Курсовая работа: Гальваническое покрытие хромом
мм.
Принимаем длину ванны 1600мм.
Ширина ванны (внутренняя)
Ввн = 2b1 +b2 =2*100+600=800мм.
Где b1 =100мм. – расстояние между осями анодных штанг до стенки.
b2 = 600мм. – расстояние между осями анодных штанг.
Высота ванны
Определим внутреннюю высоту ванны:
Нвн = h1+h2+h3+h4 =150+50+800+200=1200мм.
Где h1 – 150мм – расстояние от уровня Эл-та до верхнего края ванны.
h2 -20мм. – высота уровня эл-та над подвеской.
h3 – 800мм. – высота подвески.
h4 – 200мм. – расстояние от дна ванны до нижнего края подвески.
Принимаем высоту ванны 1250мм.
Толщина стенок зависит от материала ванны и изоляции. Ванны футерованы кислотостойким пластикатом толщиной 5 мм. Корпус ванны стальной толщиной Ст3, 5мм.
Согласно ГОСТу 23738-79 принимаем размер ванны для промывки и химической обработки 1600*800*1250 мм.
Определим объем эл-та в ваннах хромирования и обезжиривания.
л. =1,4м (куб.)
4.2 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ ЛИНИИ
Определим длину линии
,
где n – число ванн одного типоразмера,
- ширина ванн, мм. (800мм. – для
токовых ванн, 630мм. – для бестоковых ванн),
- ширина сушильной камеры, мм.
(630мм.)
- ширина загрузочно-разгрузочной
стойки, мм. (600мм.),
Δ
- зазор между сушильной камерой и
загрузочно-разгрузочной стойкой (1000мм.),
- кол-во ванн без бортовых отсосов,
Δ 
- зазор между стенками ванн без
бортовых отсосов,
- кол-во односторонних бортовых
отсосов,
Δ
-зазор между стенками ванн с
односторонним бортовым отсосом, мм. (290мм.)
- кол-во двусторонних бортовых
отсосов,
Δ
-зазор между стенками ванн с
двусторонним бортовым отсосом (390мм.)
- ширина одностороннего бортового
отсоса, мм. (212мм.)
Определение ширины линии
Вл = 
+В1+В2
где 
- внутр. длина ванны, мм. (1600мм.)
В1 – Расстояние от внутр. части стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки. Принимаем для подвесочных автооператоров 655мм.
В2 - Расстояние от внутр.стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания, 1165мм.
Вл = 1600+655+1165=3420мм.
4.3 ВЫСОТА ЛИНИИ
Высота линии Н принимается в зависимости от внутренней высоты ванн и способа обработки изделий (линию обслуживает подвесной автооператор).
Для Н ванн – 1250 мм. И подвесного автооператора высота линии принимается 4700мм.
5. Материальный расчет
5.1 РАСХОД ХИМИКАТОВ ДЛЯ ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ЗАГРУЗКИ ОБОРУДОВАНИЯ
Где с – концентрайия компонента в ванне г/л.
V – объем электролита, л.
В – количество одноименных ванн
N – количество линий
Ванна анодной активации.
С (CrO3)=250г/л.
Ванна хромирования.
С (H2SO4) = 2,5г/л.
С (CrO3)=250г/л.
5.2 РАСХОД ХИМИКАТОВ НА ЗАМЕНУ РАСТВОРОВ В ВАННАХ ЗА ГОД
Ванна электрохимического обезжиривания – 1 раз в 2 месяца.(6раз в год)
5.3 РАСХОД ХИМИКАТОВ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ
Расход химикатов на выполнение программы складываются из расхода химикатов на замену растворов и потери компонентов электролитов за год
Ванна электрохимического обезжиривания. Норма расхода 0,48л/м(кв.)
Ванна анодной активации. Норма расхода 0, 48л/м(кв.)
Ванна хромирования
Количество хромового ангидрида, расходуемого для выполнения годовой программы, рассчитывается по формуле:
Где F – годовая программа, м(кв.)=25250
-удельный расход хромового ангидрида
=
Где А – количество ангидрида, необходимого для покрытия 1 кв. метра поверхности толщиной 1 мкм. Масса хромового покрытия толщиной 1 мкм. На 1 кв. м. поверхности основы составляет 7г. этой массе хрома соответствует 14г. Ангидрида.
Пв – потери Эл-та в вентиляцию – 0,052 г/кв. м.
х – концентрация хромового ангидрида в Эл-те 250г/л.
δ – средняя толщина покрытия – 12 мкм.
Пд – потери эт-та, уносимого деталями 0,095л/кв. м.
Пк - потери эт-та, при коррекутировке – 0,035л/кв. м
5.4 РАСХОД АНОДОВ
При хромировании применяют свинцовые нерастворимые аноды.
Расход анодов на первоначальный пуск оборудования.
Состав анодов для хромирования:
Свинец – 90%; сурьма- 8%; олово – 2%.
Массу анодов для ванны определяем по формуле
где k1 – отношение суммарной ширены анодов к длине ванны – 0,6
k2 – отношение высоты анодов в глубине ванны – 0,8
n – число анодных штанг - 2
α – длина ванны – 1,6м.
H – высота ванны – 1,25м.
δ - толщина анода – 0,01м.
γ – плотность свинца – 11250 кг/м(куб.)
Кол-во анодов для участка
где G – необходимая масса анодов, для одной ванны, кг.
N – кол-во ванн в одной линии.
C – кол-во автоматических линий.
Аналогично рассчитывается расход анодов на первоначальный пуск для ванн электрохимического обезжиривания и активации
Ванна электрохимического обезжиривания:
Ванна активации:
Определение кол-ва анодов в ванне хромирования, активации.
где n – кол-во анодных штанг (2) в ванне
0.6 – коэффициент, определяет отношение суммарной ширины анодов к длине анодной штанги
α – длина ванны – 1,6 м.
b – ширина одного анода – 0,25м.
l – длина анода 750мм.
р – непогруженная часть анода 50мм.
Площадь одного анода S =250*750=187500мм(кв.) = 18,75 дм(кв.). В ванне 8 анодов, тогта общ. S =18,75*8=150дм(кв.)=1,5м(кв.). При хромировании отношение Sa:Sk=2:1, у нас Sк.ср.= 0,87м(кв.), соотношение выдерживается, значит кол-во и размеры анодов рассчитаны правильно.
Кол-во анодов для выполнения программы.
Расход нерастворимых анодов на годовую программу рассчитывается по формуле:
где Mg – норма идеального расхода нерастворимых анодов, г/ м(кв.) (для ТВ. Хромирования анод с составом: свинец 90%, сурьма – 8%, олово – 2 %, Mg=1.6 г/м(кв.) при толщине 1 мкм. Для электрохим. Обезжиривания анод – сталь никелирования, Mg=1.15 г/м(кв.).
а) Хромирование
кг
б) Анодная активація
кг
в) Электрохимическое обезжиривание
кг
Ведомость расхода анодов.
| Наимен операций | Наимен. Материала анодов. | Расход на 1 м(кв.) обрабат. Поверхности,г. | Обрабатывемая поверхн. | Расх. мат. на первонач. пуск, кг. | Расх. мат. На программу, кг. |
|
Электро хим. обезж. |
Сталь никелированная | 1.15 | 25250 | 75.84 | 24.4 |
| Анодная активац. |
Сталь, Pb-90% Sb-8% Sn-2% |
1.6 | 25250 | 2.16 | 33.94 |
| Хромирование |
Pb-90% Sb-8% Sn-2% |
1.6 | 25250 | 1512 | 407.2 |
5.5 РАСЧЕТ РАСХОДА ПАРА
где V – объем раствора – 1,4м(кв.)
n – кол-во ванн данного типаразмера - 6
P1 – удельный расход пара на разогрев до данной температуры – 105кг/м(куб.)ч
Tc – кол-во рабочих суток в году - 253
P2 – удельный расход пара при работе ванны – 13,6кг/м(куб.)ч
T – эффективный часовой фонд времени работы оборудования – 3807 час.
кг.
Расход для ванн горячей прмывки:
кг.
Суммарный расход:
∑Р = 769,1+656,3=1425,4 кг.
5.6 РАСХОД ВОДЫ НА ПРОМЫВКУ
Где q – удельный вынос раствора из ванны поверхностью детали л/м(кв.) –0,2
k – критерий окончательной промывки даталей
Fчас – часовая производительность линии – 5,57м (кв.)/час.
Где х – концентрация основного компонента г/л.
Хn – предельно допустимая концентрация в последней ванне промывки
Если перед промывкой электролит улавливают, то величину удельного выноса раствора уменьшают введением коэффициентов: 0,4 при одной ванне улевливания: 0,15 – при двух ваннах улавливания.
Промывка после ванны обезжиривания. Последовательная двуступенчатая каскадная промывка.
ХNaOH = 40г/л. Хn = 0.1г/л.
Промывка после ванны хромирования
CrO3 = 250г/л. Хn = 0.01г/л. Хcr = 
=
г/л.
∑Q = (22.28+6.84)3817.2=111160.8 л/год=111,15м(куб.)/год
Расход воды на составление растворов, восполнение испарения, промывку оборудования принимается в размере 15-20% от расхода на промывные воды
Общий расход воды составляет:
Qобщ = 
6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
Электрический расчёт ЭХА сводится к составлению баланса напряжения для данного вида ЭХА. Для электрохимического аппарата, рассматриваемого в данной курсовой работе, баланс напряжения будет иметь вид[4]:
(4.1 )
где U – напряжение между анодной и катодной штангами, В;
Epa Epk равновесные электродные потенциалы анодной и катодной реакции, соответственно, В;
ŋa и ŋk – абсолютные значения перенапряжения анодной и катодной реакции, соответственно, В;
ΔEэл-т падение напряжения в электролите, В;
ΔЕэл-д падение напряжения в электродах, В;
ΔЕтокоподвод падение напряжения в ошиновке ванны, анодных и катодных штангах, анодных крючках, В;
ΔЕконт падение напряжение в контактах, В.
6.1 РАСЧЁТ РАЗНОСТИ РАВНОВЕСНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ
Электролит электрохимического обезжиривания состава:
NaOH – 40г/л.
іа =ік =5,3 А/дм(кВ.) : t = 18-35 ºC аноды – никелированная сталь.
Катод:
Анод:
Суммарная:
Рассчитаем потенциалы анода и катода по формуле:
где ΔG – свобдная энергия Гиббса, Дж/моль;
Е электродвижущая сила системы, В;
n – количество электронов, принимающих участие в реакции;
По справочнику находим величины энергии Гиббса всех участвующих в реакциях веществ:
ΔGH2=0 кДж/моль;
ΔGH+=0 кДж/моль;
ΔGO2=0 кДж/моль;
ΔGH2O=-237,23 кДж/моль.
ΔGОН=-157,35 кДж/моль.
,
При изменении температуры (от 25 оС до 100 оС) можно пользоваться так называемым температурным коэффициентом стандартного электродного потенциала (напряжения разложения) dE/dT. Он показывает, на сколько вольт меняется потенциал при изменении температуры на один градус:
Величины температурного коэффициента стандартного электродного потенциала (напряжения разложения) приводятся в литературе или рассчитываются, как:
где ΔS – энтропия реакции, Дж/(моль·К); Е – электродвижущая сила системы, В; n количество электронов, принимающих участие в реакции; F число Фарадея.
Рассчитаем энтропию реакции:
Из справочных данных[16] находим величины энтропии всех участвующих в реакциях веществ:
Отсюда:
Если активность потенциалопределяющих компонентов в растворе отличается от 1, то потенциал анодной или катодной реакции можно рассчитать по уравнению Нернста:
где аox, аred – активность окисленной и восстановленной форм вещества, а=Сγ, γ – коэффициент активности; С – концентрация вещества; ν – стехиометрический коэффициент.
В большинстве случаев электролит в электрохимических производствах представляет собой смесь разных компонентов с различными концентрациями. При этом, на величину коэффициента активности потенциал-определяющих ионов оказывает влияние концентрация всех компонентов. Выражение для равновесного потенйиала катодной реакции при 30 град. Будет:
