Очистка сточных вод

В_вн=0,14+2*0,2+2*0,005+2*0,1=0,75 м.

 

Внутренняя высота ванны:

H_вн=h_п+ h₁+h₂+h₃

h_п - высота подвески;

h_п= 0,4м ;

h₁- расстояние от дна ванны до нижнего края подвески; принимаем 0,15…0,2м; h₁=0,2 м;

h₂ - высота электролита над верхним краем подвески; принимаем h₂=0,15 м;

h₃ - расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края бортов ванны; принимаем h₃=0,2 м;

H_вн=0,4+0,2+0,15+0,2=0,95 м.

 

Исходя из полученных расчетов выбираем ванну которая  наиболее близка по своим габаритным размерам:

 L=1600мм B=1000мм H=1000мм.                                                                             Так как коэффициент загрузки находится в пределах (0,75 - 0,95) то ванная будет работать в нормальном режиме. Таким образом выбранная ванная полностью удовлетворяет нашим требованиям.

 Обозначение  66.000-08, обозначение ванны по ОСТ2П-65-1-80 1808.

масса ванны:  м_в=465 кг

масса футеровки: м_ф=34 кг

объём ванны: - v_в=1,45 м²

 

2.9.4. БАЛАНС  ТОКА

 

Сила тока, протекающего в ванне:

I = i_к·S_сум·К ,

 

где i_к - катодная плотность тока, равная 3 А/дм² = 300 А/м²; К – коэффициент, учитывающий площадь контакта (1,1); S_сум - суммарная покрываемая площадь поверхности деталей S = 0,564м и неизолированной части погружаемой поверхности подвески  S₂, м². Значение S₂ обычно принимают равным  3....15% величины S=10%.

S_сум = ( S + S₂) · n_п ,

 

где n_п – количество подвесок с деталями в одной ванне, шт.

S_сум = (0,564 + 0,05) · 1 = 0,62м².

 

Следовательно, сила тока, протекающего в ванне равна:

I = 300 · 0,62 · 1,1 = 205 А.

 

На электродах протекают  следующие электрохимические процессы:

                                   К:  1. Ni²⁺ + 2e = Ni⁰  ( 98% )

3. 2H⁺ + 2e = H₂    ( 2% )

А:  3. Ni⁰ = Ni²⁺ + 2е      ( 100% )

 

Доля тока идущего  на частный процесс, определяется выходом  по току Вт данного процесса, А:

I = I· Вт / 100.

 

 

 

 

Сила тока при протекании реакций, А:

 

I₁ = 205 · 98 / 100 = 201 А

I₂ =  205 · 2 / 100 = 4 А

В таблице 2.7. приведен баланс количества электричества:

Таблица 2.7.    Баланс тока

Приход	Q, А· ч	%	Расход	Q, А· ч	%
От внешнего источника тока	205	100	Выделение Ni Выделение H2	201   4	98   2
Итого	205	100	Итого	205	100

 

 

 

2.9.5. БАЛАНС  НАПРЯЖЕНИЯ НА ВАННЕ

 

Напряжение на ванне  складывается из разности электродных  потенциалов на катоде и аноде  Е_К и Е_А, и суммы омических потерь напряжений ΔU_ОМ на отдельных участках электролизера:

U_{на ванне} = Е_А - Е_К + ΔU_ОМ,

ΔU_ОМ = ΔU_{ОМ. ЭЛ-ТА} + ΔU_{ОМ. ЭЛ-ДА}

Е_А-электродный потенциал на аноде;

Е_К- электродный потенциал на катоде;

ΔU_{ОМ. ЭЛ-ТА} - омическое падение напряжения в электролите;

ΔU_{ОМ. ЭЛ-ДА} - омическое падение напряжения в проводниках первого рода и в контактах.

ΔU_{ОМ. ЭЛ-та} = ( i_ср· l ) / æ,

где l – расстояние между анодом и катодом.

Из справочника найдем, что электропроводность для электролита  никелирования равна æ = 4 См/дм.

Определим расстояние между  анодом и подвеской:           

ΔU_{ОМ. ЭЛ-та} = 2,12· 2/4 = 1,06 В

 

i_ср =

; так как S_А/S_К = 2/1, то i_А/ i_К = 1/2, отсюда можно найти i_ср как

i_ср =

= = 2,12 А/дм²

U_{на ван.} = ( Е_А - Е_К + ΔU_ОМ._ЭЛ-ТА)/0,9 = (-0,43 – (-0,73) + 1,06)/0,9 = 1,51 В;

 

Напряжение источника  постоянного тока для питания  ванны никелирования:

U_И.Т. = U_{на ван.} / 0,9 = 1,51/0,9 = 1,68 В

 

Падение напряжения в  контактах и в проводниках  первого рода.

ΔU_ш = 0,1[(Е_А - Е_К)+ ΔU_ОМ._ЭЛ-ТА]/0,9 = 0,1 [(-0,43 – (-0,73) + 1,06] /0,9 = 0,15 B

 

Составляющие величины баланса напряжений  сведены в таблицу, приведенную ниже.

 

 

Таблица 2.8..  Баланс напряжения

Приход	U, B	%	Расход	U, B	%
Напряже -    ние  на Ванне	1,51	100	Разность электродных потенциалов под током, (ЕА - ЕК). Падение напряжения для преодоления омического сопротивления электролита, ΔUОМ. ЭЛ Падение напряжения в контактах и в Проводниках первого рода.	0, 3       1,06         0,15	520       770       110
Итого	1,51	100	Итого	1,51	100

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9.6.ВЫБОР ИСТОЧНИКА  ПИТАНИЯ

 

Исходя из силы тока на ванне I =205 А. и напряжения на ванне

Е = 3-6 В выбираем источник постоянного тока.

Питание ванн электрохимических  покрытий осуществляется от выпрямительных агрегатов. Выпрямительные агрегат серии Т имеет высокую точность стабилизации параметров, возможно, их дистанционное управление.

Т – указывает вид выпрямительного агрегата (терристорный);

Е – вид охлаждения (естественное);

Выбираем ТЕ1 – 400/12Т.

Первый цифровой индекс означает класс перегрузочной характеристики по ГОСТ 1842-80 , второй – номинальную силу тока (постоянного) в амперах I=400А; третий – номинальное постоянное напряжение в вольтах U=12B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9.7. БАЛАНС  ЭНЕРГИИ

 

Электрическая энергия W_общ., подведенная к электролизеру, превращается в химическую W_хим и в тепловую  ( джоулево тепло ) W_дж энергии. Энергия W_хим отражает изменения материального состава, происходящие в результате протекания электрохимических реакций на поверхности электродов и химических реакций в объеме раствора. Энергия W_дж расходуется на разогрев раствора.

W_общ = W_хим + W_дж

 

W_общ  = I·U_в·τ_д·60 = 205·1,51·53·60 = 984369 Дж = 984кДж,

       где  τ_д – рабочее время ванны, 53 мин.

 

Процесс электроосаждения идет с растворимыми анодами и  с выходом по току близким к 100% , поэтому вся подводимая электрическая  энергия переходит в тепловую.

W_общ  = W_дж

 

Таблица 2.9. Баланс энергии

Приход	Wобщ , кДж	%	Расход	Wдж , кДж	%
Общий  приход Энергии	984	100	Джоулево тепло	984	100
Итого	984	100	Итого	984	100

 

 

2.9.8.ТЕПЛОВОЙ  БАЛАНС

 

В гальванических цехах  для нагрева растворов применяют  электрический ток, водяной пар  и горячую воду. Наиболее часто в качестве теплоносителя применяется пар под давлением 0,2-0,3 МПа. Электрический нагрев используют в тех случаях, когда по технологии температура ванн должна быть не ниже 110° С (например, в процессе химического оксидирования стали), а также на небольших участках металлопокрытий о ваннами небольшого объема.

Цель теплового расчета  ванн - определение количества теплоты, которое необходимо подводить к  ванне в период ее разогрева и  для поддержания рабочей температуры. На основании расчета определяют параметры нагревательного устройства и расход теплоносителя.

2.9.8.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА  ТЕПЛОТЫ НА РАЗОГРЕВ ВАННЫ

 

Количество теплоты Q_раз, необходимое для разогрева ванны, складывается из расхода теплоты Q₁ на разогрев раствора, материала и футеровки ванны и расхода теплоты Q₂/2 на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду:

где - тепловые потери при рабочей температуре за время разо- 
грева ванны} принимается, что в процессе разогрева тепловые поте- 
ри в два раза ниже.

Величину  определяют как

= (V₁·C₁·γ₁ + C₂·m₂ + C₃·m₃ + C_a·m_a)·(t_k-t_н),

где V₁, C₁, γ₁ - соответственно объем, удельная массовая теплоемкость, 3060Дж/кгК и плотность нагреваемого раствора, 1190 кг/ м³; C₂ и C₃, C_a - теплоемкость материалов корпуса ванны, анода, футеровки: для стали – около 500 Дж/(кг·К), для винипласта - около 1630 Дж/( кг·К),для никелевых анодов – 448 Дж/(кг·К); m₂, m₃, m_a, массы корпуса ванны, анодов- 112кг и футеровки; t_k и t_н - конечная и начальная температуры раствора.

V₁ = 1,45м³, m₂ =465 кг,

m₃ = V_ф·γ₃ = 0,02 м³·1405кг/ м³ = 34 кг

V_ф =2∙V_B + 2∙ V_L + V_дно

Vф=2∙0,00284 +2∙0,0064+ 0,00568 = 0,02416  м³

 

Количество теплоты  на компенсацию тепловых потерь в  окружающую среду складывается из потерь теплоты нагретой жидкостью через стенки ванны и потерь теплоты через зеркало электролита

Q₂ = Q₃ + Q₄

 

Потери теплоты через  стенки ванны

Q₃ = q₃∙F_k∙τ_p,

Q₄ = q₄∙F_з∙τ_p.

 

Где величина теплоотдающей  поверхности (корпуса ванны F_k, 6,8м² или зеркала электролита F_з, 1,6м²); величина удельных потерь теплоты q через стенки ванны; время разогрева ванны τ_p.

Величина удельных потерь теплоты q₃ (Bт/м²) через стенки ванны в интервале температур в ванне 40-100°С равна:

q₃ = b₀ + b₁·t = -40,54 + 2,435·60 = 105,56 Bт/м²

q₄ = 82+ 0,0115·t³ = 82 + 0,0115·(60)³ = 2566 Bт/м²

Q₃ = 105,56 ·6,8·3600·10^-3 = 2584 кДж

Q₄ = 2566·1,6·3600·10^-3 = 14780 кДж

Q₂ = 2584  + 14780 = 17364 кДж

 

= (1,45∙3060∙1190 + 500∙465 + 34∙1630 + 448∙56) ∙( 60-20) = 223721  кДж

Q_раз = 223721 + 17364 /2 = 232403 кДж

2.9.8.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА  ТЕПЛОТЫ НА ПОДДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

 

Количество теплоты Q_раб необходимое для поддержания рабочей температуры в ванне, которая складывается из расхода теплоты Q₂ на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду и расхода теплоты Q₅ на нагрев приспособлений с деталями, периодически поступающих в ванну. Для ванн электрохимической обработки из суммы Q₅ и Q₂ следует вычесть величину Q₆ – количество теплоты, выделяющейся при прохождении через ванну электрического тока. Таким образом,

Q_раб = Q₂ + Q₅ - Q₆

Q₆ = W_Дж = 984 кДж

Q₅ = (C₄·m₄ + C₅·m₅)·(t_k-t_н)·n_{ед.загр.}

 

где - C₄, C₅ - удельные массовые теплоемкости обрабатываемых деталей и подвески; m₄, m₅ – массы подвески (12кг) и обрабатываемых деталей одной единичной загрузки (10,5кг); n_{ед.загр.}- количество загрузочных единиц, обрабатываемых в ванне за час.

Q₅ = (452∙12 + 385,2∙10,5)∙(60-20)∙3,53 = 1337 кДж

Q_раб = 12059 + 1337 -984 = 12412 кДж

 

 

 

 

 

2.9.8.3.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  КОЛИЧЕСТВА ЭНЕРГИИ НЕОБХОДИМОЙ  ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ  В ВАННЕ 

 

W_раб = Q_раб/3600∙1000= 12412∙10³/3600∙1000 = 3,4 кВт∙ч

Рассчитаем  количество энергии необходимое  для разогрева ванны

W_раз = Q_раз/3600∙1000 = 133223∙10³/3600∙1000  = 64 кВт∙ч

 

Таблица 2.10.Тепловой баланс

 

Приход	Q, кДж	%	Расход	Q, кДж	%
Джоулево тепло	984	7	На разогрев раствора и материала ванны Q2	12059	90
На поддержание рабочей температуры ванны Qраб	12412	93	Расход теплоты на нагрев приспособлений с деталями Q5	1337	10
Итого	13396	100	Итого	13396	100

 

 

 

2.9.9. МАТЕРИАЛЬНЫЙ  БАЛАНС

 

Материальный баланс ванны составляют для определения потребности производства в исходном сырье при получении данного вида покрытия.

 

2.9.9.1. РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ

 

Расчет растворимых  электродов на запуск нового оборудования:

G_э= k1· k2· n_a · l · h · δ_а · d_м = 0,48· n_a · l · h · δ_а · d_м ,