Автоматизированные системы управления химико-технологическими процессами

Содержание

Введение

1. Технологическая часть
1. Область применений цинковых  и хромовых покрытий
2. Физико-химические свойства
3. Методы нанесения
4. Характеристика и условия эксплуатации деталей
5. Сравнительная характеристика электролитов
6. Выбор режима и особенности процессов
7. Технологические схемы нанесения покрытия
8. Контроль качества покрытий
9. Описание работы автоматических линий
2. Расчётная часть
1. Расчет фондов рабочего времени
2. Установление производственной программы
3. Определение продолжительности электролитического осаждения металла
4. Определение количества и производительности основных ванн
5. Расчёт автоматической линии
6. Расчет габаритов барабанов и размеров ванн линии цинкования
7. Расчет размеров ванн линии хромирования
8. Компоновка автоматической линии цинкования
9. Расчет количества автооператоров линий
3. Энергетические расчёты
1. Расчет поверхности загрузки и силы тока на ванну
2. Расчёт напряжения на ванне
3. Выбор и расчёт шин
4. Суточный расход электроэнергии на электролиз
5. Тепловой расчёт ванн
6. Определение параметров змеевика для подогрева электролита
7. Расчет расхода пара
8. Определение количества охлаждающей воды в рубашке
4. Материальные расчёты
1. Расчёт расхода анодов и  материалов на первоначальный пуск
2. Расчёт расхода  материалов на выполнение заданной программы
5. Строительно-компоновочные решения
6. Охрана труда
1. Характеристика и анализ вредных и опасных производственных факторов
2. Производственная санитария
3. Вентиляция и отопление
4. Освещение
5. Шум и вибрация
6. Техника безопасности
7. Охрана окружающей среды
1. Характеристика вредных веществ, используемых в цехе
2. Экологическая опасность растворов и электролитов
3. Расчет состава и объема сточных вод
4. Схема очистки сточных вод и ее описание
5. Расчет  экономической  эффективности  средозащитных

мероприятий

8. Автоматические системы управления химико-технологическими процессами
1. Обоснование выбора средств автоматизации
9. Экономическая часть
1. Расчёт капитальных затрат
2. Расчёт численности и годового фонда зарплаты
3. Расчёт затрат на материалы, топливо, энергию
4. Расчёт сметы расходов на содержание и эксплуатацию

оборудования

5. Расчёт сметы цеховых расходов
6. Калькуляция себестоимости товарной продукции
7. Расчёт технико-экономических показателей

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

На современном  рынке защитно-декоративных покрытий с точки зрения инвестиций в производство одно из первых мест занимает хромирование. Более того, при высоком спросе предложение – весьма ограничено. Даже высокие цены не препятствуют спросу на покрытия хромом, часто превышающие на другие виды гальванохимических и лакокрасочных покрытий в несколько раз.

Немаловажным  является факт, что пакет заказов на блестящее хромирование легко формируется при мелкосерийном производстве. Конкурентоспособность таких процессов, как цинкование, чернение, анодирование, фосфатирование и т. п. определяется преимущественно производственными мощностями. С другой стороны, предприятия, имеющие развитое производство финишных покрытий, неохотно принимают мелкосерийные и разовые заказы, составляющие наибольшую долю в случае хромирования. Таким образом, даже у небольшого участка хромирования есть хорошие шансы к выживанию по соседству с крупными заводами, прочно укоренившимися на рынке гальванопокрытий ещё с советских времён.

Строительство отделений защитных и износостойких  покрытий планируется на производственной площади одного из крупнейших машиностроительных объединений восточной Сибири “ПО Усольмаш”, специализирующихся на выпуске обогатительного горношахтного, электролизного оборудования для предприятий металлургического комплекса России. Автомобильных и башенных кранов, флотационных машин и механизмов для алюминиевых заводов.

К тому же имеет  явное преимущество в отношении  других регионов России по географическому  месторасположению к весьма дешевым  энергоресурсам ОАО “Иркутскэнерго”. Не мене важным фактором для водоёмкого гальванического производства является непосредственная близость пресного водоёма – реки “Ангары”. И наконец существование несколько учебных заведений специализирующихся на подготовке специалистов электрохимических производств.

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Область применений цинковых  и хромовых покрытий

Хромовые

Электролитическое хромирование применяется для внешней отделки  изделий, повышения износостойкости, для защиты от коррозии и в ряде других случаев.

Декоративные и защитно-декоративные покрытия хромом отличаются долговечностью. Поэтому многие изделия, и в особенности работающие в тяжелых условиях эксплуатации, подвергаются декоративному хромированию: например, детали автомобилей, самолетов, вагонов, приборов, а также инструменты и изделия бытового характера.

Полированные хромовые покрытия обладают хорошей отражательной способностью. Коэффициент отражения света хромом достигает 70%. Эта величина несколько меньше, чем для серебра, но зато хром не тускнеет на воздухе. Поэтому хромирование используется в производстве различного типа фар и других малоответственных светоотражателей. Наряду с этим, из хромового электролита возможно осаждение черного хрома, применяющегося для уменьшения коэффициента отражения света.

Износостойкие хромовые покрытия применяются  для многих инструментов и деталей  машин, работающих на трение. К хромированию прибегают при покрытии новых деталей, а также при восстановлении изношенных, потерявших размеры во время работы на трение. Большое значение имеет исправление деталей, забракованных по размерам.

Номенклатура деталей, подвергаемых хромированию для повышения износостойкости, достигает больших размеров: детали мерительных инструментов, предельные калибры, режущий инструмент – метчики, сверла, развертки, фрезы, протяжки, долбяки и пр., инструмент для холодной обработки металлов давлением – волочильные глазки, пуансоны и матрицы для листовой штамповки, штампы для холодной штамповки и т.д.

Благодаря хромированию не только увеличивается  срок службы деталей, но часто повышается качество выпускаемой продукции. Это  наблюдается при хромировании валиков бумагопрокатных станов, штампов и пресс-форм для обработки неметаллических материалов и резины. Здесь важное значение имеют химическая стойкость и плохая смачиваемость хрома, что обеспечивает легкое отделение от формы и блеск отпрессованных деталей.

Применение износостойких хромовых покрытий для восстановления изношенных деталей станков и двигателей внутреннего сгорания позволяет  во много раз увеличить срок их службы. Примерами подобных деталей  могут служить шпиндели станков, шейки коленчатых валов, распределительные валики, толкатели клапанов, поршневые пальцы, шейки валиков различных  агрегатов и другие детали.

Важной областью использования  износостойких хромовых покрытий является хромирование цилиндров или поршневых  колец двигателей внутреннего сгорания. Однако для этих деталей, работающих в условиях ограниченной смазки и высоких удельных нагрузок, положительного эффекта от хромирования можно ждать лишь при покрытии пористым хромом [1].

В этом проекте для хромовых покрытий нашли применение при изготовлении штоков гидротолкателей в производстве  флотацинных машин.

Цинковые

Цинковое покрытие сравнительно дешевое  и доступное, поэтому оно широко применяется для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты, деталей  машин, крепежных деталей, трубопроводов и других изделий.

Цинковые покрытия в основном применяют  для защиты стальных деталей от коррозии и реже как подслой при гальванопокрытии деталей из алюминия и его сплавов.

Покрытия цинком без хроматной  обработки можно применять только для сохранения электропроводности, при пайке, для деталей, подвергаемых точечной сварке и опрессовке пластмассами при ≥ 100˚С.

Для повышения защитных свойств  или использования цинковых покрытий в морских условиях их фосфатируют  или покрывают лаками и красками. В среде, насыщенной морскими испарениями, эти покрытия быстрее корродируют, чем в чистой влажной атмосфере. Стальные детали толщиной <0,5 мм не рекомендуется цинковать, так как они становятся хрупкими [1].

В связи с тем что флотациннные машины не монолитны, а как правило состоят из отдельных частей и деталей возникает необходимость собирать эти конструкции крепёжными элементами. В свою очередь для продления службы эти элементы защищают покрытиями в нашем случае таковыми являются цинковые.

1.2 Физико-химические свойства

Хром – металл стального цвета с голубоватым оттенком и в полированном состоянии обладает высокими декоративными свойствами. Атомная масса хрома 52,01, валентность 2,3 и 6. Электрохимический эквивалент шестивалентного хрома 0,324 г/А·ч и его стандартный потенциал – 0,71 В, однако на воздухе хром пассивируется, покрываясь тонкой окисной плёнкой, и его потенциал становится 0,2 В. Очень высокая микротвёрдость осаждённого хрома, доходящая до 10000 – 11000 МПа, и износостойкость, превышающая таковую по сравнению с закаленной сталью в 3 – 4 раза, обеспечил процессу хромирования самое широкое применение во всех отраслях машиностроения. Коэффициент трения у хрома ниже, чем у стали, в 2 – 3 раза. Плотность хрома 7,2 г/см³, температура плавления 1870 ˚С, что наряду с химической стойкостью хрома и склонностью к пассивированию позволяет использовать его как жаростойкое покрытие. Хром нерастворим в азотной кислоте, слабо растворим в серной и легко растворяется в соляной кислоте, а также в растворах едкого натра при анодной обработке [2].

 При обычной температуре  хром химически устойчив и  почти не окисляется на воздухе  даже в присутствии влаги. При  нагревании окисление протекает  только на поверхности. Азотная  кислота и царская водка на  холоде на него не действуют. Своеобразная устойчивость хрома в этих кислотах объясняется тем, что они переводят его в пассивное состояние [1].

Цинк осаждённый гальваническим методом имеет светло–серый цвет с голубоватым оттенком. Его плотность равна 7,13г/см³ и температура плавления 419 ˚С. При 100 – 150 ˚С цинк легко может быть прокован и прокатан, но при повышении температуры до 200 ˚С он становится хрупким. Атомная масса цинка 65,4, валентность – 2, стандартный электродный потенциал – 0,76 В и электрохимический эквивалент равен 1,22 г/(А·ч).

Так как стандартный электродный  потенциал цинка электроотрицательнее железа, то слой цинка в паре  железо – цинк служит анодом и, следовательно, защищает железо от коррозии не только механически, но и электрохимически. Поэтому цинкование получило широкое применение для защиты железа в условиях атмосферной коррозии, а также для изделий, соприкасающихся с пресной водой [2].

С водой цинк реагирует с выделение  водорода, причём этот процесс идет параллельно с процессом кислородной  деполяризацией. Коррозия цинка происходит в нейтральных растворах солей и в воде. Влажный воздух, загрязненный SO₂ , способствует образованию основного сульфата цинка. В разбавленных растворах NaOH цинк анодно пассивируется, образуя пористый слой окислов толщиной до 50 Å.

При атмосферной коррозии цинка  образуются защитные плёнки из основного  карбоната, в виде объёмистых продуктов  коррозии, покрытых невысыхающей плёнкой  воды. Органические соединения (уксусная, муравьиная и др.) вызывают значительную коррозию цинка (0,5г/м в сутки) [1].

1.3 Методы нанесения

Металлические покрытия наносят на изделия погружением  в расплавленный металл (горячий  метод), термомеханическим методом (плакирование), распылением (металлизация), диффузионным и гальваническим. В  зависимости от применяемого металла, покрытия бывают катодные и анодные. Если изделие покрывается металлом, имеющим более электроположительный потенциал, чем потенциал защищаемого металла, то такое покрытие называют катодным; например, покрытие стального изделия оловом или медью. При нарушении целостности покрытия  коррозия резко возрастает, так как металл изделия становится анодом по отношению к металлу покрытия. Если изделие покрывается металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал, чем потенциал защищаемого металла, то такое покрытие называют анодным; например, покрытие стали цинком. Анодное покрытие защищает покрываемый металл при нарушении его сплошности, так как металл изделия является катодом по отношению к металлу покрытия. Таким образом, катодное покрытие должно быть сплошным и непроницаемым для агрессивной среды, тогда как к анодному покрытию по сплошности предъявляются менее высокие требования.