i работы линии по каждой i-ой лимитирующей операции (мин/загрузку):

(1.10)

Ритм работы всей линии будет равен максимальному значению величины ритма лимитирующих операций.

Для нанесения цинка:

мин/загрузку

Лимитирующей является стадия нанесения покрытия, максимальный ритм работы линии равен 7,97 мин/загрузку

Исходя из ритма работы линии определяем производительность F_линии (м²/ч):

, (1.11)

где R_max - ритм работы линии, мин/загрузку.

м²/ч

Производительность линии по нанесению годных покрытий F_пк будет меньше производительности ванн на величину передела брака (м²/ч годных покрытий):

F_пк= F (1- 0,01б), (1.12)

Где б - величина брака продукции, допускающего переделку, %; (б = 1,5%).

F_пк= 14,7•(1- 0,01•1,5) = 14,48 м²/ч

После этого определяют годовую производительность S _линии (м²/год):

S = F_пкT_эф (1.13)

S_линии = 14,48•3810 = 55168,8 м²/год

Выполняется условие S_линии>S_{годовая}, т.е. 55168,8 > 55000, значит выбранная технология и расчет количества оборудования позволяет выполнить заданную годовую программу.

Составляем схему технологического процесса нанесения цинкового покрытия на стальные детали (рис.1.4) и предварительную схему компоновки линии нанесения цинкового покрытия (рис. 1.5).

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 1.4 Технологическая схема гальванического участка нанесения цинкового покрытия

1 - ванна химического обезжиривания (Т = 40-60^оС)

2, 11 - ванна горячей промывки

3 - ванна электрохимического обезжиривания

4 - ванна травления

5, 8, 10 - ванна холодной промывки

6 - ванна цинкования

7 - ванна улавливания цинка

9 - ванна хроматирования

12 - установка сушки

технологический цинкование гальванический электрохимический

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рис. 1.5 Компоновка линии цинкования

5. Расчет габаритов автооператорной линии

При расчете габаритов автооператорной линии длину ванны принимают как ширину, т.е. L = B_вн.

Длинуавтооператорной линии определяют по формуле:

L =Nl +l_c+l_з+Дl_з.с+n₀Дl₀+ n₁Дl₁+ n₂Дl₂+Дl_б (1.14)

гдеN - число ванн одного типоразмера;

l - внутренняя длина ванны принятого типоразмера, мм;

l_c - внутренняя длина сушильной камеры, мм;

l_з - длина загрузочно-разгрузочной стойки (четырехпозиционной: для ванн длинной 1120 мм - 1115 мм; для ванн длиной 2240 мм - 3100 мм; для ванн длиной 1600 мм - 2415 мм; однопозиционной стойки: для ванн всех длин - 600 мм);

Дl_з.с - зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной стойкой, мм;

n₀ - число сопряжений ванн без бортовых отсосов;

Дl₀ - зазор между стенками ванн без бортовых отсосов (для ванн длиной 1120, 1600, 160 мм; для ванн длиной 2240 мм - 230 мм);

n₁ - количество односторонних бортовых отсосов;

Дl₁ - зазор между стенками ванн с односторонними бортовыми отсосами (для ванн длиной 1120, 1600 мм - 290 мм; для ванн длиной 2240 мм - 360 мм);

n₂ - количество двусторонних бортовых отсосов;

Дl₂ - зазор между стенками ванн с двусторонними бортовыми отсосами (для ванн длиной 1120 мм; 1600 мм - 390 мм; для ванн длиной 2240 мм - 247 мм);

Дl_б - расстояние от наружной поверхности бортового отсоса до стенки ванны (для ванн длиной 1120; 1600 - 390 мм; для ванн длиной 2240 мм - 460 мм).

L =17•710 + 800 + 600 + 4•160 + 12•290 + 390 = 17980 мм

Ширина линии.

B = B_вн + b₁ + b₂ (1.15)

Где B_вн - внутренняя ширина ванны, мм;

b₁ - расстояние от внутренней части стенки до наружной плоскости опорной стойки (для подвесных автооператоров) или наружной плоскости автооператора (для портальных и консольных автооператоров), мм.

b₁ = 655 мм для подвесных автооператоров;

b₁ = 250 мм для портальных автооператоров;

b₁ = 390 мм для консольных автооператоров;

b₂ - расстояние от внутренней части стенки ванны до наружной плоскости площади обслуживания, мм (b₂= 1165 мм).

При применении портальных автооператоров ширина линии составит:

В =1120 + 250 + 1165 = 2535 мм

Высота линии Н принимается по таблице 1.2.

Таблица 1.2

Высота автооператорных линий (мм)

Внутренняя высота ванны, мм	Высота Н при автооператоре
	подвесном	портальном	консольном
800	4250/3650	3530/3380	3300/3250
1000	4450/3800	3980/3530	3700/3400
1250	4700/4250	4230/3780	4100/ --
1600	5400/4450	4930/4130	--/--
В числителе приведены значения при обработке изделий на подвесках, в знаменателе - в барабанах

6. Расчет количества автооператоров

Количество автооператоров, необходимое для осуществления требуемого ритма, определяют по формуле:

(1.16)

где K - коэффициент, учитывающий обратные и холостые ходы автооператора; K = 1,5-2,5.

Большие значения K принимает при расчетах для автооператорных линий с гибким циклом, механизированных линий и линий, составленных из стационарных ванн; T_авт - время работы автооператора в секундах за цикл:

(1.17)

(1.18)

(1.19)

(1.20)

Где t_гор - суммарное время горизонтальных перемещений;

t_вер - суммарное время вертикальных перемещений автооператора на подъём и опускание подвесок;

t_выст - время выстоя автооператора у ванны, с;

l - шаг между ваннами; m - общее количество ванн, шт.;

v_гор - скорость горизонтального перемещения автооператора (0,13-0,26 м/с);

H - высота подъема подвесок, м;

v_вер - скорость вертикального перемещения автооператора (0,13-0,2 м/с);

m₁ - количество ванн, у которых задерживается автооператор;

t₁ - время задержки автооператора у ванны, с.

При расчетах принимаем v_гор= 0,2 м/с иv_вер = 0,13 м/с.

с

с

с

с

принимаем 3.

7. Расчет поверхности загрузки и величины силы тока

Суммарная поверхность загрузки для одной стационарной ванны составит S, дм²:

S = (S₁+S₂)•n•m (1.21)

Где n - количество катодных (анодных) штанг в стационарной ванне;m - количество деталей на одной катодной (анодной) штанге; S₁ и S₂ - площадь рабочей и нерабочей поверхности детали, дм².

S₂ принимается 3-15% от S₁, т.е. S₂ составляет от 0,03S₁ до 0,15S₁.

S = (12,2+12,2•0,03)•2•8 = 201,1 дм²

Сила тока на ванне определяется по формуле:

J = i_k•S (1.22)

где i_k - катодная плотность тока, А/дм².

J = 1,5•201,1 = 301,65 А

8. Расчет баланса напряжения на электрохимической ванне и выбор источника постоянного тока

Для расчета напряжения на электрохимической ванне используют уравнение:

Е_В = Е_а - Е_к +з_а - з_к + Е_эл-та + Е_диаф + Е_эл-дов + Е_конт (1.23)

где Е_В - напряжение на гальванической ванне, В;

Е_а, Е_к- равновесные потенциалы анода и катода, В;

з_а, з_к - перенапряжение на аноде и катоде, В;

Е_эл-та - омические потери напряжения в электролите, В;

Е_диаф - падение напряжения в диафрагме, В;

Е_эл-дов - падение напряжения в электродах, В;

Е_конт - падение напряжения в контактах, В.

Электродные потенциалы на аноде и катоде могут быть определены экспериментально или рассчитаны, исходя из значений равновесных потенциалов Е_р на электродах и перенапряжении для катодной _к и анодной _а реакций:

(1.24)

где Ео - стандартный электродный потенциал, В;

R - газовая постоянная;

Т - температура, К;

z - число электронов, участвующих в электродной реакции;

F - число Фарадея;

а - активность потенциалопределяющих частиц.

При использовании плоскопараллельных электродов одинакового размера падение напряжения в электролите рассчитывается по формуле:

(1.25)

где J - сила тока на гальванической ванне, А;

S - площадь анодов со стороны, обращенной к подвескам, дм²;

i_ср - катодная и анодная плотности тока А/дм²;

l - расстояние между анодом и катодом, см;

- удельная электропроводность электролита, Ом^-1•см^-1(См•м^-1);

Обычно падение напряжения в контактах и проводниках первого рода принимают Е_пр= 5-10% от суммы Е_эл-т+(Е_а - Е_к).

Для процесса нанесения цинкового покрытия:

i=1,5 А/дм², l=12,5 см, =0,176 Ом^-1•см^-1

В

Е_а= 1,23В

Е_к= -0,76В

Для расчета напряжения на электрохимической ванне, с учетом падения напряжения в проводниках и контактах, используют упрощенное уравнение:

Е_В = (Е_а - Е_к + ?Е_эл-та)/0,9 (1.26)

где Е_к - потенциал катода для условий работы, В; Е_а - потенциал анода для условий работы, В; 0,9 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в контактах и проводниках первого рода.

Е_В = (1,23-(-0,76) + 1,07) / 0,9 = 3,4 В

По суммарному напряжению и определенной силе тока на ванне выбираем источник постоянного тока. ВАКГ-18/9-320У

9. Материальные расчеты

Материальные расчеты на один цикл для непроточного электролизера с растворимыми анодами

Уравнение материального баланса рассчитывают по формуле:

C_oV_o + q_a•J•t•Вт_а + m_шл = C_t•V_t + q_k•J•t•Вт_к + m_уноса, (1.27)

где J - сила тока, А; С₀, С_t - концентрация металла в исходном электролите и через t часов его работы, г/л;

V₀, V_t - объем исходного электролита и объем электролита через t часов, л (дм³);

t - чистое время электролиза, ч; поэтому, если составляется суточный баланс электролизера, то t = t_э•Z; t_э - продолжительность электролиза;

Z - количество полных циклов Z = t_c/t_ц;

t_с - количество рабочих часов в сутки;

Рис. 1.6 Технологическая схема очистки сточных вод участка цинкования

q_к - электрохимический эквивалент электроосаждаемого металла, г/(А•ч);

Вт_к- выход по току электроосаждаемого металла, в долях;

т_уноса- масса унесенного электролита с обрабатываемыми деталями (принимается от 0,15 до 0,28 л/м²);

m_шл- масса шлама, образовавшегося за время t (масса шлама составляет 3% от массы растворившегося металла);

q_а- электрохимический эквивалент материала анода, г/(А•ч);

Вт_а- выход по току для растворения анода, в долях.

После достижения предельно допустимой концентрации, которая определяется технологическими условиями процесса, электролит нуждается в корректировке.

Примем, что площадь анодов и катодов (площадь деталей в загрузке) имеет следующее отношение Sa:Sk = 2:1.

Sk = 8•0,122•2 =1,952 м²

Sa = 2•1,952 = 3,904 м²

Вт^а =Вт^к

Для процесса осаждения цинкового покрытияi_k= i_a = 1,5 А/дм²

Ja = 1,5 • 201,1 = 301,65 А

Jк = 1,5 • 100,55 = 150,825 А

m_р.а. = q_a•J•t•Вт = 1,22•301,65•0,82•0,95 = 286,7 г

m_шл= 0,03•286,7 = 8,6 г

Масса уноса считаем для основного компонента электролита (сульфата цинка):

m_уноса= 0,15•Sk• C₀ = 0,15•1,952 • 250 = 73,2 г

Масса осажденного металла:

m_о.м.=q_k•J•t•Вт = 1,22•150,825•0,82•0,95 = 143,34 г

Объем электролита в ванне рассчитываем по уравнению:

V_o= L_вн • B_вн • h_эл

где L_вни B_вн - принятые по ГОСТ внутренние габариты гальванической ванны, дм; h_эл - высота уровня электролита в ванне, дм.

h_эл= Н_вн- h_д.з,

где h_д.з - высота от зеркала электролита до борта ванны,

Н_вн- высота ванны по ГОСТ.

h_эл= 1000 - 100= 900 мм.

V_o=11,2•7,1•9 = 715,68 дм³ = 715,68 л

Концентрация сульфата цинка в электролите после цинкования детали одной загрузки рассчитываем по уравнению:

C_t= (C_oV_o + m_р.а. + m_шл- m_о.м - m_уноса ) / V_t (1.28)

C_t=(250 • 715,68 + 286,7 + 8,6-143,34- 73,2)/715,68 = 250,11 г/л

?С = C_t- C_o= 250,11 - 250 = 0,11 г/л

После нанесения цинка на детали одной загрузки концентрация солиZnSO₄ 250 г/л в электролите увеличивается на 0,11 г. После достижения предельно допустимой концентрации, которая определяется технологическими условиями процесса, требуется корректировка электролита. Верхний предел содержания сульфата цинка в электролите 300 г/л, значит через 455 загрузок необходимо разбавить электролит до 250 г/л по соли цинка.

10. Расчет расхода химикатов на первоначальный пуск

Расход химикатов на первоначальный пуск рассчитывается по максимальной концентрации компонента в электролите по формуле:

m_i = (C • V • n) / 1000, кг (1.29)

где C - концентрация химиката, г/л;

V - объем электролита в ванне, л;

n - число однотипных ванн с одинаковыми растворами.

Для ванны нанесения цинкового покрытия:

m (ZnSO₄*7H₂O) = 250 • 715.68•7/1000 =1252,44кг

m (Na₂SO₄*10H₂O) =100•715,68•7/1000 = 500,98кг

m (Al₂(SO₄)₃*18H₂O) = 30•715,68•7/1000 =150,29кг

m (KAl(SO₄)₂*12H₂O) = 50•715,68•7/1000 = 250,49 кг

m (Декстрина) = 10•715,68•7/1000 = 50,1кг

Для ванны обезжиривания:

m (NaOH) = 30• 715,68 •1/1000 = 21,47 кг

m (Na₂CO₃)= 20• 715,68 •1/1000 = 14,31кг

m (Na₃PO₄)= 40• 715,68•1/1000 = 28,63кг

Для ванны травления:

m (HCl) =140 • 715,68•1/1000= 100,2 кг

m (H₂SO₄) = 190• 715,68•1/1000 = 135,98 кг

Для ванны хроматирования:

m (CrO₃) = 200 • 715,68•1/1000 = 143,14кг

m (H₂SO₄) = 10• 715,68•1/1000 = 7,16 кг

11. Расход анодов на выполнение заданной годовой производственной программы

Расчет расхода анодов в кг, отнесенного к годовой программе определяется по уравнению:

(1.30)

Где S_год - годовая программа, м²;

с - плотность электролитического металла, кг/м³;

d - толщина покрытия, м;

К_шл - коэффициент шламообразования, который можно принять равным 0,03;

К_отх - коэффициент отходов за счет нерастворимых остатков угара металла при отливе анодов и т.п., который на практике составляет 0,03-0,05.

12. Расход анодов из цинка для нанесения сплава

m_a= 55000 • 7,133•10³ •20•10^-6 • (1 + 0,03 + 0,03) = 8317,1 кг

При наличии двух катодных рядов, средний ряд анодов работает с двух сторон, и количество анодов, необходимых для начальной загрузки одной ванны определяется по формуле:

(1.31)

где S_a - площадь анодов, м²; a и b - геометрические размеры анода, м.

Принимаем количество анодов равное 25 шт.

Список использованной литературы

1. Мельников П.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1979.

2. Теоретическая электрохимия: учебник / А.Л. Ротинян, [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Студент, 2013

3. Бобрикова, И.Г. Технологические расчеты процессов получения электрохимических покрытий: учеб. пособие / И.Г. Бобрикова, М.С. Липкин, В.Н. Селиванов; Юж. - Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008.

4. Виноградов С.С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. / Под ред. В.Н. Кудрявцева / - М.: Глобус, 2005.

5. Шлугер М.А. Гальванические покрытия в машиностроении. Т.1. - М.: Машиностроение, 1985.

6. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. М.: Химия, 1979.

Размещено на Allbest.ru