2.7.6. Материальный баланс гальванической ванны

Дано: ванна с начальным объемом раствора V и концентрацией С_о, j_бр - унос электролита с брызгами, j_исп - поток испарения, j_дв=j_др=j_д - потоки воды и раствора, приносимые в ванну и уносимые из нее на поверхности деталей (рис.2.20).

Определить: изменение концентрации раствора в ванне во время ее работы.

При работе гальванической ванны происходит изменение количества растворенного вещества и объема электролита.

1. Изменение количества растворенного вещества происходит за счет уноса электролита с брызгами, на поверхности деталей и протекания электрохимической реакции:

(2.44)

Рис.2.20. К материальному расчету гальванической ванны.

Изменение количества вещества за счет электрохимической реакции определяется законом Фарадея (2.45)

(2.45)

2. Изменение объема раствора во времени обусловлено переносом воды и раствора на поверхности деталей, уносом с брызгами и испарением:

(2.46)

В свою очередь

(2.47)

Подставив выражение (2.47) в уравнение (2.44), получаем:

Разделим обе части на V, вынесем С/V

(2.48)

Подставим в формулу (2.44) величину изменения объема (2.46).

Получаем:

Мы пришли к уже известному дифференциальному уравнению первого порядка. Решение этого уравнения дает

(2.49)

Следствия из уравнения (2.49):

1. Объем электролита в ванне составляет около 1000 л и больше. Величина уноса и испарения редко превышает нескольких литров в час. То есть, Как известно, если х<0,134, то е^-х=1-х и формула (2.48) упрощается. С точностью до одного процента

2. Если j_д = j_исп, то количество принесенной на поверхности деталей воды равно количеству испарившейся воды и концентрация меняется только за счет электрохимической реакции. В этом случае приходим к уравнению материального баланса аппарата идеального смешения периодического действия

.

2.8. Материальный расчет промывочного комплекса гальванических линий [23-25]

2.8.1. Общие сведения

Промывка - необходимая операция технологического процесса химической и электрохимической обработки поверхности деталей. Назначение промывки - при минимальном расходе воды снизить концентрацию вещества (контролируемого компонента) в пленке раствора, выносимого деталями из операционной ванны до уровня, обеспечивающего качество последующей операции.

Интерес к промывке обусловлен огромным расходом воды, уступающим по всем производствам в целом только затратам воды на охлаждение реакторов атомных станций.

Перед материальными расчетами промывочного комплекса разберем основные виды промывки [14,21].

По способу осуществления, промывки делят на объемные (погружением) и поверхностные (смывом). Поверхностные разделяют на промывки душированием, распылением, аэрозольные и вакуумные. В свою очередь, объемные промывки могут быть проточными или непроточными, одно- и многоступенчатыми (каскадными) (рис.2.21-2.24).

Рис.2.21. Схема двухступенчатой прямоточной промывки

Рис.2.22.Схема двухступенчатой противоточной

промывки

Рис.2.23. Комбинированная проточно-непроточная промывка. (Двухступенчатая противоточная промывка с ванной улавливания)

Рис.2.24.Непроточный промывочный комплекс

На рисунках условные обозначения соответствуют: о - операционная (например, гальваническая) ванна, 1, 2, ... n - номера промывочных ванн, С_о, С₁, ... С_n- концентрации контролируемого компонента (ККК) в операционной и промывных ваннах, j_z - поток промывной воды, j_s=v_удSР - объемный поток воды, уносимой на поверхности деталей, v_уд - удельный вынос раствора на одном квадратном метре поверхности деталей [ л/м²], S - площадь деталей на загрузочном приспособлении м², Р – ритм загрузочных приспособлений, шт/час.

Стрелками показано движение загрузочных приспособлений, двойными стрелками – движение промывной воды. Существуют также большое количество промежуточных типов - комбинированных промывок (сочетание проточных и непроточных, объемных и поверхностных). В поверхностных промывках расход воды задается способом ее подачи, давлением в трубе и временем обработки. В объемных промывках расход воды может быть определен из материального баланса. Поэтому основное внимание в данном курсе будет уделено расчету разных вариантов объемных промывок.

В расчетах будут использоваться следующие понятия:

-критерий промывки (определяется отношением концентрации контролируемого компонента в гальванической ванне к концентрации в промывной ванне)

-критерий окончательной промывки (отношение концентрации контролируемого компонента в гальванической ванне к предельно допустимой концентрации в последней промывной ванне С_n=С_пдк (предельно допустимая концентрация С_пдк зависит от последующей технологической операции для разных процессов приведена в [14,21]),

-критерий разбавления (рассчитывается как отношение объемного потока промывной воды к потоку раствора на поверхности загрузочного приспособления)