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). 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 = Р_р * t_р ; (23)

где Р_р – норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;

t_р – время разогрева, ч.

Расход пара на поддержание рабочей температуры:

Р₂ = Р_р.п. * t_р.п. ; (24)

где Р_р.п. – норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;

t_р.п. – время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.

Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара

Р_год = (Р₁ + Р₂) Т, (25)

где Т – число рабочих дней в году.

Расход пара на ……. линии ………….. составляет

Р_{год.общ.}= т

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:

V_{сж.возд.} = V_эл.*К*τ*n/1000 , (26)

Где V_эл – объём электролита, л;

К- коэффициент перемешивания;

τ - время работы ванны, мин;

n – количество ванн, шт

Данным дипломным проектом принимается:

слабое перемешивание (а=0,5) для ванн;

среднее перемешивание (а=1) для ванн;

сильное перемешивание (а=1,5) для ванн.

Объем сжатого воздуха для ванн со слабым перемешиванием равен:

V_{сж.возд слаб}= м³

Объем сжатого воздуха для ванн со средним перемешиванием:

V_{сж.возд.травл...}= м³

Объем сжатого воздуха для ванн с сильным перемешиванием:

V_{сж.возд.актив....}= м³

Объём сжатого воздуха для сушки:

V_{сж.возд.суш} = м³

Годовой объем сжатого воздуха равен:

V_{сж.возд.год}=м³

На ….. линии …………. V_{сж.возд.год}=

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:

Q^p_N = q ⁰·F, (27)

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 (соответствует производительности линии).

Для одноступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q·K₀·F (28)

Для двуступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q ₀·F (29)

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/С_п, (30)

где С₀ – концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л;

С_п – предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.

В данном курсовом проекте предусматривается комбинированная промывка деталей :

Критерий окончательной промывки для процесса обезжиривания равен:

К₀ =

После процесса ……..до процесса ………. расход воды равен:

Q ₁= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ………. равен:

К₀ =

После процесса…….до……….. расход воды равен:

Q ₂= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ……… равен:

К₀ =

После процесса …….до……………. расход воды равен:

Q ₃= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса …………. равен:

К₀ =

После процесса …….до………… расход воды равен:

Q ₄= л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса ………. равен:

К₀ =

После процесса …………… до процесса сушки расход воды равен:

Q ₅= 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:

Q_год= (Q₁+ Q₂+Q₃+Q₄ + Q ₅)*Ф_в*К*1,5 (31) Q_год = л = м³

Расход воды на ……. линии ……….. составляет м³

Все данные по расходу воды 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·K_Δt·K_T·K₁·K₂·K₃·K₄, (32)

где L₀ – удельный объем воздуха, отсасываемого от ванн, м³/ч;

K_Δt – коэффициент, учитывающий разность температур раствора и помещения, табличное значение;

K_T – коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ, табличное значение;

K₁ – коэффициент, учитывающий тип отсоса, для двухбортового отсоса без поддува и однобортового с поддувом K₁ = 1,0, для однобортовых отсосов без поддува K₁ = 1,8,для двухбортового с поддувом K₁ = 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·(В_вн/В_вн + L_вн) + Н₁)·0,66· В_вн, (33)

где В_вн, L_вн – 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·В_вн^1,5 ·L_вн·К_t·К₁, (34)

Данным курсовым проектом предлагается установить двухбортовые опрокинутые отсосы без поддува на ванны………………. На ванны ………………устанавливаются двухбортовые опрокинутые отсосы с поддувом.

Компенсацию оттока воздуха, уходящего в вытяжную вентиляцию, обеспечивает приточная вентиляция. Объем приточного воздуха должен быть на 5% меньше объема вытяжного воздуха.

V_{прит.возд.}= 0,95V_{выт.возд.} (35)

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.

V_{прит.возд}= м ³/ч

В связи с этим выбирается соответствующий вентилятор

Таблица 9 – Техническая характеристика вентилятора

Марка вентилятора	Производительность тыс., м3/ч	Полное давление, Па	КПД	Мощность, кВт	Габаритные размеры, мм

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·θ_ср, (36)

где Q – тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт;

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м²·град;

θ_ср – средний температурный напор, ⁰С.

Тепловая нагрузка теплообменника определяется по формуле :

Q = L·C_возд·(t₁-t₀), (37)

где L – количество нагреваемого воздуха, м³/с;

t₀, t₁ – начальная и конечная температура нагревания воздуха в калорифере, град;

C_возд – удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг·град.

Для пластинчатых калориферов с паровым обогревом коэффициент теплопередачи определяется по формуле :

К = 1,162(2+√ω_к), (38)

где ω_к – скорость движения воздуха в калорифере.

Определяем тепловую нагрузку:

Q = Вт

Определяем коэффициент теплопередачи :

К = Вт/м²·⁰К

Определяем площадь поверхности :

F = 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 50 м².

Потребителями электроэнергии являются:

1.Источники постоянного тока

2.Электродвигатели;

3.Сушильные агрегаты;

4.Вентиляторы;

5.Лампы для освещения.

Расход электроэнергии на работу источников постоянного тока

W₁= Р_вК_обnФ_в/ή, (39)

Где Р_в – мощность выпрямителя, кВт

К_об – коэффициент использования оборудования

Ф_в- действительный фонд работы оборудования, ч

N – число источников постоянного тока

ή – КПД источника постоянного тока

Расход электроэнергии на работу электродвигателей определяется по формуле:

W₂ = n·P_э·К_об·Ф_в , (40)

где P_э – мощность электродвигателя, кВт;

n- число электродвигателей

К_об- коэффициент использования оборудования

Ф_в –действительный фонд времени, ч

Расход электроэнергии на сушильные агрегаты:

W₃ = n·P_с·К_об·К_с·Фв, (41)

где P_с – мощность сушильного агрегата, кВт;

n – число сушильных агрегатов;

К_с – коэффициент использования сушильного агрегата; в автоматических линиях К_с=К_об.

Расход электроэнергии на работу вентиляторов:

W₄ = Р_в·n·Ф_в/η, (42)

где Р_в – мощность электродвигателя вентилятора, кВт;

n – число электродвигателей;

Ф_в – действительный фонд времени оборудования, ч;

η – КПД выпрямителя.

Расход электроэнергии на освещение

W₅ = 0,015·S_уч·Ф_в·К_осв, (43)

где 0,015 – удельная норма мощности освещения, кВт/м²;

S_уч – площадь участка, м²;

К_осв – коэффициент, учитывающий время, необходимое на освещение.

W_год = W₁+W₂+W₃+W₄+W₅ (44)

W_год =