4.1 Конструктивный расчет основного оборудования

4 Расчетная часть

4.1.1 Расчет фондов времени работы оборудования

Цех металлопокрытий работает в две смены.

Номинальный фонд времени работы оборудования ,ч

, (4.1)

где 365 – число дней в году;

- число выходных дней в году, =104 дня;

- число праздничных дней в году, =11 дней;

- число предпраздничных дней в году, =8 дней;

- число часов, на которые сокращен рабочий день в

праздничные дни.

Предусматривается работа цеха в две смены, из этого следует:

= часов (рабочий работает 8 часов в смену, 1 час обеденный перерыв);

часа, 1 час за каждую смену.

ч.

С учетом потерь времени при работе оборудования действительный фонд времени ,ч

, (4.2)

где – коэффициент простоя оборудования, т.к двухсменная работа,

то принимаем К_п =3% для ванны.

ч.

Так как в начале каждого рабочего дня продукция выдаётся спустя время, равное времени прохождения первой подвески через все ванны, т.е. через , эффективное время ,ч

, (4.3)

где = .

=30(10+1)=330сек=5,5 мин.

Время на обслуживание ванны принимаем 5,5 минут.

30сек- время переноса из одной ванны в другую;

N- количество ванн, шт.

=96+5,5=101,5 мин = 1,69 часа.

Тогда равно

ч.

4.1.2 Определение времени покрытия в реакторе химического никелирования:

, (4.4)

где – толщина покрытия, мкм; =24мкм,

Плотность загрузки S принимаем равной 1 дм2/л, для обеспечения необходимой толщины.

– скорость осаждения покрытия, мкм/ч; =20-25 мкм/ч, при плот-ности загрузки, в отсутствии диффузионных ограничений; ориентировоч-ный расчет времени ведем по средней скорости осаждения покрытия, считая, что за время никелирования она остается постоянной;

В основной ванне химического никелирования за 1 цикл работы покрывается 3 детали. Площадь одной детали 8 дм², общая площадь трех деталей 24дм²

Количество подвесок загружаемых в ванну принимаем 1 на которой монтируется 3 детали, подвеска с цилиндрическим основанием диаметром 250.

4.1.3 Расчет производительности линии

Часовая производительность линии:

Количество подвесок в 1 час:

(4.5)

, количество подвесок в час.

Часовая производительность ванны:

, (4.6)

Годовая производительность ванны по подвескам:

, (4.7)

где - эффективный фонд времени, ч.

- величина загрузки 1 ванны, =1 подвески.

- количество подвесок в год.

N 1=6969 количество деталей в год.

Годовая производительность, м² вычисляется по формуле

(4.8)

Расчёт ведём, исходя из годовой производительности линии.

4.1.4 Расчет габаритов основного реактора химического никелирования.

Реактор химического никелирования для нанесения покрытия имеет форму цилиндра с круглым основанием.

Рисунке 4.1 Эскиз реактора химического никелирования.

Диаметр реактора химического никелирования вычисляется по формуле

, (4.9)

, (4.10)

где - диаметр детали, мм; =100мм;

- расстояние деталь-стенка или

деталь-ТЭН, мм; =25мм;

-расстояние подвеска –деталь, мм; =25мм;

- толщина стенки, мм; =50мм;

;

Высота реактора химического никелирования вычисляется по формуле:

(4.11)

(4.12)

где - высота детали, мм; =80мм;

- высота шламового пространства, мм; =105мм;

- высота деталь -зеркало электролита, мм; =150мм;

-высота зеркало электролита - край ванны, мм; =150мм;

- диаметр ТЭНа и длина поддерживающего

кронштейна, мм; =15мм

- толщина дна, мм; =50мм;

;

Объем электролита в основной ванне химического никелирования, л рассчитывается по формуле

, (4.13)

где - объем деталей, подвесок, змеевиков погруженных в электролит, л

, (4.14)

где - масса одной детали, кг; =2,37 кг;

- количество деталей загружаемых в ванну, шт; =3 шт;

- плотность стали 45, г/см³ =7,8 кг/м³.

Химическое никелирование проводится в установке типа УХН-20. Внутренние размеры ванны: диаметр Д_ВН=300мм, высота H_BH=500мм. Рабочий объем ванны V_Э=24л.

4.1.5 Расчет габаритов вспомогательных ванн

Вспомогательные ванны технологической схемы имеют форму прямоугольного параллелепипеда.

Рисунок 4.2 Эскиз вспомогательных ванн процесса химического никелирования

Длина всех вспомогательных ванн вычисляется по формуле

, (4.15)

, (4.16)

где - диаметр детали, мм; =100мм;

- расстояние деталь-стенка или

деталь-ТЭН, мм; =25мм;

-расстояние подвеска –деталь, мм; =25мм

- толщина стенки, мм; =50мм.

;

Длинна всех вспомогательных ванн равна диаметру основной ванны и равна , .

Высота ванн улавливания, холодной каскадной промывки:

(4.18)

где - высота подвески, мм; =80мм;

- высота шламового пространства, мм; =105мм;

- высота подвеска -зеркало электролита, мм; =150мм;

-высота зеркало электролита - край ванны, мм; =150мм;

- толщина дна, мм; =50мм;

Высота ванн химического обезжиривания, химического травления, ванны теплой каскадной промывки равна высоте основной ванны и равна ,

Ширина вспомогательных ванн будет различна.

а) ширина ванн химического обезжиривания, химического травления и ванны улавливания.

, (4.18)

, (4.19)

где - диаметр детали, мм; =100мм;

- количество подвесок, шт; =1;

- расстояние деталь-стенка или

деталь-ТЭН, мм; =25мм;

-расстояние подвеска –деталь, мм; =25мм

- толщина стенки, мм; =50мм;

- внутренняя ширина ванны, =300мм.

=2(100+25+25)=300мм

б) ширина ванны холодной каскадной промывки и ванны тёплой каскадной промывки:

, (4.20)

, (4.21)

где - диаметр детали, мм; =100мм;

- количество подвесок, шт; =1;

- расстояние деталь-стенка, мм; =25мм;

-расстояние подвеска –деталь, мм; =25мм

- толщина стенки, мм; =50мм;

=2(2(100+25+25))=600мм

Объем электролита во вспомогательных ваннах, л рассчитывается по формуле

, (4.22)

где - объем деталей, подвесок, змеевиков погруженных в электролит, л

, (4.23)

где - масса одной детали, кг; =2,37 кг;

- количество деталей загружаемых в ванну, шт; =3 шт;

- плотность стали 45, г/см³ =7,8 кг/м³.

Объем электролита ваннах каскадной промывки

Объем электролита в ваннах химического обезжиривания, химического травления, ванне улавливания.

4.2 Материальные расчеты

4.2.1 Расчет расхода химикатов.

Общий расход химикатов складывается из:

а) расхода на единовременное приготовление электролитов;

б) расхода на работу.

Расход химикатов на приготовление электролитов рассчитывается по максимальной концентрации

, (4.24)

где с_MAX - максимальная концентрация химиката, г/л;

V - объем электролита, л;

n - число однотипных ванн с одинаковыми растворами.

Для ванны химического обезжиривания

Для ванны химического травления

Для ванны химического никелирования

Годовой расход на работу рассчитывается, исходя из следующих данных:

а) для ванн химического никелирования

, (4.25)

где r - норма расхода раствора на 1м²

покрываемой поверхности, л/м²·мкм; r=0,2 л/м²·мкм[13]

F - годовая программа, м²/год; ;

с - средняя концентрация компонента, г/л.

Для вспомогательных ванн

, (4.26)

где r - норма расхода раствора на 1м²покрываемой поверхности, л/м²;

F - годовая программа, м²/год;

с - средняя концентрация компонента, г/л;;

Для ванны химического обезжиривания r=0,7 л/м²[13]

Для ванны химического травления r=1 л/м²[13]

В таблице 4.1 приведен расход химикатов при химическом никелировании в стационарных ваннах с ручным обслуживанием.

4.2.2 Расчет возможного числа корректировок электролита химического никелирования и расхода химикатов на корректировки.

Исходные данные:

- концентрация сульфата никеля , г/л; ;

- концентрация гипофосфита натрия , г/л; ;

- толщина покрытия, мкм; ;

Состав покрытия: (мас.) и - массовые доли никеля и фосфора в покрытии;

- плотность покрытия,; г/см ;

- коэффициент использования я гипофосфита натрия при химических превращениях, %; [16];

- максимально допустимая концентрация фосфита, г/л; ;

- плотность загрузки, Дм²/л; ;

- удельные потери раствора при уносе с деталями, в вентиляцию и при корректировке, л/м²; ;[13]

- объем электролита в ванне химического никелирования,

Суммарные уравнения парциальных процессов при химическом никелировании, для расчёта корректировок[17]:

(4.27)

(4.28)

(4.29)

4.2.2.1 Удельный расход химикатов при парциальных процессах

а) выделение никеля

удельный расход сульфата никеля

;

удельный расход гипофосфита натрия

;

б) удельный расход гипофосфита натрия на выделение фосфора

;

б) удельный расход гипофосфита натрия на выделение водорода

;

4.2.2.2 Масса осажденного покрытия за один цикл в расчете на один литр раствора

. То есть на работу сульфата никеля.

4.2.2.3 Затраты сульфата никеля непосредственно на процесс химического никелирования

4.2.2.4 Общий коэффициент использования сульфата никеля при одноразовом использовании раствора

4.2.2.5 Конечная концентрация сульфата никеля

4.2.2.6 Расход гипофосфита на осаждение покрытия

4.2.2.7 Общий расход гипофосфита на химические реакции, в том числе на выделение водорода

4.2.2.8 Объем водорода, образующегося за один цикл в расчете на один литр раствора, приведенный к нормальным условиям

4.2.2.9 Общий коэффициент использования гипофосфита при одноразовом использовании раствора

4.2.2.10 Конечная концентрация гипофосфита

4.2.2.11 Удельные коэффициенты при образовании фосфита натрия

а) при выделении никеля

;

б) при выделении фосфора

;

в) при выделении водорода (в расчете на израсходованный гипофосфит)

4.2.2.12 Концентрация фосфита после одноразового использования раствора

4.2.2.13 Возможное количество циклов никелирования до достижения максимально допустимой концентрации фосфитов

Принимаем 48 циклов химического никелирования

4.2.2.14 Расход сульфата никеля на процесс покрытия за 48 циклов

на 1л раствора

на весь объем раствора

4.2.2.15 Потери сульфата никеля за 48 циклов процесса, состоящие из потерь с электролитом, унесенным на деталях, и потерь с электролитом после конечного цикла

на 1 л раствора

на весь объем раствора

4.2.2.16 Коэффициент использования сульфата никеля при многократном использовании раствора с корректировкой

4.2.2.17 Расход гипофосфита за 48 циклов на процесс химического никелирования

на 1 л раствора

на весь объем раствора

4.2.2.18 Общий расход гипофосфита за 48 циклов без учета потерь

на 1 л раствора

на весь объем раствора

4.2.2.19 Потери гипофосфита за 48 циклов

на 1 л раствора

на весь объем раствора

4.2.2.20 Коэффициент использования гипофосфита при сорока восьми-кратном использовании раствора с корректировкой

4.2.2.21 Расчет сменяемости раствора химического никелирования. Количество замен раствора химического никелирования за год

, необходимо покрыть за один год

Из общего объёма электролита за 48 циклов покроется 11,52м²

Надо готовить принимаем новых растворов с 48 корректировками раствора.

Таблица 4.1 Расход химикатов при химическом никелировании в стационарных ваннах с ручным обслуживанием

Наименование операции

Состав раствора

Расход товарного продукта,

кг

Наименование

химикатов,

ТУ, ГОСТ

Химическая

формула

Концент-рация, г/л

На приго-товление

На работу

Всего

1. Химическое обезжиривание

Едкий натр

Тринатрийфосфат

Обезжириватель ДВ-301

Синтанол ДС10

Силикат натрия растворимый

Стекло

натриевое жидкое

ГОСТ 13078-81

NаОН

Nа₃РО₄· 12H₂O

Na₂SiO₃

40-60

15-30

5-10

25-30

1,92

0,96

0,32

1,28

19,5132

8,7809

2,9269

13,6592

21,4332

9,7409

3,2469

14,9392

2.Химическое травление

Кислота соляная синтетическая

Кислота серная техническая

Ингибитор КИ1

HCL

H2SO4

50-70

200-250

5-7

2,24

8,00

0,224

33,4512

125,4422

3,3451

1,03

35,6912

133,4422

3,5691

1,118

3.Химическое никелирование

Никель сернокислый

Натрия гипофосфит

Аммоний хлористый

Натрий лимоннокислый

Сульфид свинца

NISO4*

7H2O

Na2H2PO2*H2O

NH4CL*

H2O

C6H5O7Na3*5H2O

PbS

0,05

0,6

0,36

0,6

1,08

0,0012

66,9024

40,1414

66,9024

120,4243

0,1338

67,5024

40,5014

67,5024

121,5043

0,1351

Таблица 4.2 Расход химикатов при химическом никелировании с учётом корректировок.

Наименование операции

Состав раствора

Расход товарного продукта,

кг

Наименование

химикатов,

ТУ, ГОСТ

Химическая

формула

Концент-рация, г/л

На приго-товление (единоразовое)

На 48 раз приготовления электролита

На работу

На работу с учётом корректировок

Всего

3.Химическое никелирование

Никель сернокислый

Натрия гипофосфит

Аммоний хлористый

Натрий лимоннокислый

Сульфид свинца

NISO4*

7H2O

Na2H2PO2*H2O

NH4CL*

H2O

C6H5O7Na3*5H2O

PbS

0,05

0,6

0,36

0,6

1,08

0,0012

28,8

17,28

28,8

51,84

0,0576

66,9024

40,1414

66,9024

120,4243

0,1338

468,18

410,22

66,902

120,42

0,1338

496,98

427,5

95,7024

172,26

0,1914

0,13415

4.2.3 Расчет расхода воды

Вода расходуется на приготовление растворов, на работу, на унос газами, испарение и промывки.

а ) Расход воды на приготовление растворов

, (4.30)

где - объем электролита в ванне, л;

- суммарный объем химикатов, пошедших на приготовление

раствора, кг/л;

- число однотипных ванн с одинаковым объемом и

концентрацией компонентов;

- плотность раствора, г/см³;

М-годовое число смен электролита ванны

, (4.31)

где -масса воды в 1 м³раствора

(4.32)

Объем i-того компонента идущего на приготовление раствора:

, (4.33)

где - масса i-го компонента идущая на приготовление раствора, кг;

- плотность i-го компонента, г/см³.

Для ванны химического обезжиривания

=1000-60/2,13-30/1,62-10/0,95-10/1,06-40/2,4=916,65см³

Для ванны химического травления

=1000-70/1-250/1,83-7/0,82=784,86см³

Для ванны химического никелирования

=1000-25/1,948-15/2,58-25/1,53-45/1,7-0,05/7,5=938,543см³

б) Расход воды на унос электролита с деталями

Расход воды на унос электролита с деталямирассчитывается только для первой ванны, так как только в неё детали приходят сухими, не смоченными водой промывок.

Поэтому расход воды на унос считаем только для ванны химического обезжиривания

, (4.34)

где - норма уноса электролита деталями, л/м²; для деталей с плохим

стеканием электролита ρ = 0,2 л/м²[13];

- годовая программа покрытия, м²;

- средняя концентрация i-того компонента, кг/л;

- плотность электролита, кг/л;

, (4.35)

где - масса воды на приготовление раствора, кг;

- масса химикатов на приготовление раствора, кг;

V - объем электролита, л.

в)Расход воды на испарение с зеркала электролита производится для ванн работающих при повышенной температуре – ванны химического никелирования 95-98°С), ванн химического обезжиривания(50-70°С) и химическое травления (40-45°С)

; (4.36)

где - давление насыщенного пара над электролитом при его температуре, мм.рт.ст.; =707,3мм.рт.ст.(95-98°С);

=233,7мм.рт.ст.(50-70°С);

=92,51мм.рт.ст.(40-50°С).

- парциальное давление водных паров при той же температуре с относительной влажностью Х, мм. рт.ст;

мм.рт.ст.(95-98°С);

мм.рт.ст.(50-70°С);

мм.рт.ст.(40-50°С);

- частный коэффициент, зависящий от скорости движения

воздуха (для гальванических производств = 0,71)

- поверхность зеркала электролита, м²

, (4.37)

;

- действительный годовой фонд работы ванны, ч. 4349ч.

- число ванн с данным режимом

P_б - барометрическое давление, мм.рт.ст P_б=760 мм.рт.ст.

Расход воды на испарения с зеркала электролита для ванны химического никелирования

.за год

.за час

Расход воды на испарения с зеркала электролита для ванн химического обезжиривания

.за год

.за час

Расход воды на испарения с зеркала электролита для ванн химического травления

.за год

.за час

г) Расход воды (л/год) на унос с выделяющимися газами для ванны химического никелирования.

Объем выделяющегося за год водорода, приведенный к нормальным условиям:

(4.38)

где - объем водорода, образующегося за один цикл в

расчете на один литр раствора, приведенный к нормальным

условиям, л;

- эффективное время работы, ч; ;

- объем электролита, л;

- число однотипных ванн с одинаковыми растворами,

- продолжительность одного цикла, ч;

, за год

за час

Объем газов при условиях электролиза:

(4.39)

где – давление газов при условиях электролиза за вычетом давления водяных паров при температуре процесса (t=95-98°С).

;

за год

за час

Общегодовой расход воды с уходящими газами

, (4.40)

где - удельная масса насыщенного водяного пара на 1 л газа над

раствором при температуре процесса. t=95-98°С; =0,000524 кг/л

за год

за час

Расчет концентрации корректировочных растворов, г/л производится по формуле

, (4.41)

где - расход компонента раствора в расчете на один литр, г/л;

- объем электролита в ванне химического никелирования;

- расход воды на унос выделяющимся водородом, л;

- расход воды на испарение с зеркала электролита, л.

Концентрация корректировочного раствора сульфата никеля

д) Расчет расхода воды на промывку

Каскадная противоточная промывка после ванны химического обезжиривания

Удельный расход воды вычисляется по формуле

, (4.42)

где N - число ванн промывки, ;

- концентрация наиболее опасного компонента в

технологической ванне, г/л; ;

- концентрация наиболее опасного компонента в последней

ванне промывки, .

- удельный вынос раствора поверхностью деталей,

r=0,5 л/м²[13];

Годовой расход воды рассчитывается по формуле

, (4.43)

где - поверхность обрабатываемых деталей за год в данной ванне,

;

- коэффициент, учитывающий непредвиденные расходы воды,

связанные с отсутствием автоматики; [13].

Каскадная противоточная промывка после ванны химического травления

Удельный расход воды вычисляется по формуле

, (4.44)

где N - число ванн промывки, ;

- концентрация наиболее опасного компонента в

технологической ванне, г/л; ;

- концентрация наиболее опасного компонента в последней

ванне промывки, .

Годовой расход воды вычисляется по формуле

, (4.45)

Трехступенчатая промывка с ванной улавливания, после ванны химического никелирования.

Удельный расход воды в ванне улавливания

, (4.46)

где - концентрация наиболее опасного компонента в

технологической ванне, г/л; ;

- концентрация наиболее опасного компонента в первой

ванне промывки, г/л.

Годовой расход воды

, (4.47)

Расчет сменяемости ванны улавливания

(4.48)

где - объем ванны улавливания, л; ;

принимаем

Каскадная противоточная промывка после ванны химического никелирования

Удельный расход воды вычисляется по формуле

, (4.49)

где N - число ванн промывки, ;

- концентрация наиболее опасного компонента в

технологической ванне, г/л; ;

- концентрация наиболее опасного компонента в последней

ванне промывки, .

Годовой расход воды вычисляется по формуле

, (4.50)

В таблице 4.3 приведён расход воды при химическом никелировании

Таблица 4.3 Сводная таблица расхода воды

Наименование операции

Расход воды,

м³

На приготовление электролита

На

работу

На испарение

Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 158 | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
Билет №1. 1) Половые клетки, их отличия от тканевых. Овогенез, сперматогенез. 2) Виды хряща и всё о них. 3) Желудок, источники развития, железы желудка.	\|	1. Виды невербального общения 5

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.306 сек.)