ronl

Реферат: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ.________________________________________________________________________ 1

1.      ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА._______________________________ 7

1.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХОПЕРАЦИЙ._________________________________ 7

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОПРОЦЕССА.____________________________________ 11

2.      РАСЧЕТ УЧАСТКА ОСАЖДЕНИЯ ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯМЕДЬ-НИКЕЛЬ.___ 13

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДОВРАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ._______________________________ 13

2.2 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙПРОГРАММЫ._________________________________ 15

2.3 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ.______________________ 16

2.4 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УЧАСТКА.___________________ 17

2.5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИБАРАБАНА.___________________________________________ 18

2.6 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ ВАННЫ._________________________________________________ 19

2.7 ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА.__________________________________________________________ 20

2.7.1 ПОВЕРХНОСТЬ ЗАГРУЗКИ И СИЛЫ ТОКА._______________________________________________ 20

2.7.2 БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ ВАННЫ._______________________________________________________ 20

2.7 РАСХОД ВОДЫ._______________________________________________________________ 22

2.7 РАСЧЕТ РАСХОДАМАТЕРИАЛОВ.______________________________________________ 24

2.7.1 РАСЧЕТ РАСХОДА ХИМИКАТОВ._______________________________________________________ 24

2.7.2 РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ.____________________________________________________________ 26

2.7.3. СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.________________________________________ 28

2.8 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ.________________________________________________________ 29

2.8.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ._________________________________________ 29

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ._______________________________________________ 33

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ._________________________________________ 37

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ________________________________________________________ 42


ВВЕДЕНИЕ.

 

Гальваническое покрытие медь никель широкоприменяется для защиты от коррозии стальных деталей.

Т.к. медь имеет более положительный потенциал, чемжелезо, то по отношению к железу и его сплавам является катодным покрытием.Т.е. может защищать лишь при отсутствии пор. Пористые медные покрытия,наоборот, приводят к ускорению коррозии железа и его сплавов. Никель такжеимеет более положительный потенциал, чем железо, т.е. защищает толькомеханически. Никелевые покрытия должны быть беспористыми. Поэтому никелевыепокрытия многослойны (у многослойных покрытий поры каждого слоя обычно несовпадают с порами соседних слоев). Для получения многослойных покрытий никельосаждают из нескольких электролитов или на другой металл (например, медь).Многослойность таких покрытий позволяет также снизить расход никеля врезультате применения более дешевой меди.

Широкое применение медных покрытий в качествепромежуточных слоев в значительной мере обусловлено хорошим сцеплением меди сразличными металлами. При электролитическом осаждении меди на сталь необразуется диффузионного слоя. Решающую роль для обеспечения прочного сцепленияиграет тщательная подготовка поверхности основного металла (обезжиривание,травление). Причем, при применении химического или электрохимического удалениядеформированного слоя, часто наблюдается продолжение структуры основногометалла в покрытии.

При защитно-декоративном никелировании роль медногослоя – максимальная  экономия стратегического никеля из-за перекрытия пор, атакже снижение трудоемкости операций механической подготовки поверхностидеталей.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ МЕДНЕНИЯ

Для меднения применяют как кислые (простые), так ищелочные (комплексные) электролиты. Из кислых электролитов невозможно получитьосадки с прочным сцеплением на стальных и цинковых изделиях. Это объясняетсяконтактным вытеснением железом и цинком меди, а также работой коротко замкнутыхгальванических элементов Fe – Cu и Zn – Cu. Т.к. в этих системах анодамиявляются железо и цинк, то вне зависимости от продолжительности электролизажелезо и цинк, находящиеся в контакте с медью в кислом электролите,растворяются, что обуславливает отслаивание покрытия. По этой причине предварительнонаносят тонкий слой меди из щелочного электролита, затем медь наращивают донужной толщины в кислом электролите.

Простые(кислые) электролиты.

К простым электролитам относится целый ряд кислыхэлектролитов: сернокислые, борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные,сульфамидные, нитратные и хлористые. Они просты по составу и допускают работупри высоких плотностях тока, особенно при условии перемешивания и повышеннойтемпературе. Осаждение меди происходит, в основном, при разряде двухвалентныхионов меди. Простые электролиты отличаются малой катодной поляризацией (непревышает 50¸60 мВ).Поэтому осадки меди из таких электролитов имеют крупнозернистую, грубую, новместе с тем плотную структуру. Электролиты отличаются высоким выходом меди потоку (95¸100%) изначительной скоростью осаждения. Эти электролиты устойчивы и не токсичны, атакже обладают хорошей выравнивающей способностью. К недостаткам кислыхэлектролитов следует отнести их низкую рассеивающую способность, иневозможность непосредственного нанесения на изделия из железа и цинка. Но привведении в кислые электролиты некоторых органических добавок (столярного клея,сахаромицетов, и т.д.), тормозящих процесс контактного обмена, то можнополучить медные осадки, прочно сцепленные со сталью.

Составы кислых электролитов:

Сульфатный электролит:

CuSO4*5H2O – 180 ¸ 220 г/л.

Н2SO4 – 40 ¸ 60 г/л.

NaCl – 0,03 ¸ 0,06 г/л.

Блескообразователи Б-7211 или ЛТИ 3 ¸ 5 мг/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 50°С, iк – 1 ¸ 5 А/дм2, iа – до 5 А/дм2.  Приработе с высокими плотностями тока следует перемешивать электролит сжатымочищенным воздухом. Анод – медь. Выход меди по току близок к 100%. Скоростьосаждения меди при плотности тока 4,5 А/дм2 составляет 1 мкм/мин.Электролит отличаются относительно хорошей рассеивающей способностью. Осадкиполучаются с высоким блеском (до 95% по серебряному зеркалу), хорошейвыравнивающей способностью (до 85% при толщине слоя 200 мкм), а также сотносительно невысокими внутренними напряжениями (до 1100 мПа).

Борфтористоводородный электролит:

Cu(BF4)2– 450 г/л.

НBF4 – 30г/л.

Н3BO3 – 15 ¸ 20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 40°С, iк – до40 А/дм2, iа – 5 ¸20  А/дм2. Анод – медь.Выход меди по току 95 ¸ 100%.  К достоинствам электролита относятся: высокая устойчивостьраствора, нетоксичность, плотная мелкокристаллическая структура осадков приплотностях тока, значительно превосходящих обычные. Концентрационнаяполяризация и склонность к шламообразованию у борфтористоводородногоэлектролита меньше, чем у слабокислого, он дороже, однако, этот электролитобладает большой производительностью. Поэтому рекомендуется его применение длянанесения меди на движущуюся проволоку, ленту, а также для восстановленияизношенных деталей.

Кремнефтористый электролит:

CuSiF6 – 250 ¸ 300 г/л

H2SiF6 – 10 ¸ 15 г/л

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 60°С, iк – до40 А/дм2, iа – 10 ¸20  А/дм2. Анод – медь.Электролит готовят, растворяя кремнефтористую медь небольшими порциями вкремнефтористой кислоте, затем раствор фильтруют.

Хлоридный электролит:

CuCl2*2H2O – 20 ¸ 30 г/л.

НCl– 400 ¸ 550 г/л.

HCOOH – 5 ¸ 10 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, iк – 1 ¸ 1,5 А/дм2. Анод – медь.

Нитратный электролит:

CuCl2*2H2O – 0,4 г/л.

Cu(NO3)2 *3H2O– 500 ¸ 600 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, iк – 5 ¸ 20 А/дм2, рН – 1 ¸2. Анод – медь.

При работе с кислыми  электролитами важноиспользовать специальные, не дающие шлама медные аноды, содержащие 0,03 ¸ 0,06 % фосфора. Рекомендуетсятакже использовать анодные чехлы из кислотостойкого материала (например, изполипропиленового волокна) и вести электролиз при непрерывной фильтрации.

Комплексные(щелочные) электролиты.

В комплексных электролитах разряжается комплексныйион меди ([Cu(CN3)]2-; [CuNH2CH2CH2NH2]2+; [Cu(C4H4O6)]2-; [Cu(NH3)4]2+; [Cu(P2O7)2]6-; [Cu(P3O10)2]8-). Степень диссоциации этих ионовмала, поэтому потенциал становится электроотрицательнее (в цианидных электролитахна 0,9 ¸ 1,2В). Из-за этого не происходит контактного осаждения меди. Щелочные электролитыобладают очень высокой катодной поляризацией. Поэтому осадки получаютсямелкозернистыми. Из комплексных электролитов применяют: цианистые,пирофосфатные, аммиакатные, этилендиамидовые, полиэтиленполиаминовые,гексаметафосфатные, триполифосфатные и т.д. Наиболее широко используются цианидныеи пирофосфатные электролиты.

Составы щелочных электролитов:

 Цианидный электролит:

CuCN– 90 г/л.

NaCNсвоб. – 5 ¸ 7 г/л.

КCNS– 40 г/л.

Фурфуриловый спирт – 0,3 ¸ 0,6 г/л

Электролиз ведется при температуре 60 ¸ 70°С, iк – 2 ¸ 4 А/дм2. Анод – медь.Выход меди по току 92%. Перемешивание проводят качанием штанг. Цианидныеэлектролиты дают мелкозернистые осадки с хорошим сцеплением со сталью и цинком,обладают очень хорошей рассеивающей способностью. Основные недостатки цианидныхэлектролитов – это токсичность, большие затраты на очистку сточных вод, низкийвыход по току, а также относительно низкая устойчивость состава электролита приэксплуатации. Преимуществом цианидных электролитов является также то, что медьвосстанавливается из одновалентных ионов, т.е. за 1 А*ч выделяется гораздобольше меди, чем в простых электролитах.

Пирофосфатный электролит:

CuSO4*5H2O – 70 ¸ 90 г/л.

K4P2O7 – 350 г/л.

NH4OH (25%раствор) – 1 ¸ 2 г/л.

Кислота лимонная 20 г/л.

Na2SeO3 – 0,002 г/л.

Электролиз ведется при температуре 35 ¸ 40°С, iк – 0,8 ¸ 1,7 А/дм2, рН – 8,3 ¸8,5. Анод – медь. При нанесениипокрытий на сталь следует загружать детали в электролит под током. Кроме того,в начале электролиза необходима повышенная плотность тока (1,0 ¸ 1,5 А/дм2) в течение 20¸ 50 сек. Пирофосфатные электролитыне уступают цианидным по рассеивающей способности, однако, неустойчивы инедостаточна адгезия со сталью полученных из них покрытий.

Этилендиаминовый электролит:

CuSO4*5H2O – 100 ¸ 125 г/л.

ZnSO4*7H2O – 15 ¸ 25 г/л.

(NH4)2SO4– 45 ¸ 60 г/л.

Этилендиамин – 55 ¸ 60 г/л.

Na2SO4*10H2O– 45 ¸ 60 г/л.

Электролиз ведется при температуре 15 ¸ 25°С, iк – 0,5 ¸ 2 А/дм2, рН – 7,8 ¸ 8,3. Анод – медь. Особенностьюэтилендиаминовых электролитов является то, что детали загружаются в ванну подтоком плотностью, в 3-5 раз превышающую рабочую. Длительность «толчка тока»составляет 30-60 сек. Из этилендиаминовых электролитов осаждаются плотные мелкозернистыеи блестящие осадки меди. Для улучшения сцепления осадков со стальной основойрекомендуется производить осаждение из двух ванн (первый слой осаждается изэлектролита с более низкой концентрации меди).

Аммиакатный электролит:

CuSO4*5H2O – 90 г/л.

(NH4)2SO4– 80 г/л.

NH4NO3 – 40 г/л.

NH4OH<sub/>– 180г/л.

Электролиз ведется при температуре 20°С, iк – 1,5 ¸ 8 А/дм2, рН – 9,0 ¸ 9,5. Анод – медь. Одними издостоинств электролита являются высокая рабочая плотность тока и достаточнобольшая производительность. Осадки из аммиакатных электролитов обладают прочнымсцеплением со стальной основой. Однако для них характерна низкая устойчивость состававследствие сильного испарения, а также наличие мощной вытяжной системывентиляции. Аммиакатные электролиты обладают несколько худшей рассеивающейспособностью по сравнению с пирофосфатными электролитами.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

Электролиты никелирования очень чувствительны корганическим и неорганическим примесям. Правильное приготовление электролитаобеспечивает надежную работу в течение длительного времени. При соответствующейочистке и корректировке этот электролит можно использовать несколько лет. Вроли буферного соединения в сульфатных электролитах обычно используют борнуюкислоту. Возможно также использования солей уксусной кислоты.

Сернокислые электролиты.

NiSO4*7H2O – 240 ¸ 340 г/л.

NiCl2 *6H2O – 30 ¸ 40 г/л.

Н3ВО3 – 30 ¸ 40 г/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, iк – 2,5 ¸ 10 А/дм2. Анод –никель. Выход никеля по току 95%. Перемешивание проводят сжатым воздухом. рНэлектролита 4,5 ¸ 5,2.

Для скоростного осаждения никеля используютсяфторборатные или кремнийфтористоводородные электролиты. Они позволяют вести осаждениепри высоких плотностях тока. Осадки получаются светлые и элластичные.

Фторборатный электролит.

Ni(BF4)2– 300  ¸ 400г/л.

NiCl2 *6H2O – 10 ¸ 15 г/л.

Н3BO3 – 10 ¸ 15 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количествоНBF4.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 55 °С, iк – 10 ¸ 20 А/дм2. Анод –никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 3 ¸ 3,5.

Мткротвердость осадков, полученных из электролита,достигает 3,5 гПа. Электролит используют как в стационарных ваннах, так и вбарабанах и колоколах.

Кремнийфтористоводородный электролит.

Ni(НBF6)2– 400  ¸ 700г/л.

NiCl2 *6H2O – 25 ¸ 50 г/л.

Н3BO3 – 30 ¸ 40 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количествоH2SiF6.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 50 °С, iк – до15 А/дм2. Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита0,5 ¸ 1.

В качестве буферных добавок для таких электролитовиногда используют фториды.

Для получения покрытий с минимальными внутренниминапряжениями используются сульфаминовые электролиты. Эти электролитыприменяются для нанесения толстых слоев никеля, при покрытии неметаллов попроводящему слою или металлов по разделительному слою, а также для осаждения специальных(например, магнитных) покрытий. Сульфаминовыеэлектролиты такжепозволяют получить пластичные осадки с очень большой степенью сцепления сосновой.

Ni(Н2NSO3)2 – 280  ¸ 300 г/л.

NaCl – 12 ¸ 15 г/л.

Н3BO3 – 25 ¸ 30 г/л.

Моющее средство «Прогресс» или ОС-20 – 2 ¸ 3 мл/л.

Паратолуолсульфамид – 1,5 ¸ 2 г/л.

Электролиз ведется при температуре 50 ¸ 60 °С, iк – 5 ¸ 12 А/дм2. Анод –никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 3,6 ¸ 4,2.

1.     ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГОПРОЦЕССА.1.1. ОПИСАНИЕТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.

1.    Химическое обезжиривание.

Химическое обезжиривание поверхности деталейприменяется перед нанесением гальванических покрытий, как правило, предшествуетэлектрохимическому обезжириванию. Применяется при наличии на деталях толстыхжирных пленок.

Химический способ удаления жиров основывается навзаимодействии с органическими растворителями и щелочами. Это взаимодействиеприводит к растворению жиров, их омылению или образованию эмульсий.

Для обезжиривания используется следующий состав:

NaOH – 30 мг/л;

Na3PO4 – 20 мг/л;

Na2SiO3 – 15 мг/л;

Синтанол ДС-10 – 10 мг/л;

Обезжиривание ведется при температуре 60 – 80˚С в течение 5 – 20 минут.

2.   Электрохимическое обезжиривание.

Электрохимическое обезжиривание более эффективно,чем химическое, но применяется только для тонких жировых пленок. При проведенииэлектрохимического обезжиривания на детали образуются пузырьки газа, которыеспособствуют отрыву загрязнений.

Электрохимическое обезжиривание бывает катодным ианодным. Катодное обезжиривание быстрее, но возникает опасность наводораживанияповерхности. Анодное обезжиривание более медленное, нет наводораживанияповерхности, но возникает опасность подтравливания поверхности деталей.

В данной работе предлагается сначала провестикатодное обезжиривание, затем поменять полярность и короткое время проводитьанодное обезжиривание для того, чтобы удалить водород из детали.

Состав электролита:

NaOH – 20 мг/л;

Na3PO4 – 30 мг/л;

Na2SiO3 – 30 мг/л;

Синтанол ДС-10 – 2 мг/л;

Обезжиривание ведется при температуре 60 – 70˚С. В течение 8 минут проводится катодное обезжиривание при iк – 2 – 10 А/дм2. Втечение 2 минут проводится катодное обезжиривание при iа – 2 – 10 А/дм2.

3.    Активирование.

Операция предназначена для удаления тончайшихоксидных пленок с поверхности деталей. Ее проводят между процессамиобезжиривания и нанесения покрытий. Лучше, когда в процессе активацииисключается промежуточная промывка. Тогда в ванну активации включаются те элементы,перенос которых в гальваническую ванну не приводит к ухудшению процесса.

Раствор для активации содержит H2SO4  — 120 мл/л.

4.    Промывка.

Цель промывки – не только тщательно удалить споверхности изделий растворы и продукты от предыдущих операций, ни и приэкономном расходе воды обеспечить их минимальное попадание в сточные воды.

Существует 2 смены промывки деталей: одноступенчатая(промывка в одной ванне с проточной водой) и многоступенчатая (промывка в несколькихпоследовательно установленных ваннах с проточной водой). Многоступенчатаяпромывка может быть прямоточной и противоточной (каскадной 2-х и 3-хступенчатой).

 Каждая из схем промывки может быть дополнена ваннойулавливания (ванна с непроточной водой).

В гальваническом производстве различают 3 видапромывок: холодную (температура не нормируется), теплую (температура 40 – 50˚С), горячую (температура 70 – 90 ˚С).

5.    Осаждение покрытия.

Для осаждения подслоя меди на стальные деталииспользуется пирофосфатный электролит.

CuSO4*5H2O – 70 ¸ 90 г/л.

K4P2O7 – 350 г/л.

NH4OH (25%раствор) – 1 ¸ 2 г/л.

Кислота лимонная 20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 35 ¸ 40°С, iк – 0,8 ¸ 1,7 А/дм2, рН – 8,3 ¸8,5. Анод – медь. При нанесениипокрытий на сталь следует загружать детали в электролит под током. Кроме того,в начале электролиза необходима повышенная плотность тока (1,0 ¸ 1,5 А/дм2) в течение 20¸ 50 сек.

С увеличением концентрации свободных ионов P2O74- уменьшаетсясклонность анодов к пассивации. И улучшается сцепление медных осадков сосновой.

Для приготовления электролита сначала к теплому(температура 30 – 40 ˚С) раствору CuSO4 добавляют раствор K4P2O7 в количестве, необходимомдля образования Cu2P2O7по реакции:

2CuSO4 + K4P2O7= Cu2P2O7 + 2 K2SO4.

Полученный осадок фильтруют и промывают до полногоудаления ионов SO42-, после чего в избытке добавляют K4P2O7. В результате образуютсякомплексные ионы [Cu(P2O7)]2- и [Cu(P2O7)2]6-, которые существуют при рН 7,5 – 9,5.

Введение в электролит лимонной кислоты, NH4OH и других добавок улучшает работу анодов испособствует повышению допустимой плотности тока при относительно высоком выходемеди по току (близок к 100%).

Для осаждения никеля используется простойсернокислый электролит.

NiSO4*7H2O – 250 ¸ 300 г/л.

NаCl– 10 ¸ 15 г/л.

Н3ВО3 – 30 ¸ 40 г/л.

1,4-бутиндиол – 1,0 ¸ 1,5 г/л.

Формальдегид – 0,01 ¸ 0,05 г/л.

Хлорамин Б – 2,0 ¸ 2,5 г/л.

ОС-20 – 2 ¸ 5 мл/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, iк – 3 ¸ 5 А/дм2. Анод – никель.рН электролита 4,5 ¸ 5,5.

Электроосаждение никеля проходит при повышеннойкатодной и анодной поляризации. При пассивации анодов уменьшается концентрацияионов никеля в прикатодном пространстве. Это приводит к снижению выхода потоку. Введение ионов Cl-снижают анодную поляризацию, т.к. Cl-  разряжаясь на аноде,  растворяют пассивную пленку и снижают аноднуюполяризацию. Но, повышенное содержание ионов Cl- увеличивают растворимость анодов,что приводит к нестабильности работы ванны и повышению рН катодногопространства. Поэтому необходимо контролировать содержан хлорид-аниона вэлектролите.

При осаждении никеля из кислых электролитов накатоде выделяется водород. Из-за этого в прикатодном пространстве повышаетсярН, что приводит к образованию хрупких и шероховатых осадков.

Увеличение кислотности также приводит, также, кснижению выхода по току (из-за расхода энергии на разряд Н+).Выделение водорода приводит к образованию пористого шероховатого осадка спиттингом. Поэтому никелирование проводят при рН 4,0 – 5,5.

Для приготовления электролита необходимо в течение 2– 4 часов промывать ванну 3 – 5% раствором кислоты при t – 50 – 60˚С. затем слить раствор и промытьванну дистиллированной водой.  Залить ванну наполовину водой и подогреть до70˚С. Засыпать ванну необходимое количество борной кислоты, растворитьперемешивая. Затем засыпать NiSO4*7H2Oи NaCl и растворить. Долить воду дорабочего уровня и засыпать блескообразующие добавки. Откорректировать рН,добавляя кислоту или карбонат никеля.

6.    Сушка.

Проводится после окончательной промывки деталей(после осаждения покрытия). Представляет собой обдувку теплым (t – 60 – 70˚С) воздухом.Проводится в сушильном шкафу.


1.2 СХЕМАТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.№ п/п Операция Состав раствора, г/л. Температура, ˚С.

Плотность тока, А/дм2.

Продолжительность операции, мин. 1 Химическое обезжиривание NaOH 30 60 – 80 -

 

5 – 20

Na3PO4

20

Na2SiO3

15 Синтанол ДС-10 2 22 Эл.Хим. обезжиривание NaOH 20 60 – 70 2 – 10 10

Na3PO4

30

Na2SiO3

30 Синтанол ДС-10 2 3 Горячая промывка  1-я ступ.

Н2О

50 – 60 - 0,5 4 Холодная промывка  2-я ступ.

Н2О

20 - 0,5 5 Активация H2SO4 120 45 – 80 - 2 6 Холодная промывка

Н2О

20 - 0,5 7 Осаждение меди

CuSO4*5H2O

80 40 1,5 38

K4P2O7

350

NH4OH

2

C6H8O7*H2O

20 8 Холодная промывка

Н2О

20 - 0,5 9 Горячая промывка

Н2О

50 – 60 - 0,5 10 Осаждение никеля

NiSO4* 7H2O

300 50 3 15 NaCl 15

Н3ВО3

40
№ п/п Операция Состав раствора, г/л. Температура, ˚С.

Плотность тока, А/дм2.

Продолжительность операции, мин. 110 Осаждение никеля 1,4- бутиндиол 1,5 50 3 15 Формальдегид 0,05 Хлорамин-Б 2,5 ОС-20 5 11 Холодная промывка

Н2О

20 - 0,5 12 Горячая промывка

Н2О

50 – 60 - 0,5 13 Сушка воздух 60 – 70 - 5
2.РАСЧЕТ УЧАСТКА ОСАЖДЕНИЯ ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯМЕДЬ-НИКЕЛЬ.ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯМЕДЬ-НИКЕЛЬ.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДОВРАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ.

Участок металлопокрытия работает, в основном, в двесмены при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными днями. Продолжительностьрабочей недели в одну смену 41 час. В некоторых случаях работа ведется в однуили три смены.

Номинальный годовой фонд времени Тн,исходя из 112 нерабочих дней в году (104 выходных и 8 праздничных), составляет:

Тн = 365 – 112 = 253 суток ( 6210 ч. при3-х сменной работе).

Для определения действительного фонда времени Тдиз Тн вычитают продолжительность основного и дополнительногоотпусков, время неизбежных простоев оборудования, включая время, потребное дляремонта:

Тд= Тн – То – Тп

Где:

То — время основного идополнительного отпусков;

Тп — время неизбежныхпростоев оборудования.

Потери времени Тп в зависимости от видаоборудования и условий работы цеха составляют 2 – 12% номинального годовогофонда времени. Действительные годовые фонды времени рабочих и оборудования,обязательные при проектировании цехов металлопокрытий приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1.

Действительный годовой фонд времени рабочих.

Продолжительность рабочей недели, ч. Номинальный годовой фонд времени, ч. Продолжительность отпуска, дни. % потерь номинального фонда времени. Действительный годовой фонд времени, ч. 41 2070 155 10 1860 41 2070 18 11 1840 41 2070 24 12 1820

Таблица 2.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования гальваническихцехов.

Количество рабочих смен в сутки. Неавтоматизированное оборудование. Номинальный годовой фонд времени, ч. Потери номинального фонда времени, % Действительный годовой фонд времени, ч. 3 6210 4 5960
2.2 РАСЧЕТПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ.

Производственная программа на предприятииустанавливается несколько выше заданной, что связано с выпуском некачественнойпродукции (браком), ввиду сложности гальванического производства. Брак можетполучиться ввиду несоответствия рецептуры состава раствора или электролита водной из технологических операций, а также из-за загрязнения электролита, плохого контакта с деталей с барабаном, барабана с контактами, анода со штангойи т.д. брак, в основном, подлежит переделке. Процент переделки зависит от видапокрытия, принятой технологии, типа оборудования, условий работы цеха, поэтомупринимается условно 0,5 – 3% по заданному типу детали.

/> <td/> />
Годовая производственнаяпрограмма определяется:

Где:

Ргод – годовая программа цеха, м2/год;

Рзад – годовая программа цеха,соответствующая заданию, м2/год;

а – брак продукции, допускающий переделку, %(принимаем 3%).

Ргод = 6000 + (6000/100)*3 = 6180 м2/год.

Принимаем 1 кг = 1 дм2.

Поэтому: Ргод = 61800 кг/год.


2.3 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ.

Время обработки деталей τ, одновременнозагружаемых в ванну, складывается из технологического времени τ1и вспомогательного времени τ2.

τ= τ1 + τ2.

Технологическое время определяется временемпродолжительности гальванического процесса (времени нахождения по током). Т.к.в данном процессе осаждается два вида покрытия, то в качестве технологическоговремени выбирается самый продолжительный процесс. Вспомогательное времявключает в себя продолжительность загрузки и выгрузки деталей из ванны.

Продолжительность электроосаждения металла (в мин.)рассчитывается по закону Фарадея:

/>.

Где:

δ – толщина покрытия, мкм;

ρ – плотность осаждаемого металла,  г/см3;

iк – плотность катодного тока, А/дм2;

Кэ – электрохимический эквивалентосаждаемого металла, г/Ач;

Вт – выход по току, %.

Рассчитаем время осаждения слоя меди толщиной 12мкм;

/>.

Рассчитаем  продолжительность осаждения слоя никелятолщиной 9 мкм:

/>

Процессом, определяющим технологическое времяявляется меднение, т.к. он самый продолжительный. Вспомогательное времяпринимаем равным 7 минутам. Поэтому время обработки деталей:

τ= 38 + 7 = 45 мин.

В час получается 1,33 загрузки.


2.4 РАСЧЕТНЕОБХОДИМОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УЧАСТКА./> <td/> />
Расчет производится поформуле:

Где:

Ргод – годовая программацеха, кг/год;

Тд – действительныйгодовой фонд времени час/год;

/> <td/> />
Р – производительностьучастка кг/час.

Введем загрузочный коэффициент Кз,который учитывает затраты времени на организацию и проведение первоначальнойзагрузки и выгрузки деталей, незапланированные простои. Принимаем Кз= 0,8.

/> <td/> />
Реальная часовая программа сучетом коэффициента загрузки:/> <td/> />
Т.к. в данном проекте 1загрузка происходит в 45 мин., то рассчитаем реальную программу загрузки:
2.5 РАСЧЕТКОНСТРУКЦИИ БАРАБАНА.

Рассчитаем количество деталей в 1 загрузку:

/>=/>

Где:

Рзагр – реальная программа загрузки;

m1дет – масса 1 детали.

m1дет = V1дет * ρ = 0.002 *7.85=0.017 кг. = 17 гр.

Т.к. в час производится 1,33 загрузки, то загрузка вчас:

/>

Размеры барабана определяются исходя из насыпногообъема Vнас загружаемых деталей. Насыпнойобъем принимается равным 25 – 35% от геометрического объема барабана V. Насыпной объем больше, чем объемзагружаемых деталей в Vдет 3 –10 раз.

/>

/>;/>

Насыпная масса mнас: 9,8 кг/л.

Насыпная площадь Sнас: 65 дм2.

Объем шестигранного барабана рассчитывается поформуле:

/>

Где:

r – радиус описанной окружности, дм;

l– длина барабана, дм.

Длину барабана принимают равной 1,5 – 3 внутреннегодиаметра барабана.

Получаем размеры барабана:

Длина l= 726 мм;

Диаметр d= 242 мм.

Принимаем стандартный барабан:

Длина l= 730 мм;

Диаметр d= 270 мм.

2.6 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВВАННЫ.

Размеры ванны, в которую погружается барабан,рассчитываются, исходя из габаритов барабана и конструкции крепления барабанана ванне.

Длина ванны для барабана:

Lвн = l + 2*l1

Где:

l – длина барабана, 0,73 м;

l1 – расстояние от торцевой стенкиванны до барабана, 0,12 м.

Lвн =0,73 + 2*0,12 = 0,97 м

Ширина ванны для одного барабана:

Wвн = d + 2*w1 + 2*w2+ 2*D

Где:

d – диаметр барабана, 0,27 м;

w1 – расстояние между анодом иближайшим краем барабана, 0,1 м;

w2 – расстояние между анодом ипродольной стенкой ванны, 0,05 м;

D – толщина анода, 0,01 м.

Wвн =0,27 + 2*0,1<sub/>+ 2*0,05+ 2*0,01 =  0,58 м

Высота ванны:

Нвн= h1 + h2 + hб

Где:

h1 – глубина погружения барабана вэлектролит, 0,27 м;

h2 – расстояние от дна ванны донижнего края барабана, 0,2 м;

hб – расстояние от зеркала электролитадо края ванны, 0,3 м;

Нвн= 0,27  + 0,2<sub/>+ 0,3 = 0,77

Принимаем существующие размеры:

L – 970 мм;

W – 550 мм;

H – 800 мм.

Рабочий объем ванны составляет 250 л.


2.7 ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА.2.7.1ПОВЕРХНОСТЬ ЗАГРУЗКИ И СИЛЫ ТОКА.

Суммарная поверхность загрузки одной ванны S:

S = (S1 + S2)y

Где :

S1 – рабочая поверхность покрываемыхдеталей, Sнас = 65 дм2;

S1 – нерабочая поверхность, 0,03 S1 = 1,95 дм2;

у – количество барабанов, 1 шт.

S= (65 + 1,95) * 1 = 67 дм2

Сила тока, проходящая через ванну: I = S iк

Для ванны меднения:

ICu = 67 * 1.5 =  101 А

Для ванны меднения:

INi = 67 * 3 =  201 А

 

2.7.2БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ ВАННЫ.

Напряжение, подаваемое на штанги ванны, равноалгебраической сумме отдельных падений напряжения:

Ев=Еа-Ек+Еэл+Екон

Где:

Ев – напряжение на ванне, В;

Еа – анодный потенциал, В;

Ек – катодный потенциал, В;

Еэл – омическое падение напряжения вэлектролите, В;

Екон– падение напряжения в контактах и металлических проводниках, В;

Для ваннымеднения:

iср*L

1,22 * 20

 

Еэл

= c * 100 = 0,15 * 100 = 1,63 В /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>

Екон

= 0,1 *

(Еа-Ек+Еэл)

= 0,1 * ( 0,08 - -0,29 + 1,63 ) = 0,2 В

Ев

= 0,08 - -0,29 + 1,63 + 0,2 =

2,2

В /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Для ванны никелирования:

iср*L

2,12 * 20

 

Еэл

= c * 100 = 0,04 * 100 = 1,1 В /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>

Екон

= 0,1 *

(Еа-Ек+Еэл)

= 0,1 * ( 0,1 - -0,65 + 1,1 ) = 0,2 В

Ев

= 0,1 - -0,65 + 1,1 + 0,2 = 2,1 В

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 

2.7.3 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ТОКА.

Напряжение источника тока:

/>

Где:

Ев – напряжение на ванне, В;

Еш – падение напряжения на штангах, В.

Еш – берут равным 0,1 Еи.т…Поэтому Еи.т.= Ев /0,9.

Для ванны меднения:

Ев

2,2

Еит

= 0,9 = 0,9 = 2,44 В

 Для ванны никелирования:

Ев

2,1

Еит

= 0,9 = 0,9 = 2,28 В

 И для ванны никелирования имеднения выбираем источник тока:


2.7 РАСХОД ВОДЫ.

Цеха металлопокрытий расходуютмного воды. В основном вода расходуется на промывку деталей после различныхтехнологических операций (до 80%). Кроме того, вода затрачивается насоставление и пополнение растворов ванн, нагрев электролитов и отдельногооборудования. вода, идущая на нагрев, может использоваться вторично.

/> <td/> />
Расход воды Qр, затрачиваемый на промывку деталейрассчитывается по формуле:

Где:

q – унос раствора поверхностьюдеталей, л/дм2;

N – количество ступеней (ванн)промывки;

К0– критерий промывки, т.е. отношение концентрации основного компонента вэлектролите к предельно допустимой концентрации этого компонента в воде послепромывки;

S – поверхность промываемых деталей,м2/год.

Величина q при обработке россыпью в барабанах принимается равной0,3 л/м2. Значения критерия К0свои для каждой операции.Если перед промывкой проводится улавливание электролита, то К0уменьшают введением коэффициента 0,4 при одной ванне улавливания.

Расход воды на промывку послеобезжиривания:

К0= 600;

Количество ступеней промывки – 2(1-я горячая, 2-я холодная)

/>

/>2

Qобезж

= 0,3 600 * 6180 = 45 413,54 л/год

Количество горячей воды составляет0,5 от общего количества воды и равно :

Qобезж.гор.

=

Qобезж.хол.

= 22 706,77 л/год

Расход воды на промывку послеактивирования:

 К0= 700;

Количество ступеней промывки – 2(2-е ступени холодные)

/>

/>2

Qакт

= 0,3 700 * 6180 = 49 052,23 л/год

Qакт.хол.

= 49 052,23 л/год /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Промывка после меднения:

К0= 6000;

Количество ступеней промывки – 2(1-я холодная, 2-я горячая);

После осаждения меди проводитсяулавливание электролита.

/>

/>2

Qмедь

= 0,3 6000 * 0,40 * 6180 = 90 827,08 л/год

Количество горячей воды принимаетсяравной 1/3 от общего количества.

1/3

Qмедь.общ.

=

Qмедь.гор.

= 30 275,69 л/год

Промывка после никелирования:

К0= 2500;

Количество ступеней промывки – 2(1-я холодная, 2-я горячая);

После осаждения никеля проводитсяулавливание электролита.

/>

/>2

Qник

= 0,3 2500 * 0,4 * 6180 = 58 628,63 л/год

Количество горячей воды принимаетсяравной 1/3 от общего количества.

1/3

Qник.общ

=

Qник.гор.

= 19 542,88 л/год

Итого количество воды на промывку:

Qпром

=

Qобезж

+

Qакт

+

Qмедь

+

Qник

=

243 921,48

л/год Из них горячее

Qпром.гор

=

Qобезж.гор.

+

Qмедь.гор.

+

Qник.гор.

=

72 525,34

л/год /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Для определения общего количестваводы необходимо также учитывать воду, идущую на приготовление растворов, корректировкуэлектролитов, промывку ванн при чистке и т.д. расход такой воды принимаетсяравной 20% от количества воды, идущей на промывку.

Qэл

= 20% 243 921,48 =

48 784,30

л/год

 

ИТОГО

=

292 705,78

л/год /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
2.7 РАСЧЕТ РАСХОДАМАТЕРИАЛОВ.

Химикаты и аноды расходуются на первоначальный пуск ванны и навыполнение годовой производственной программы.

2.7.1 РАСЧЕТ РАСХОДА ХИМИКАТОВ.

На первоначальный пуск ваннытребуется следующее количество химикатов:

/> <td/> />
 Где:

С – содержание каждого компонента врастворе г/л;

V – объем ванны, 250 л;

В – количество ванн, 1 шт;

Gп – расход каждого  компонента, кг.

Gп = 0,5*С

Расход химикатов в процессеэксплуатации ванн определяется суммарными потерями Dg в результате уноса раствораповерхностью деталей и барабаном, корректировании, чистке ванн, фильтрациирастворов, уноса в вентиляционные каналы.

Расход химикатов на выполнениигодовой программы:

D g C ( S +

Sn

)

Gпр

= 1000

Где:

S – годовая покрываемая поверхностьизделия 6180 м2/год;

Sn– нерабочаяплощадь поверхности, 0,10S618 м2/год;

С – содержание каждого компонента врастворе г/л.

D g C ( 6180 + 618,00 )

Gпр

= 1000 = D g C 6,8

Т.к. ванны обезжиривания иактивации меняются один раз в месяц, то расход на годовую программу принимаем12Gп.

Расход химикатов на химическоеобезжиривание:

NaOH - 30 г/л

Gn

= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг

Na3PO4

- 20 г/л

Gn

= 0,5 * 20 * 12 = 120,00 кг

Na2SiO3

- 15 г/л

Gn

= 0,5 * 15 * 12 = 90,00 кг Синтанол ДС-10 - 10 г/л

Gn

= 0,5 * 10 * 12 = 60,00 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход химикатов наэлектрохимическое обезжиривание:

NaOH - 20 г/л

Gn

= 0,5 * 20 * 12 = 120,00 кг

Na3PO4

- 30 г/л

Gn

= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг

Na2SiO3

- 30 г/л

Gn

= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг Синтанол ДС-10 - 2 г/л

Gn

= 0,5 * 2 * 12 = 12,00 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход материалов на активацию:

Н2SO4

- 120 г/л

Gn

= 0,5 * 120 * 12 = 720,00 кг

Расход материалов на меднение:

D g = 0,34 - 0,12 = 0,22

л/м2

CuSO4*H2O

- 80 г/л

Gn

= 0,5 * 80 = 40,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 80 = 119,64 кг G = 159,64 кг

К4Р2O7

- 350 г/л

Gn

= 0,5 * 350 = 175,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 350 = 523,45 кг G = 698,45 кг

NH4OH 25%

- 2 г/л

Gn

= 0,5 * 2 = 1,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 2 = 2,99 кг G = 3,99 кг

 C6H8O7*H2O

- 20 г/л

Gn

= 0,5 * 20 = 10,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 20 = 29,91 кг G = 39,91 кг

Na2SeO3

- 0,002 г/л

Gn

= 0,5 * 0,002 = 0,0010 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 0,002 = 0,0030 кг ИТОГО G = 0,0040 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход материалов на никелирование:

D g = 0,48 - 0,12 = 0,36

л/м2

NiSO4*7H2O

- 300 г/л

Gn

= 0,5 * 300 = 150,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 300 = 448,67 кг G = 598,67 кг NaCl - 15 г/л

Gn

= 0,5 * 15 = 7,50 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 15 = 22,43 кг G = 29,93 кг

H3BO3

- 40 г/л

Gn

= 0,5 * 40 = 20,00 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 40 = 59,82 кг G = 79,82 кг 1,4-бутиндиол - 1,5 г/л

Gn

= 0,5 * 1,5 = 0,75 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 2 = 2,24 кг G = 2,99 кг Формальдегид - 0,05 г/л

Gn

= 0,5 * 0,05 = 0,0250 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 0,050 = 0,0748 кг G = 0,0998 кг Хлорамин-Б - 2,5 г/л

Gn

= 0,5 * 2,5 = 1,25 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 2,500 = 3,74 кг G = 4,99 кг ОС-20 - 5 г/л

Gn

= 0,5 * 5 = 2,50 кг

Gпр

= 6,80 * 0,22 * 5,000 = 7,48 кг ИТОГО G = 9,98 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> 2.7.2 РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ.

Для меднения:

= 2

= 65,0 * 2 = 130

дм2

Т.к в ванне 2 анода, то:

S1а

=

/ 2 = 65,0

дм2

Принимаем:

Длина анода 8,00 дм Толщина анода 0,10 дм Ширина анода 4,00 дм

Расход анодов на первоначальныйпуск:

s = lbDd

Где:

l – длина анода, 0,8 м;

b – суммарная ширина анодов,0,4*2=0,8 м;

D – толщина анода, 0,01 м;

d – плотность металла анода, 8930кг/м3.

s = 0,8*0,8*0,01*8930 = 57,15 кг.

Для никелирования:

= 2

= 65,0 * 2 = 130

дм2

Т.к в ванне 2 анода, то:

S1а

=

/ 2 = 65,0

дм2

Принимаем:

Длина анода 8,00 дм Толщина анода 0,10 дм Ширина анода 4,00 дм

Расход анодов на первоначальныйпуск:

s = lbDd

Где:

l – длина анода, 0,8 м;

b – суммарная ширина анодов,0,4*2=0,8 м;

D – толщина анода, 0,01 м;

d – плотность металла анода, 8900кг/м3.

s = 0,8*0,8*0,01*8930 = 56,96 кг.

Расход анодов на выполнение годовойпрограммы для меднения:

/> <td/> />

Где:

d – плотность металла анода, 8930кг/м3;

S – годовая поверхность обработки,6180 м2;

d — толщина покрытия, 0,012 мм;

Dd- потери при отливке анодов, сверлении, шламообразовании, 5% 33 кг;

Gп = 695.36 кг.

Расход анодов на выполнение годовойпрограммы для никелирования:

/> <td/> />

Где:

d – плотность металла анода, 8900кг/м3;

S – годовая поверхность обработки,6180 м2;

d — толщина покрытия, 0,009 мм;

Dd- потери при отливке анодов, сверлении, шламообразовании, 5% 25 кг;

Gп = 519.77 кг.


2.7.3. СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.Наименование операции Наименование материалов Расход материала Общая годовая потребность материалов, кг/год /> на программу, кг/год на первую загрузку, кг /> /> Обезжиривание NaOH - 180,00 180,00 />

Na3PO4

- 120,00 120,00 />

Na2SiO3

- 90,00 90,00 /> Синтанол ДС-10 - 60,00 60,00 /> Эл.химическое обезжиривание NaOH - 120,00 120,00 />

Na3PO4

- 180,00 180,00 />

Na2SiO3

- 180,00 180,00 /> Синтанол ДС-10 - 12,00 12,00 /> Активирование

Н2SO4

- 720,00 720,00 /> Осаждение меди

CuSO4*H2O

119,64 40,00 159,64 />

К4Р2O7

523,45 175,00 698,45 />

NH4OH 25%

2,99 1,00 3,99 />

 C6H8O7*H2O

29,91 10,00 39,91 />

Na2SeO3

0,0030 0,0010 0,0040 /> Осаждение никеля

NiSO4*7H2O

448,67 150,00 598,67 /> NaCl 22,43 7,50 29,93 />

H3BO3

59,82 20,00 79,82 /> 1,4-бутиндиол 2,24 0,75 2,99 /> Формальдегид 0,0748 0,0250 0,0998 /> Хлорамин-Б 3,7400 1,2500 4,99 /> ОС-20 7,4800 2,5000 9,98 /> Анод медный Cu 695,3600 57,1500 752,51 /> Анод никелевый Ni 519,7700 56,9600 576,73 />
2.8 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ.2.8.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0

дм3

= 0,25

м3

Длина ванны - 0,97 м Ширина ванны - 0,55 м Высота ванны - 0,80 м Толщина корпуса - 0,01 м

Футеровки нет, щелочная ванна, поэтому стальнойкорпус не растворяется.

С1

- удельная теплоемкость раствора - 4570 Дж/кг*К r - плотность ратвора - 1,08

кг/дм3

С2

- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К

rст

- плотность стали - 7,8 *

103

кг/м3

- 20 С

- 70 С /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расчет массы корпуса:

Gст1

= H * L * b *

rст

* 2 = 121,06 кг

Gст2

= H * В * b *

rст

* 2 = 68,64 кг

Gдно

= L * В * b *

rст

* 2 = 83,23 кг Итого масса корпуса G - 272,93 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход тепла на разогрев ванны:

Q2

Qраз.

=

Q1

- 2

Q1

- расход тепла на разогрев ванны

Q2

- расход тепла на компенсацию тепловых потерь

Q1

= ( V *

С1

* r + G *

С2

) * Dt = 68 265,79 кДж

Q2 = q1+ q2

q1 – потери тепла нагретой жидкостичерез стенки

q2 – потери тепла на испаренияжидкости через зеркало электролита

q1 = Sв* q1уд

q2 = Sв* q2уд

q1уд

- 2448

кДж/м2

q2уд

- 15300

кДж/м2

Определение поверхности стен ванны

Sст1

= H * L * 2 = 1,55

м2

Sст2

= H * B * 2 = 0,88

м2

Sдна

= B * L = 0,53

м2

= 2,96

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Поверхность зеркала электролита:

Sзерк

= 0,53

м2

Поэтому потери тепла:

q1

= 7246 кДж

 

q2

= 8109 кДж

 

Q2

=

q1

+

q2

= 15355 кДж /> /> /> /> /> /> /> /> /> 15355

Qраз.

= 68 265,79 + 2 = 75943,33 кДж

Расход тепла на поддержание рабочейтемпературы.

Qраб.

=

Q2

+

Q3

-

Q4

Q3

- потери тепла на разогрев загружаемых деталей

Q4

- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему ичастично компенсирует тепловые затраты, поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q3

= (

Gустр

*

С2

+

Gдет

*

С2

) * Dt

Где:

Gустр– масса устройств и приспособлений, кг;

Gдет– масса деталей, кг;

С1т,С2 – теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений итокопроводов равной массе деталей, т.о. общая масса приспособлений и деталейравна 20 кг.

Q3

= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 50 = 481,5 кДж

Q4

= 0,86 I U t = 0,86 * 455 * 8,00 * 1 = 3130 Вт/ч = 11269,44 кДж

Qраб.

= 4 567,14 кДж

Qраб.– то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания рабочейтемпературы 70°С.

Расходтепла за год:

Qгод.

=

Qраз.

* n +

Qраб.

*

Тд

Где:

n – количество дней разогрева, т.к.работа идет в 3 смены, то ванна разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаемn = 51 день.

Тд – фонд рабочеговремени, 5960 ч.

Qгод.

= 75943,33 * 51 +

4567,14.

* 5960 =

31 062 886,90

кДж

Расчет змеевика теплообменника:

Qраз.

Sзмеев

= К *

tср

* t

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000– 2000, примем К = 1000

tср– средняятемпература пара, °С;

t — время разогрева, 1 ч.

(

t1

-

t2

) - (

t3

-

t4

)

tср

= 2,3 lg *

t1

-

t2

t3

-

t4

Где:

t1 – температура пара,140 °С;

t2<sub/>– начальная температура,20 °С;

t3 – температура конденсата,90 °С;

t4<sub/>– конечная температура,70 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 70 ) 100

tср

= 2,3 lg 140 - 20 = 2,3 lg 6 = 55,87 C 90 - 70 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> 75943,33

Sзмеев

= 1000 * 55,87 * 1 = 1,36

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Находим длину змеевика:

Sзмеев

1,36 L = p * D = 3,14 * 0,064 = 6,77 м /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

D – диаметр змеевика – 2 трубныхдюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванныобезжиривания:

Qраз.

75943,33

Рразогр

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 27,62 кг

q`

= t *

Cр пара

= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг

q``

= t *

Cр воды

= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход пара на годовую программуванны обезжиривания:

Ргод

=

Рразогр

* n +

Тд

*

Рраб

=

11 297,24

кг/год

Qраб.

4 567,14

Рраб

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 1,66 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0

дм3

= 0,25

м3

Длина ванны L - 0,97 м Ширина ванны B - 0,55 м Высота ванны H - 0,8 м Толщина корпуса b - 0,01 м Толщина футеровки d - 0,02 м

Ванна футерована пластикатом.

С1

- удельная теплоемкость раствора - 4150 Дж/кг*К

 

ρ - плотность ратвора - 1,16

кг/дм3

 

С2

- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К

 

ρст

- плотность стали - 7,8 *

103

кг/дм3

 

ρпласт

- плотность пластиката - 1,4 *

103

кг/дм3

 

- 20 С

- 40 С

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расчет массы корпуса:

Gст1

= H * L * b *

ρст

* 2 = 121.06 кг

 

Gст2

= H * В * b *

ρст

* 2 = 68.64 кг

 

Gдно

= L * В * b *

ρст

* 2 = 83.23 кг

 

 

Итого масса корпуса

- 272.93 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Расчет массы футеровки:

Gст1

= H * L * d *

ρпласт

* 2 = 43.15 кг

 

Gст2

= H * В * d *

ρпласт

* 2 = 24.46 кг

 

Gдно

= L * В * d *

ρпласт

* 2 = 29.66 кг

 

Итого масса футеровки

- 97.27 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Итого масса корпуса ванны сфутеровкой: 370,2 кг.

Расход тепла на разогрев ванны:

Q2

Qраз.

=

Q1

- 2

Q1

- расход тепла на разогрев ванны

Q2

- расход тепла на компенсацию тепловых потерь

Q1

= ( V *

С1

* ρ + G *

С2

+ G *

С3

) * Dt = ( 0.25 * 4150 * 1160 + + 272.93 * 481.50 + 97.27 * 1390.0 ) * 20 = 29 402.42 кДж /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Q2 = q1 + q2

q1 – потери тепла нагретой жидкостичерез стенки

q2 – потери тепла на испаренияжидкости через зеркало электролита

q1 = Sв* q1уд

q2 = Sзер* q2уд

q1уд

- 162

кДж/м2

q2уд

- 1440

кДж/м2

Sст1

= H * L * 2 = 1.55

м2

Sст2

= H * B * 2 = 0.88

м2

Sдна

= B * L = 0.53

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Итого площадь поверхности ванны:2,96 м2

Поверхность зеркала электролита:

Sзерк

= 0,53

м2

Поэтому потери тепла:

q1

= 479,5 кДж

 

q2

= 763,2 кДж

 

Q2

=

q1

+

q2

= 1243 кДж /> /> /> /> /> /> /> /> /> 1243

Qраз.

= 68 265,79 + 2 = 30023,78 кДж

Расход тепла на поддержание рабочейтемпературы.

Qраб.

=

Q2

+

Q3

-

Q4

Q3

- потери тепла на разогрев загружаемых деталей

Q4

- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему ичастично компенсирует тепловые затраты, поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q3

= (

Gустр

*

С2

+

Gдет

*

С2

) * Δt

Где:

Gустр – масса устройстви приспособлений, кг;

Gдет – масса деталей,кг;

С1т, С2 –теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений итокопроводов равной массе деталей, т.о. общая масса приспособлений и деталейравна 20 кг.

Q3

= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 20 = 144,45 кДж

Q4

= 0,86 I U τ = 0,86 * 101 * 2,2 * 1 = 190,1 Вт/ч = 684,53 кДж

Qраб.

= 702,64 кДж

Qраб. – то количествотепла, которое нужно ввести, для поддержания рабочей температуры 40°С.

Расход тепла за год:

Qгод.

=

Qраз.

* n +

Qраб.

*

Тд

Где:

n – количество дней разогрева, т.к.работа идет в 3 смены, то ванна разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаемn = 51 день.

Тд – фонд рабочеговремени, 5960 ч.

Qгод.

= 30023,78 * 51 +

702,64.

* 5960 =

5 706 963.89

кДж

Расчет змеевика теплообменника:

Qраз.

Sзмеев

= К *

tср

* τ

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000– 2000, примем К = 1000

tср– средняятемпература пара, °С;

t — время разогрева, 1 ч.

(

t1

-

t2

) - (

t3

-

t4

)

 

tср

= 2,3 lg *

t1

-

t2

t3

-

t4

 

Где:

t1 – температура пара,140 °С;

t2<sub/>– начальная температура,20 °С;

t3 – температура конденсата,90 °С;

t4<sub/>– конечная температура,40 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 40 ) 70

tср

= 2,3 lg 140 - 20  = 2,3 lg 2 = 80,05 C

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> 90 - 40 30023,78

Sзмеев

= 1000 * 80,05 * 1 = 0,38

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Находим длину змеевика:

Sзмеев

0,38 L = π * D = 3,14 * 0,064 = 1,89 м /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

D – диаметр змеевика – 2 трубныхдюйма, 64 мм.

Расход пара на разогревванны меднения:

Qраз.

30023,78

Рразогр

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 10,92 кг

q`

= t *

Cр пара

= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг

q``

= t *

Cр воды

= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход пара на годовую программуванны меднения:

Ргод

=

Рразогр

* n +

Тд

*

Рраб

=

11 297,24

кг/год

Qраб.

4 567,14

Рраб

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 1,66 кг

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0

дм3

= 0,25

м3

Длина ванны L - 0,97 м Ширина ванны B - 0,55 м Высота ванны H - 0,8 м Толщина корпуса b - 0,01 м Толщина футеровки d - 0,02 м

Ванна футерована пластикатом.

С1

- удельная теплоемкость раствора - 4110 Дж/кг*К

 

ρ - плотность раствора - 1,12

кг/дм3

 

С2

- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К

 

ρст

- плотность стали - 7,8 *

103

кг/дм3

 

ρпласт

- плотность пластиката - 1,4 *

103

кг/дм3

 

- 20 С

- 50 С

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расчет массы корпуса:

Gст1

= H * L * b *

ρст

* 2 = 121.06 кг

 

Gст2

= H * В * b *

ρст

* 2 = 68.64 кг

 

Gдно

= L * В * b *

ρст

* 2 = 83.23 кг

 

 

Итого масса корпуса

- 272.93 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Расчет массы футеровки:

Gст1

= H * L * d *

ρпласт

* 2 = 43.15 кг

 

Gст2

= H * В * d *

ρпласт

* 2 = 24.46 кг

 

Gдно

= L * В * d *

ρпласт

* 2 = 29.66 кг

 

Итого масса футеровки

- 97.27 кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Итого масса корпуса ванны сфутеровкой: 370,2 кг.

Расход тепла на разогрев ванны:

Q2

Qраз.

=

Q1

- 2

Q1

- расход тепла на разогрев ванны

Q2

- расход тепла на компенсацию тепловых потерь

Q1

= ( V *

С1

* ρ + G *

С2

+ G *

С3

) * Δt = ( 0.25 * 4110 * 1160 + + 272.93 * 481.50 + 97.27 * 1390.0 ) * 30 = 42442,92 кДж /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

 Q2 = q1 + q2

q1 – потери тепла нагретой жидкостичерез стенки

q2 – потери тепла на испаренияжидкости через зеркало электролита

q1 = Sв* q1уд

q2 = Sзер* q2уд

q1уд

- 162

кДж/м2

q2уд

- 1440

кДж/м2

Sст1

= H * L * 2 = 1.55

м2

Sст2

= H * B * 2 = 0.88

м2

Sдна

= B * L = 0.53

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Итого площадь поверхности ванны: 2,96м2

Поверхность зеркала электролита:

Sзерк

= 0,53

м2

Поэтому потери тепла:

q1

= 479,5 кДж

 

q2

= 763,2 кДж

 

Q2

=

q1

+

q2

= 1243 кДж /> /> /> /> /> /> /> /> /> 1243

Qраз.

= 42442,93 + 2 = 43064,28 кДж

Расход тепла на поддержание рабочейтемпературы.

Qраб.

=

Q2

+

Q3

-

Q4

Q3

- потери тепла на разогрев загружаемых деталей

Q4

- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему ичастично компенсирует тепловые затраты, поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q3

= (

Gустр

*

С2

+

Gдет

*

С2

) * Δt

Где:

Gустр – масса устройстви приспособлений, кг;

Gдет – масса деталей,кг;

С1т, С2 –теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений итокопроводов равной массе деталей, т.о. общая масса приспособлений и деталейравна 20 кг.

Q3

= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 20 = 144,45 кДж

Q4

= 0,86 I U τ = 0,86 * 201 * 2,1 * 1 = 354,4 Вт/ч = 1275,71 кДж

Qраб.

= 183,69 кДж

Qраб. – то количествотепла, которое нужно ввести, для поддержания рабочей температуры 50°С.

Расход тепла за год:

Qгод.

=

Qраз.

* n +

Qраб.

*

Тд

Где:

n – количество дней разогрева, т.к.работа идет в 3 смены, то ванна разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаемn = 51 день.

Тд – фонд рабочеговремени, 5960 ч.

Qгод.

= 43064,28 * 51 + 183,69 * 5960 =

3 273 864.04

кДж

 

Расчет змеевика теплообменника:

Qраз.

Sзмеев

= К *

tср

* τ

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000– 2000, примем К = 1000

tср– средняятемпература пара, °С;

t — время разогрева, 1 ч.

(

t1

-

t2

) - (

t3

-

t4

)

 

tср

= 2,3 lg *

t1

-

t2

t3

-

t4

 

Где:

t1 – температура пара,140 °С;

t2<sub/>– начальная температура,20 °С;

t3 – температура конденсата,90 °С;

t4<sub/>– конечная температура,50 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 50 ) 80

tср

= 2,3 lg 140 - 20  = 2,3 lg 3 = 72,9 C

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> 90 - 50 43064,28

Sзмеев

= 1000 * 72,90 * 1 = 0,59

м2

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Находим длину змеевика:

Sзмеев

0,59 L = π * D = 3,14 * 0,064 = 2,94 м /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

D – диаметр змеевика – 2 трубныхдюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванныникелирования:

Qраз.

43064,28

Рразогр

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 15,66 кг

q`

= t *

Cр пара

= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг

q``

= t *

Cр воды

= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Расход пара на годовую программуванны никелирования:

Ргод

=

Рразогр

* n +

Тд

*

Рраб

=

1 190,67

кг/год

Qраб.

183,69

Рраб

=

q`

-

q``

= 3128 - 378 = 0,07 кг

 

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Беленький М.А., Иванов А.Ф.Электроосаждение металлических покрытий. Справ. изд. М.: «Металлургия», 1985.

2.    Гальванические покрытия вмашиностроении. Справочник/Под ред.  Шлугера М.И.  М.: «Машиностроение», 1985.

3.     Зальцман Л.Г., Черная С.М. Спутникгальваника. К.:1989.

4.    Блестящие электролитическиепокрытия/Под ред. Матулиса Ю.Ю.  Вильнюс.: «Минтис», 1969.

5.    Каданер Л.И. Справочник погальваностегии. К.: «Техника», 1976.

6.    Кудрявцев В.Т. Электролитическиепокрытия металлами. М.: «Химия», 1979.

7.    Лайнер В.И. Защитные покрытияметаллов. М.: «Машиностроение», 1974.

8.    Лайнер В.И. Современнаягальванотехника. М.: «Металлургия», 1967.

9.     Пурин Б.А. Электроосаждение изпирофосфатных электролитов. Рига: Зинатне, 1975.

10.             Ямпольский А.М.Меднение и никелирование. Л.: «Машиностроение», 1977.

11.             Ямпольский А.М.Ильин В.А. Краткий справочник гальванотехника. Л.: «Машиностроение», 1981.

еще рефераты
Еще работы по металлургии