- •1.4 Выбор и описание оборудования
- •2.Расчетная часть
- •2.1 Расчет времени для нанесения покрытия
- •2.2 Определение единовременной загрузки
- •2.3Расчет размеров ванны основного покрытия
- •2.4 Расчёт расхода пара, сжатого воздуха, воды и электроэнергии
- •2.5 Расчет расхода материала для основного вида покрытия
2.4 Расчёт расхода пара, сжатого воздуха, воды и электроэнергии
В гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. В данном курсовом проекте нагревают электролит обезжиривания (до 800С), производится промывка в теплой воде (до 600С),промывка в горячей воде (до 900С), электролит меднения (до 250С), электролит никелирования (до 600С). При расчёте расхода пара необходимо учитывать расход на разогрев воды и электролитов и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объёма ванн и давления пара и принимается примерно за 1 час. Расход пара на разогрев рассчитывается по формуле:
Р1 = Рр * tр ; (22)
где Рр – норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;
tр – время разогрева, ч
Р1обез. = 56 * 1 = 56 кг
Р1тепл промыв. = 30 * 1 = 30 кг
Р1гор промыв. = 55 * 1 = 55 кг
P1травл.= 56*1=56 кг
Р1 никель. = 56 * 1 = 56 кг
Расход пара на поддержание рабочей температуры:
Р2 = Рр.п. * tр.п. ; (23)
где Рр.п. – норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;
tр.п. – время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.
Р2обез. = 11.2 * 15 = 168 кг
Р2тепл промыв. = 9.0 * 15 = 135кг
Р2гор промыв. = 10 * 15 = 150 кг
P2травл.=11.2*15 =168 кг
Р2 никель. = 11.2* 15 = 168 кг
Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара
Ргод = (Р1 + Р2) Т, (24)
где Т – число рабочих дней в году.
Ргодобез. = (56 +168) * 253 =56672кг = 56,6 т
Ргодтеплпромыв. = (30+135) * 253 = 41745кг =41,7 т
Ргодгор.ромыв. = (55+150) * 253 =51865 кг =51.8т
Ргодтравл. =(56+168) *253 = 56.6кг =56.6 т
Ргод никель. = (56+168) * 253 *3=169.8т
Ргод.общ.= 56.6+ 41.7+51.8+56.6+169.8= 376.5т
Полученные данные по расходу пара сводятся в форму 2.
Расчёт расхода сжатого воздуха
В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном на
перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3 МПа составляет 15-20 м3/ч.
Расход сжатого воздуха на перемешивание 1 л раствора или электролита составляет (л/мин): 0,5 при слабом перемешивании, 1,0 – при среднем, 1,5 – при сильном. Объем сжатого воздуха рассчитывается по формуле:
Vсж.возд. = Vэл.*К*τ*n/1000 , (25)
Где Vэл – объём электролита, л;
К- коэффициент перемешивания;
τ - время работы ванны, мин;
n – количество ванн, шт
Данным курсовым проектом принимается:
слабое перемешивание (а=0,5) для ванны промывки в теплой и горячей воде,
среднее перемешивание (а=1) для ванн электрохимического обезжиривания, меднения, никелирования, улавливания;
сильное перемешивание (а=1,5) для ванн холодной промывки
Объем сжатого воздуха для теплой, горячей промывки равен:
Vсж.возд.тепл.пром=1159.2*0,5*960*2/1000=1112,8 м3
Объем сжатого воздуха для электрохимического обезжиривания, промывки-улавливания,меднения, никелирования равен:
Vсж.возд.= 1159.2*1,0*960*7/1000= 7789.82 м3
Объем сжатого воздуха для процесса промывки в холодной воде равен:
Vсж.возд.пром.. = 1159.2*1,5*960*4/1000= 6676.99 м3
Объём сжатого воздуха для сушки:
Vсж.возд.суш=20*4015=80300м3
Годовой объем сжатого воздуха равен:
Vсж.возд.год=80300+ (1112,8 +7789.82 +6676.99)*253 = 4021941.33 м3=40.2*105
Вода расходуется в основном на промывку деталей. Расход воды на составление растворов является периодическим и составляет небольшую часть общего расхода. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой - то операции не требуется тщательной промывки, например между химическим и электрохимическим обезжириванием, осветлением и пассивированием, между дополнительной активацией в цианидном растворе и т.д. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, химического оксидирования стали, электрохимического полирования, в других случаях. Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный и комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.п., а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ; при обработке деталей сложной конфигурации без пазов и углублений и после обработки в трудносмываемых растворах – комбинированный. Каждая из схем промывки может иметь ванну улавливания. Минимальная продолжительность промывки 20 сек.
Расход воды (л/м2) для любой схемы промывки в соответствии с ГОСТ 9.305 – 84 определяется по формуле:
QpN = q 0·F, (26)
где q – удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей, л/м2;
N – число ступеней (ванн) промывки;
К0 – критерий окончательной промывки деталей;
F – промываемая поверхность загрузки ванн, м2/ч (соответсвует производительности линии).
Для одноступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:
Q = q·K0·F (27)
Для двухступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:
Q = q 0·F (28)
Критерий окончательной промывки К0, показывающий, во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимых
значений в последней ванне промывки, определяют по формуле:
К0 = С0/Сп, (29)
где С0 – концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л;
Сп – предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.
В данном курсовом проекте предусматривается промывка деталей : после обезжиривания – двухступенчатая прямоточная погружная, после травления – двухступенчатая прямоточная погружная , после меднения– двухступенчатая прямоточная погружная, после никелирования – трехступенчатая прямоточная погружная.
Критерий окончательной промывки для процесса обезжиривания равен:
К0 = 40/0,8 = 50
После процесса обезжиривания до процесса травления расход воды равен:
Q1= 0,2*19.18*√50= 27,12 л/ч
Критерий окончательной промывки для процесса травления равен:
К0 = 250/0,1 = 2500
После процесса травления до меднения расход воды равен:
Q2= 0,2*19.18*√2500=198 л/ч
Критерий окончательной промывки для процесса меднения равен:
К0 = 40/0,02 =2000
После процесса меднения до процесса никелирования расход воды равен:
Q3= 0,2*19,18*√2000= 177.012 л/ч
Критерий окончательной промывки для процесса никелирования равен:
К0 = 300/0,02 = 15000
После процесса никелирования до процесса сушки расход воды равен:
Q4= 0,2*19,18*√15000 =97.4 л/ч
Если перед промывкой имеется одна ванна улавливания, удельный расход воды уменьшается введением коэффициента К1=0,4. При комбинированной промывке в расчет годового расхода воды вводится коэффициент 0,5. Расчетный расход воды увеличивается в 1,5 раза на случай падения напора в водопроводной сети.
Годовой расход воды равен:
Qгод= (Q1+ Q2+Q3+Q4)*Фв*К*1,5 (30)
Qгод = (27,12+198+177.012*0,4+97.4*0,4)*4015*1,5 = 2016843.708л = 2016.843708 м3
Все данные по расходу воду сводятся в форму 3
Вследствие большого количества вредных веществ, которые выделяются во время химической и электрохимической обработки, гальванические цеха относятся к категории вредных производств.
Для создания нормальных условий труда цеха должны иметь приточно–вытяжную вентиляцию. Кроме того, многие ванны должны быть
оборудованы местными бортовыми отсосами, обеспечивающими отвод вредных примесей с зеркала электролита или раствора. Бортовые отсосы устанавливаются по длине ванны. Бортовые отсосы могут быть одно – и двусторонними. По конструкции их делят на простые (щелевое окно расположено перпендикулярно к зеркалу электролита) и опрокинутые (щель расположена параллельно зеркалу).
Расчет объема воздуха, отсасываемого от зеркала ванн, производят по формуле:
L = L0·KΔt·KT·K1·K2·K3·K4, (31)
где L0 – удельный объем воздуха, отсасываемого от ванн, м3/ч;
KΔt – коэффициент, учитывающий разность температур раствора и помещения, табличное значение;
KT – коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ, табличное значение;
K1 – коэффициент, учитывающий тип отсоса, для двухбортового отсоса без поддува и однобортового с поддувомK1 = 1,0, для однобортовых отсосов без поддуваK1 = 1,8,для двухбортового с поддувомK1 = 0,5;
K2 – коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание раствора, барботаж, принимается равное 1,2;
K3 – коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита плавающими телами;
K4 – коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита путем введения ПАВ.
Так как в данном курсовом проекте зеркало ванны не укрывается плавающими телами, а также не вводятся ПАВ, коэффициенты вводимые при вышеуказанных условиях не используются.
Удельный объем отсасываемого воздуха L0 определяется по
следующим формулам:
для отсосов простых и опрокинутых без поддува
L0 = 1400·(0,53·(Ввн/Ввн + Lвн) + Н1)·0,66· Ввн, (32)
где Ввн, Lвн – внутренние ширина и длина ванны, м;
Н1 – расстояние от зеркала электролита до борта ванны, обычно равное 0,2 м;
для отсосов, опрокинутых с поддувом,
L0 = 1200·Ввн1,5 ·Lвн·Кt·К1, (33) Данным курсовым проектом предлагается установить двухбортовые опрокинутые отсосы без поддува на ванны обезжиривания, теплой и горячей промывки, активации, меднения и никелирования.
Удельный объем воздуха для ванны обезжиривания равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +1.6) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для обезжиривания равен:
L = 203.74·1,94·0,8·1·1,2 = 379.44 м3/ч
Удельный объем воздуха для ванны теплой промывки равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +16) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для теплой промывки равен:
L = 203.74·1,63·0,8·1·1,2*1 =318.81м3/ч
Удельный объем воздуха для ванны горячей промывки равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +16) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для горячей промывки равен:
L = 203.74·1,94·0,8·1·1,2*1 =379.44 м3/ч
Удельный объем воздуха для ванны травления равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +1,12) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для травления равен:
L =203.74·1.47·0,8·1·1,2 = 287.51м3/ч
Удельный объем воздуха для ванны меднения равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +1,12) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для меднения равен:
L =203.74·1·0,8·1·1,2*1 =195.59м3/ч
Удельный объем воздуха для ванны никелирования равен:
L0 = 1400·(0,53·(0,63/0,63 +1,12) + 0,2)·0,66·0,63 = 203.74
Расчет объема воздуха для никелирования равен:
L = 203.74·1,63·0,8·1·1,2*3 = 956.43 м3/ч
Lгод = (379.44+318.81+379.44+287.51+195.59+956.43)*4015= 10106638.3 м3
Компенсацию оттока воздуха, уходящего в вытяжную вентиляцию, обеспечивает приточная вентиляция. Объем приточного воздуха должен быть на 5% меньше объема вытяжного воздуха.
Vприт.возд.= 0,95Vвыт.возд. (34)
Определив тип бортовых отсосов и системы воздухопроводов, подсчитываются суммарный объем воздуха, отсасываемый от системы, и подбираются соответствующие вентиляторы. Для выбора вентилятора приточной вентиляции суммируют расход воздуха всех систем вытяжной вентиляции и умножают его на коэффициент 0,95, после чего подбирают соответствующий вентилятор.
Vприт.возд= 2708*0,95 =2391.35м 3/ч
В связи с этим выбирается соответствующий вентилятор
Таблица 8 – Техническая характеристика вентилятора
Марка вентилятора |
Производительность тыс., м3/ч |
Полное давление, Па |
КПД |
Мощность, кВт |
Габаритные размеры, мм |
4 |
2,8 |
44,2 |
0,776 |
0,6 |
750*780*785 |
Нагрев воздуха в приточных вентиляционных установках осуществляется калориферами; в зависимости от теплоносителя они бывают водяные – ВНВ и паровые – ВНП. Площадь поверхности нагрева определяется по формуле :
F = Q/K·θср, (35)
где Q – тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт;
K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2·град;
θср – средний температурный напор, 0С.
Тепловая нагрузка теплообменника определяется по формуле :
Q = L·Cвозд·(t1-t0), (36)
где L – количество нагреваемого воздуха, м3/с;
t0, t1 – начальная и конечная температура нагревания воздуха в калорифере, град;
Cвозд – удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг·град.
Для кожухотрубчатых и пластинчатых калориферов с паровым обогревом коэффициент теплопередачи определяется по формуле :
К = 1,162(2+√ωк), (37)
где ωк – скорость движения воздуха в калорифере.
Определяем тепловую нагрузку:
Q = 0,66·1290·(353-293) =51084 Вт
Определяем коэффициент теплопередачи :
К = 1,162(2+√10) = 28 Вт/м2·0К
Определяем площадь поверхности :
F= 51084/28·83 = 21.98 м2
Определив общую площадь нагрева, подбирается калорифер, поверхность нагрева которого не меньше полученной по расчету. Данным курсовым проектом предлагается использовать калорифер КСк3 с площадью нагрева
22 м2.
Потребителями электроэнергии являются:
Источники постоянного тока
электродвигатели;
сушильные агрегаты;
вентиляторы;
лампы для освещения.
Расход электроэнергии на работу источников постоянного тока
W1= РвКобnФв/ή, (38)
Где Рв – мощность выпрямителя, кВт
Коб – коэффициент использования оборудования
Фв- действительный фонд работы оборудования, ч
N – число источников постоянного тока
ή – КПД источника постоянного тока
W1обезж. = 19,2*0,9*1*4015/83= 835.89 кВт
W1медн.=19.2*0,9*1*4015/83= 835.89 кВт
W1никель.=19.2*0,9*2*4015/83= 1671.78 кВт
W1травл. = 19,2*0,9*1*4015/83=835.89 кВт
W1= W1обезж.+W1медн.+ W1никел.+ W1травл. ==835.89 +835.89 +1671.78+835.89 =4179.45 кВт
Расход электроэнергии на работу электродвигателей определяется по формуле:
W2 = n·Pэ·Коб·Фв , (39)
где Pэ – мощность электродвигателя, кВт;
n- число электродвигателей
Коб- коэффициент использования оборудования
Фв–действительный фонд времени, ч
W2 = 1·26,3·0,9·4015 =95035кВт
Расход электроэнергии на сушильные агрегаты:
W3 = n·Pс·Коб·Кс·Фв, (40)
где Pс – мощность сушильного агрегата, кВт;
n – число сушильных агрегатов;
Кс – коэффициент использования сушильного агрегата; в автоматических линиях Кс=Коб.
W3= 1·0,9·0,9·30·4015 = 97564,5 кВт
Расход электроэнергии на работу вентиляторов:
W4 = Рв·n·Фв/η, (41)
где Рв – мощность электродвигателя вентилятора, кВт;
n – число электродвигателей;
Фв – действительный фонд времени оборудования, ч;
η – КПД выпрямителя.
W4 = 0,6·2·4015/0,776= 6208,8кВт
Расход электроэнергии на освещение
W5 = 0,015·Sуч·Фв·Косв, (42)
где 0,015 – удельная норма мощности освещения, кВт/м2;
Косв – коэффициент, учитывающий время, необходимое на освещение.
Sуч – площадь участка, м2;
В состав гальванических цехов входят основные производственные отделения и вспомогательные участки и службы. Вспомогательную площадь принимают в процентах от производственной площади: для автоматизированных – около 100-120%.
Потребная производственная площадь определяется по нормам на единицу оборудования.
Sпризв.=n*Hр*К (43)
Где Sпроизв.- основная производственная площадь,м2
n – количество ванн, шт.
Нр- норма площади на единицу оборудования,м2
К – коэффициент
Sпризв.= 15*10*4=600 м2
Sвспом.=Sпризв*120% (44)
Sвспом.=600 *120%= 720м2
Sобщ.=Sпризв.+ Sвспом. (45)
Sобщ.= 600+720=1320м2
Таблица 10 – Норма площади на единицу оборудования
Оборудование |
Количество ванн, шт |
Норма площади на единицу оборудования, м2 |
Коэффициент |
Площадь участка, м2 |
Ванны до 3 м |
15 |
8-10 |
3,5-4 |
600 |
W5 = 0,015·1320·4015∙0,9 =71547.3 кВт
Wгод = W1+W2+W3+W4+W5 (46)
Wгод =4179.45 +95035+97564.5+6208.8+71547.3 =274535.056кВт