Диплом Бурхонов ТЭП
.pdfТепловой поток для нагрева р-ра и компенсации потерь. кВт |
37.52 |
Удельная теплоемкость раствора при его кон. тем-ре, кДж/кг·К |
4.19 |
Количество воды, уносимое с деталями, кг/с |
0.0005 |
Тепловые потери от уноса раствора из ванны, кВт |
0.13 |
Коэф., учит, долю эл.энергии, превращаемой в теплоту (0,6-0,9) |
0.75 |
Джоулево тепло, кВт |
0.000 |
Масса обрабатываемых деталей, кг/с |
0.0105 |
Уд. теплоемкость материала деталей, кДж/кг·К |
0.920 |
Часовые потери теплоты на нагрев деталей, кВт |
0.502 |
Определение длины змеевика
Средняя температура раствора в ванне, °С 19 |
44 |
Тем-pa горячего теплоносителя на входе в теплообменник, °С |
110 |
Тем-pa горячего теплоносителя на выходе из теплообменника, °С |
108 |
Средняя температура горячего теплоносителя, °С |
109 |
Уд. теплоемкость воды при ср. тем-ре гор. теплоносит., кДж/кг·К |
4.23 |
Температура конденсации греющего пара, °С |
105 |
dtcp |
57.2 |
Средняя температура р-ра, °С |
52.8 |
Средний температурный напор в режиме нагрева, К |
61.00 |
Определение коэффициента теплопередачи
Наружный диаметр труб, м |
0.057 |
Внутренний диаметр труб, м |
0.053 |
Средний диаметр труб, м |
0.055 |
Уд. теплоемкость воды при ср. р-ра, Дж/кг·К |
4180 |
Разность температур горячего теплоносителя, К |
2 |
Коэф. динамической вязкости при ср.р-ра, Па.с |
6.57E-04 |
Коэф. объед.ф-х константы воды и пара |
8.30 |
Поверхность теплообмена (задаемся), м2 |
1.60 |
Длина трубы (задаемся), м |
2.00 |
Уд. теплота конденсации пара |
2227.00 |
Расход греющего пара при нагреве кг/ч |
0.0186 |
Расход греющего пара при работе, кг/ч |
0.0024 |
а1 коэф. теплоотдачи от пара к стенке трубы, Вт/(м2·К) |
4592 |
Коэф. теплопроводности воды при ср. р-ра, Вт/(м·К) |
0.648 |
Критерий Нуссельта для раствора в ванне (задаемся) |
180.89 |
а2 коэф. теплоотдачи от стенки трубы р-ру, Вт/(м2·К) |
5544.10 |
Толщина стенки трубы теплообменника, м |
0.002 |
Теплопроводность материала трубы теплообменника, Вт/(м·К) |
46.5 |
Среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенки, Вт/(м2·К) |
5800 |
Термическое сопротивление стенки и загрязнений стенки, (м2·К)/Вт |
0.00039 |
Коэффициент теплоотдачи от конденс. пара к воде, Вт/(м2·К) |
1272 |
Проверочное значение температуры стенки 1 |
94 |
Проверочное значение температуры стенки 2 |
94 |
Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны, м2 |
0.48 |
Длина змеевика для нагрева ванны, м |
2.80 |
41
7.7. Электрический расчёт
Напряжение на ванне вычисляют по формуле:
U=(Ya-Yk)=∑ ∆
∆э=j*1/
. ∆ = . = .
∆эл = 0,15*(Ya-Yk+∆э)
∆эл = 0,15*(2,1+1,0+7,3) =1,56 В
∆ш= 0,1*(Ya-Yk+∆э+∆эл)
∆ш= 0,1*(2.1+1.0+7.3+1.56)1.196 B
U= (2.1+1.0) +7.3+1.56+1.196=11.156 B
Для процесса хромирования принимаем шины размером Cu/100*10/ cсечением 1000 мм2 и токовой нагрузкой 3276 А. При номинальном токе 3276 А выбираем агрегат типа ВАКГ-12/6-3500У4(а=890, b= 916. h= 1770)
42
Линия цинкования
9.Расчетная часть
9.1.Фонд времени работы оборудования
Фонд времени работы оборудования устанавливается с учетом режима работы предприятия, цеха и неизбежных потерь времени на ремонт, устранение неполадок, простои и т.д. Как правило, в гальваническом цеху принята двухсменная работа при пятидневной 41 - часовой рабочей неделе. В соответствии с этим номинальный годовой фонд времени, выраженный в сутках, составит:
tH= 365-104-8= 253 (сут),
где 104 - число дней отдыха; 8 - число праздничных дней в году. Действительный годовой фонд времени работы оборудованияв сутках:
tд=tH-atн/100,
где, а - потери времени на простые оборудования, % (значение, а для АЛ, 8+10), принимаем, а =8%.
tH =253 - 4*253/100 * 243 (сут)
,д = tH * tсм * nсм,
где tсм- продолжительность смены, tсм=8ч; nсм- число смен в сутки, п(cм = 2.
с, =249*24*8*2=93274 ч;
Среднесуточное время работы оборудования tc
При расчете этой величины следует учитывать не только потери времени на простои, но и время tm* затрачиваемое на подготовительные и заключительные операции при работе цеха в одну или две смены. Это время затрачивается на монтаж подвесок, подготовку поверхности при загрузке первой партии изделий, а также заключительные операции по выгрузке последней партии. Можно принять пз для стационарных ванн
30+50 мин.
|
с = |
д, |
− д пз |
|
где , |
|
н |
||
|
|
|||
−годовой фонд времени работы оборудования в часах; |
||||
д |
|
|
|
|
д − годовой фонд времени работы оборудования в сутках;
43
пз- время затратное на подготовительные и заключительные операции при работе цеха;
н-номинальный годовой фонд времени.
с = (93274-243*50/60)/ (253*24) =14,5 (ч)
9.2 Производственная программа цеха
Годовая и суточная производственная программа:
Рг=Рз+∙Рз
Рс=РТгн
где Рз - программа цеха в соответствии с заданием, Р3=30000 м2/год; α - брак продукции, допускающий переделку, % (2-3%).
Рг = 30000 + (3*30000)/100 = 30900 м2/год; Рс = 30900/253 = 122,2 м2/сут.
|
|
|
|
|
|
Таблица 19 |
|
|
|
|
Производственная программа |
||||
|
|
|
Годовая |
Суточная |
|||
Группа |
Покрытие |
Единица |
|
|
|
|
|
|
Кол-во |
|
|
Кол-во |
|||
загрузки: |
|
|
|
||||
изделий |
|
|
единиц |
|
|
единиц |
|
|
подвеска, |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
м2 |
загрузки |
м2 |
|
загрузки |
|
|
|
дм2; |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Кольцо |
Цинк |
70 |
30900 |
441423 |
122,2 |
|
175 |
Определение времени обработки изделий
Продолжительность (мин) процессов электрохимическою осажденияметаллов:
t1=∙ ∙, ∙э∙
44
где m- толщина покрытия, мкм. Так как изделие эксплуатируется в легких условиях, то принимаем толщину покрытия равным 9 мкм.;
- плотность осаждаемого металла, г/см3, pZn=7,14 г/см3; i- катодная плотность тока, А/дм2, i=2÷4 А/дм2;
Кэ- электрохимический эквивалент, г/А*ч
Кэ = A/zF,
где А - атомная масса осаждаемого металла;
z- количество электронов, участвующих в реакции; F- число Фарадея, F= 26,8.
Кэ = 65,38/2*26,8 = 1,22 г/А*ч
- выход по току при осаждении металла, %, = 93%. t1=(60*9*7,14)/(2* 1,22*93)= 17 (мин)
9.3. Автооператорные линии
Производственную программу удобно выразить в единицах загрузки в АЛ-загрузочных при способлениях - ЗП. Поверхность изделий, покрываемых на подвесках на одном ЗП колеблется в широких пределах 0,5 - 3 м2 в среднем, что зависит от размера подвески и формы изделий. Поэтому целесообразно, исходя из характеристики АЛ, выбрать размеры ЗП, определить количество изделий, размещаемых на одном ЗП, их поверхность.
Ритм выдачи (с) одного ЗП с одной АЛ:
= 3600 tc/Pc,
где tc- среднесуточное время работы оборудования.
= 3600*14.5/175=298 (с)
Для АЛ в среднем составляет 240-600 с. Так как = 298 с, то для выполнения заданной производственной программы достаточно одной АЛ.
Определяем количество ванн для каждой операции:
Операция электрохимическое обезжиривание:
в = 629860 = 1,2 ≈ 2 ванна;
Операция травления в = 1029860 = 2,01 ≈ 3 ванна;
Операция активация в = 129860 = 0,201 ≈ 1 ванна;
Операция цинкования в = 1729860 = 3,422 ≈ 4 ванна;
45
Операция пассивации в = 129860 = 0,201 ≈ 1 ванна;
Операция промывки в = 129860 = 0,201 ≈ 1 ванна;
Таблица 20 Расчетные данные для ванн авто операторной линии.
|
Продолжительность |
Количество |
|
|
|
||
Наименование |
операции, мин |
ванн |
|
ванны |
|
||
|
|
||
|
|
|
|
Эл.химическое обезжиривание |
7-10 |
2 |
|
Промывка теплой непроточной водой |
0,5-2 |
1 |
|
Каскадная промывка в холодной воде |
0,5-2 |
1 |
|
Травление |
8-10 |
3 |
|
Промывка (улавливание) |
0,5-2 |
1 |
|
Каскадная промывка в хол. воде |
0,5-2 |
1 |
|
активация |
5-60 |
1 |
|
Промывка (улавливание) |
0,5-2 |
1 |
|
Каскадная промывка в холодной воде |
0,5-2 |
1 |
|
Нанесение цинкового покрытия |
17 |
4 |
|
|
|
||
|
|
|
|
Промывка дистил. водой |
0,5-1 |
1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
Каскадная промывка в холодной воде |
0,5-2 |
1 |
|
Пассивация |
0,64-1 |
1 |
|
Промывка непроточной воде |
0,5-2 |
1 |
|
(улавливание) |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Каскадная промывка в холодной воде |
0,5-2 |
1 |
|
Промывка теплой проточной водой |
1-2 |
1 |
|
|
|
|
Общее количество ванн – 22.
Определяем габариты автооператорной линии:
– длина АОЛ:
lАОЛ=(nв-l)* ′ + ( в + прв ) в + ′′
где ′ − расстояние между ваннами;
впр −количество сдвоенных ванн двухкаскадных промывок;′′ −длина загрузочно-разгрузочных площадок;
46
в −ширина ванны.
lАОЛ= (22-1) *0,2+(22+5) *0,63+2*1,6=24,41 м
– ширина АОЛ:
bАОЛ= в + ′
где в − размер площадки обслуживания;в −длина ванны.
bАОЛ = 1,12+2*1,0=3,12 м
− высота АОЛ: принимаем равной 3 м.
Получаем автооператорную линию следующийхразмеров: 24.41×3.12×
3м.
Расчет количества автооператоров
Ориентировочное количество операторов:
nавт=(t2+tB+tост)/( в ),
где t2- суммарное время горизонтальных перемещений оператора, с;
tB- суммарное время вертикальных перемещений на подъем и опускание ЗП, с; tocт- время остановок оператора у ванн, с.
t2= £ (N+1)/V2
tв= 2H(N+1)/VB
tocт=N3Xt3,
где £ - расстояние между средними линиями соседних ванн (по ходу оператора); V2- скорость горизонтального перемещения оператора (0,13- 0,26 м/с); N3- количество ванн, у которых задерживается оператор; t3- время задержки оператора у ванн, с.
t2= 0,4(22+1)/0,2 = 46 с
tв= 2*1,09(22+1)/0,2= 250,7с
Время остановки оператора у ванн tocт складывается из времени tocт для выполнения коротких технологических операций, времени tocт //- для слива раствора с ЗП, времени tocт/// для гашения инерционных сил в
47
подвижных узлах системы при переходе оператора к позиции и после опускания подвески в ванну:
tocт= toст/+ tocт//+ tocт///
tocт / = 20N = 20*22 = 440 с
tocт // = (6÷9) (N - 2) = 8*(22-2) = 160 c tocт /// = (2÷4) N = 4*22 = 88 c
tocт= 440+160+88 = 688 c
nавт= (46 + 250,7 + 688) /298 = 3,3, следовательно 4 автооператора.
9.4. Материальный расчет Расчет химикатов и воды на приготовление электролитов и растворов
Принимаем, что электролит эксплуатируется в течение года, тогда расход электролита на 100 м2 покрываемых изделий составит:
= |
э |
|
г |
||
|
Где э − объем электролита, л
− годовая программа одной линии, м2 |
||||
г |
|
|
|
|
1 |
= |
100 700 |
= 2,27 л |
|
30900 |
|
|||
|
|
|
|
Рассчитываем количество химикатов и воды необходимое для приготовления 2,27 л электролита. Принимаем, что объем воды равен объему электролита: 2 = 2.27 л
Q=V1*C, где С – концентрация вещества в электролите
QгидроокисьNa= 2.27*20=45.4 г
Qмоющее техн. средство Hl= 2.27*4 =9.8 г
Расход химикатов и воды при эксплуатации электролита
По нормам расхода рассчитываем V2электролита, расходуемы при эксплуатации на 100 м2поверхности изделий:
Hp=0.12*1.25=0.15 л/м2
V2 = 15л на 100 м2
48
Принимаем что объем воды равен объему электролита V2
2 = 15 л
QгидроокисьNa= 15*20=300г
Qмоющее техн. средство =15*4 =60г
Расход химикатов и воды на выполнение программы
|
= |
15 30900 |
= 4635 л |
|||
|
||||||
2 |
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидроокись Na = |
300 30900 |
= 92,7 кг |
||||
100 |
|
|||||
|
|
|
|
|
Qмоющее техн. средство Hl=60 30900 = 18,54 кг
100
Годовой расход химикатов и воды
2,272 = 100 + 4635 = 4635,03 л
45,4
гидроокись Na = 100 + 92,7 = 93,155 кг
Qмоющее техн. средство =1009,8 + 18,54 = 18,631 кг
Расход химикатов и воды для остальных электролитов и растворов рассчитывается аналогично. Полученные данные сводятся в таблицу:
49
Наименовани е операции |
Наименовани и компонентов |
Концентраци я, г/л |
V раствора, г/л |
Количество |
|
Расход |
|
Расход |
|
|
ванн |
химикатов на 100 |
химикатов |
Годовой |
|||||||
м2; г |
|
и воды на |
расход |
|||||||
онач альн ый пуск |
|
эксп луата |
выполнение |
химикатов |
||||||
|
программы, |
и воды, кг |
||||||||
|
кг |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1)гидроо |
20 |
|
|
|
45,4 |
|
300 |
92,7 |
93,155 |
Электрох |
кисьNa |
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
имическое |
2)Моющие |
|
|
2 |
|
9,8 |
|
60 |
18,54 |
18,631 |
обезжиривание |
техн. |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средствоHl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1)HCl |
300 |
|
3 |
|
681 |
|
4500 |
1390,5 |
1397,31 |
|
2)Ингибитор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Травление |
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Экомет |
4 |
|
|
9,08 |
|
60 |
18,54 |
18,65 |
||
|
|
|
|
|
||||||
|
ИК 202 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Активация |
HClразб. |
100 |
700 |
1 |
|
227 |
|
1500 |
463.5 |
465.8 |
|
1)ZnO |
15 |
|
|
|
34.1 |
|
225 |
69.53 |
69.9 |
|
2)NaOHобщ. |
60 |
|
|
|
136.2 |
|
900 |
278.1 |
279.5 |
Цинкование |
3)NaOHсвоб |
30 |
700 |
4 |
|
68.1 |
|
450 |
139.05 |
139.8 |
4)ТЭЛ |
30 |
|
68.1 |
|
450 |
139.05 |
139.8 |
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
5)ПЭЛ |
1.5 |
|
|
|
3.41 |
|
22.5 |
6.95 |
7 |
|
6)ДМАБА |
0.4 |
|
|
|
0.91 |
|
6 |
1.86 |
1.9 |
Пассивации |
CrO3 |
35 |
700 |
1 |
|
79.45 |
|
525 |
162.23 |
163.02 |
H2SO4 |
2 |
|
4.54 |
|
30 |
9.3 |
9.32 |
|||
|
|
|
|
|
9.5. Расход растворимых анодов Цинкование
2.7.2.1 Расход анодов на первоначальную загрузку
Sa= 1,4 м2
Исходя из величины поверхности анодов, рассчитывается рабочая анодная поверхность на одной штанге:
При трех: ′= Sa/ 4
′ = , / =0,35 м2
Расход анодов рассчитывается по формуле:
′ = ′ ,
Где ρ – плотность металла, кг/дм3 na – число анодных штанг в ванне
Sa′ − рабочая поверхность анодов на одной штанге, дм2 d–толщина анодов
′ = 7,133 *3*0,35*102 *0,01 = 7,5 кг
50