Реферат: Автоматические системы управления химико-технологическими процессами

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Область применений цинковых и хромовых покрытий

1.2 Физико-химические свойства

1.3 Методы нанесения

1.4 Характеристика и условия эксплуатации деталей

1.5 Сравнительная характеристика электролитов

1.6 Выбор режима и особенности процессов

1.7 Технологические схемы нанесения покрытия

1.8 Контроль качества покрытий

1.9 Описание работы автоматических линий

2. Расчётная часть

2.1 Расчет фондов рабочего времени

2.2 Установление производственной программы

2.3 Определение продолжительности электролитического осаждения металла

2.4 Определение количества и производительности основных ванн

2.5 Расчёт автоматической линии

2.6 Расчет габаритов барабанов и размеров ванн линии цинкования

2.7 Расчет размеров ванн линии хромирования

2.8 Компоновка автоматической линии цинкования

2.9 Расчет количества автооператоров линий

3. Энергетические расчёты

3.1 Расчет поверхности загрузки и силы тока на ванну

3.2 Расчёт напряжения на ванне

3.3 Выбор и расчёт шин

3.4 Суточный расход электроэнергии на электролиз

3.5 Тепловой расчёт ванн

3.6 Определение параметров змеевика для подогрева электролита

3.7 Расчет расхода пара

3.8 Определение количества охлаждающей воды в рубашке

4. Материальные расчёты

4.1 Расчёт расхода анодов и материалов на первоначальный пуск

4.2 Расчёт расхода материалов на выполнение заданной программы

5. Строительно-компоновочные решения

6. Охрана труда

6.1 Характеристика и анализ вредных и опасных производственных факторов

6.2 Производственная санитария

6.3 Вентиляция и отопление

6.4 Освещение

6.5 Шум и вибрация

6.6 Техника безопасности

7. Охрана окружающей среды

7.1 Характеристика вредных веществ, используемых в цехе

7.2 Экологическая опасность растворов и электролитов

7.3 Расчет состава и объема сточных вод

7.4 Схема очистки сточных вод и ее описание

7.5 Расчет экономической эффективности средозащитных

мероприятий

8. Автоматические системы управления химико-технологическими процессами

8.1 Обоснование выбора средств автоматизации

9. Экономическая часть

9.1 Расчёт капитальных затрат

9.2 Расчёт численности и годового фонда зарплаты

9.3 Расчёт затрат на материалы, топливо, энергию

9.4 Расчёт сметы расходов на содержание и эксплуатацию

оборудования

9.5 Расчёт сметы цеховых расходов

9.6 Калькуляция себестоимости товарной продукции

9.7 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.

Металлические покрытия горячим методом наносят на изделие или заготовку путем их погружения на несколько секунд в ванну с расплавленным металлом. Этим способом на изделие наносят цинк (tпл = 419о С) и другие металлы, имеющие низкую температуру плавления.

Горячим методом наносят покрытия на готовые изделия, в основном из стали и чугуна, и на полуфабрикаты из них (листы, трубы и проволоку). Толщина покрытия зависит от назначения изделия, природы металла, температуры, времени выдержки изделия в расплаве и составляет от нескольких микрометров до миллиметров.

Горячий метод нанесения покрытий не обеспечивает получения равномерных по толщине покрытий, поэтому не применяется для защиты изделий с узкими отверстиями, резьбой и изделий больших размеров. При нанесении покрытий большой толщины велик расход цветных металлов.

Термомеханический способ (плакирование) широко используют для защиты от коррозии основного металла или сплава другим металлом, устойчивым к воздействию внешней среды. Соединение металлов осуществляют в основном горячей прокаткой, при которой образуется прочное соединение двух металлов за счет взаимной диффузии металлов. Плакированием получают би и многослойные металлы.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые, кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди и др. В качестве защитного покрытия для плакирования широко используется алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали и др. Толщина плакирующего слоя колеблется от 3 до 60% толщины защищаемого металла.

Термохимическим способом защищают от коррозии автоклавы, фасонные изделия, листы, сосуды и др. Плакированные изделия находят применение в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Металлизация – процесс нанесения расплавленного металла на поверхность изделия сжатым воздухом или инертным газом. Покрытие на изделии образуется в результате вклинивания и прилипания частиц металла в поры и неровности поверхности. Прочность сцепления покрытия с защищаемым изделием зависит от размера частиц, скорости их полета, деформации при ударе о поверхность. При металлизации получаемое покрытие имеет чешуйчатую структуру и высокую пористость, которую уменьшают увеличением толщины покрытия, шлифованием, полированием или дополнительным нанесение лаков и красок.

Металлизацию в основном применяют для защиты от коррозии крупногабаритных изделий и сооружений, например, железнодорожных мостов, газгольдеров, свай, корабельных и морских труб, вулканизационных котлов и мелких изделий, к которым другие методы не применимы.

Изделия, подвергающиеся воздействию атмосферы или находящиеся в почве, покрываются цинком толщиной от 0,05 до 4 мм.

При металлизации расходуется большое количество на удар и распыление, покрытие имеет пористую структуру, неравномерную толщину, низкую адгезию к металлу.

Диффузионная металлизация — процесс насыщения поверхности изделий при высокой температуре устойчивыми к агрессивной среде элементами: алюминием, хромом, кремнием и бором. Её проводят при совместном нагревании изделия и элемента покрытия, который может использоваться как в виде порошка с добавкой хлоридов, так и в виде паров его летучих соединений. При таком совместном нагревании выделяющийся элемент в атомном состоянии диффундирует в поверхностный слой изделия, что обеспечивает хорошее сцепление с защищаемым металлом. Образовавшийся поверхностный слой приобретает устойчивость к газовой коррозии, повышенную твердость и износостойкость.

На фоне выше описанных методов особо хочется выделить самый распространенный – гальванический. Нанесение покрытия имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами. Покрытия получаются в процессе электролиза. Гальванические покрытия характеризуются хорошими физико-химическими и механическими свойствами: повышенной твердостью и износостойкостью, малой пористостью, высокой коррозионной стойкостью. При гальваническом методе имеется возможность точно регулировать толщину покрытия. Это особенно важно в целях экономии цветных, драгоценных и редких металлов, наконец, при электролизе водных растворов можно нанести покрытия таких металлов и сплавов, которые другими способами получить не удается [3].

1.4 Характеристика и условия эксплуатации деталей

Материал деталей (для цинкования) – сталь Ст.3 ГОСТ 19.904 – 90 холоднокатаная. Детали с незначительной окислительной пленкой и наличием смазочных масел. Шероховатость поверхности соответствует ГОСТ 278–73 равна Ra10. Детали относятся к первой группе сложности.

Материал деталей (для хромирования) – сталь Ст.45. Детали с незначительной окислительной плёнкой и наличием смазочных масел. Шероховатость поверхности соответствует ГОСТ 2789–73 равна Ra2,5-3,6.

Детали как с цинковым так и с хромовым покрытием эксплуатируются в умеренном климате под навесом, а именно при следующих условиях: отсутствие воздействия атмосферных осадков. Атмосфера загрязнена небольшим количеством промышленных газов. Температура воздуха от –60 до +60˚ С, относительная влажность 95 ± 3% при температуре +30˚ С [4 ].

Поэтому согласно ГОСТ 9.303 – 84 выбираем: Цинковое покрытие Ц15хр с последующим хроматированием и хромовое покрытие Хтв30 [1].

1.5 Сравнительная характеристика электролитов

Электролиты цинкования

Электролитическое выделение цинка из растворов нашло широкое применение в металлургии и нанесении гальванических покрытий. Для того чтобы получить компактный осадок цинка на катоде, в электролит добавляют коллоидные добавки (клей, мыльный корень, крахмал, лакрицу и другие высокомолекулярные органические добавки), называемые выравнивающими добавками. Применение их позволяет увеличить плотность тока, уменьшить межэлектродное расстояние и, в конечном счете, снизить напряжение на ванне и повысить основной показатель процесса – выход по току [5].

Из числа кислых электролитов для цинкования наиболее простым являются сульфатные. Они дают возможность получать светлые матовые покрытия на деталях относительно простой формы, так как рассеивающая способность таких электролитов не велика. Цинковые покрытия, получаемые в сульфатных ваннах, имеют более крупнокристаллическую структуру, чем покрытия осаждённые из цианистых электролитов, что обусловлено незначительной катодной поляризацией. Кислотность электролита имеет большое значение для правильного ведения процесса цинкования: при повышенной кислотности до рН 2–3 заметно снижается выход металла по току, падает рассеивающая способность и возникает ряд других неполадок при цинковании; снижение кислотности (повышение величины рН до 5) приводит к выпадению нерастворимых гидроокисей вследствие гидролиза сульфатов цинка и алюминия, которые, включаясь в покрытие, делают его шероховатым.

Применение цианистых электролитов обеспечивает получение более мелкозернистых покрытий, чем покрытия из кислых электролитов. Цианистые электролиты обладают высокой рассевающей способностью и по этому используются для покрытия деталей сложной формы. В таких электролитах избыточное количество цианидов необходимо для уменьшения диссоциации цинковой соли и увеличения катодной поляризации, что обеспечивает повышение рассеивающей способности электролита и улучшение структуры осадка. При чрезмерно большом содержании цианидов наблюдается интенсивное выделение водорода и ничтожно малая скорость осаждения цинка. Поэтому соотношение количества цианистого натрия к количеству цинка в электролите должно быть NaCN / Zn =2,0¸2,75.

В заводской практике широкое применение получили так называемые аммиакатные электролиты в большей степени, чем другие приближаются к цианистым и являются более устойчивыми чем аммиакатно-сульфатный, очень слабо диссоциирует в водных растворах, поэтому процесс электролиза протекает с большой катодной поляризацией. Таким образом, аммиакатный электролит лишь немного уступает по рассеивающей способности цианистому. Большим преимуществом аммиакатных электролитов является их высокая электропроводность, что позволяет особо эффективно использовать аммиакатные электролиты для покрытия мелких деталей в барабанах, так как достигается возможность получения высоких плотностей тока при сравнительно небольшом напряжении на ванне. Аммиакатные электролиты содержат большое количество ионов хлора, что следует учитывать в производственной практике, обращая особое внимание на качество промывки деталей после цинкования. При плохой промывке даже самые незначительные остатки электролита на поверхности детали могут служить причиной ускоренной коррозии цинка в условиях эксплуатации.

Несколько меньшее распространение в промышленности получили цинкатные и пирофосфатные электролиты. Они требуют для нормальной их эксплуатации подогрева до температуры 50˚ С, что усложняет конструкцию ванн и удорожает их эксплуатацию. Для обеспечения стабильной работы этого электролита и получения светлых осадков цинка без губчатых и дендритных отложений в электролит вводятся в небольших количествах соединения олова, ртути или свинца. Рассеивающая способность цинкатных электролитов занимает промежуточное значение между цианистыми и кислыми, уступая в этом аммиакатному электролиту. Катодная поляризация в цинкатных электролитах незначительна и хорошая рассеивающая способность обусловлена исключительно высокой электропроводностью [4].

Электролиты хромирования

Большое количество электролитов, предложенных для хромирования, в качестве основного компонента имеют в своём составе хромовый ангидрид и отличаются лишь различными добавками. В промышленности наиболее широкое применение получили три электролита: стандартный, саморегулирующийся и тетрохроматный. Стандартный электролит отличается простотой состава и удобен при эксплуатации. Он допускает большие колебания состава и режима. При корректировании такого электролита следует поддерживать постоянство соотношения компонентов равным 100:1, так как этим обеспечиваются оптимальные условия осаждения хрома. Что же касается выбора режима осаждения, то в каждом конкретном случае он определяется условиями производства. Электролит после приготовления требует проработки током не менее 4–6 ч на случайных катодах. При наличии целого ряда ценных свойств, стандартный электролит обладает и некоторыми недостатками. Так, он чувствителен к колебаниям температуры, допуская отклонения от рабочего интервала температур лишь в пределах ± 2 ˚С в течение всего времени процесса хромирования, длящегося обычно несколько часов. Если отклонение от заданной температуры превысит норму во время осаждения, то возникнут внутренние напряжения в хромовом покрытии, которые могут привести к его отслаиванию. Аналогичное действие оказывают и колебания плотности тока. Катодный выход по току весьма низок 12 – 13%.

Саморегулирующийся электролит не имеет недостатков стандартного. Характерной особенностью этого электролита является прежде всего постоянная концентрация аниона , составляющая 2,5 г/л. Это явление объясняется тем, сернокислый стронций и кремнефтористый калий имеют весьма ограниченную растворимость в воде и в рабочем диапазоне температур поддерживают в растворе заданную концентрацию аниона . Несмотря на свои высокие достоинства, саморегулирующиеся электролиты не получили широкого применения, так как имеют весьма существенные недостатки, основным из которых является наличие агрессивного аниона F– в составе электролита. Это обстоятельство приводит к быстрому разрушению свинцовой футеровки хромовых ванн. В результате, взамен рольного свинца футеровку ванн необходимо производить керамикой, винипластом, пентапластом и прочими материалами. По этой же причине непригодны и свинцовые аноды. Взамен их приходится применять аноды из свинцово-оловянного сплава. Кроме того, происходит растравливание участков деталей, не подлежащих покрытию. Особенно это относится к деталям из цветных металлов и сплавов.

Из электролитов, не требующих подогрева, некоторое промышленное применение получил тетрохроматный электролит. Электролит отличается повышенной рассеивающей и кроющей способностями, но хромовые покрытия имеют серый, матовый вид и в 2-3 раза меньшую твёрдость, чем осадки из стандартного электролита. Поэтому хромовые покрытия из тетрахроматного электролита применяют лишь в качестве защитного покрытия с использованием меди, никеля или цинка в качестве подслоя. Низкая износостойкость и внутренние напряжения в толстых слоях не позволяют использовать серый хром для восстановления размеров изношенных деталей. Электролит менее агрессивен, чем стандартный, и в нем можно непосредственно хромировать детали из латуни, цинковых сплавов и других химически нестойких металлов. В связи с тем, что плотности тока при хромировании весьма велики, электролит может перегреваться выше допустимых температур (23-24˚ С). Чтобы этого не произошло, конструкция ванны хромирования должна предусматривать интенсивное охлаждение электролита путём непрерывной подачи воды в водяную рубашку ванны [2].

Для осаждения твёрдых износостойких покрытий значительной толщины существует сверхсульфатный электролит хромирования. Режим осаждения аналогичен стандартным сульфатным электролитам. Выход по току достигает 20-25%. Осадки – блестящие, характеризуются низкими внутренними напряжениями и имеют микротвёрдость до 15,7·105 Н/м2 [6].

1.6 Выбор режима и особенности процессов

Процесс цинкования

Цинк на катоде обычно осаждается с водородом при этом протекает следующий процесс:

Zn(OH)42– + 2e ® Zn + 4 OH– .

Побочным процессом на катоде является разряд ионов водорода:

2 H2 О + 2e ® H2 ­ + 2 OH– .

Аммиакатно-уротропиновый электролит:

Состав, г/л;

окись цинка ………………………………50-60

хлористый аммоний ……………………250-260

аммиак 25-процентный…………………100мл/л

уротропин…………………………………..60

клей столярный (экстра)…………………..3-4

Режим осаждения ;

температура, ºС…………………………..15-30

катодная плотность тока, А/дм2 ……….....1-3

выход по току……………………………96-99%.

величина рН……………………………..8,2 – 8,3

Следует отметить, что электролиты на основе хлористого аммония содержат агрессивный ион хлора. Поэтому промывка деталей в воде после цинкования должна быть тщательной, особенно для деталей со сложным профилем, глухими отверстиями и щелевыми зазорами. Пренебрежительное отношение к операции промывки может привести к ускорению коррозии [2].

По пластичности осадки из щелочных электролитов к которым и относится аммиакатный уступают полученным из кислых.

Процесс хромирования

В процессе катодного восстановления хрома происходит несколько электрохимических реакций. Конечными продуктами электролиза хромовой кислоты являются соединение трёхвалентного хрома, водород и металлический хром. Таким образом на катоде одновременно проходят реакции;

Сr6+ + 3е ® Сr3+, 2H+ + 2e ® H2 ;

Сr3+ + 3е ® Сr, Сr6+ + 6е ® Сr.

На свинцовом аноде протекают два процесса;

Н2 О – 2е ® 0,5 О2 + 2Н+; Сr3+ – 3е ® Сr6+

Катодные пленки, образующиеся при осаждении блестящих хромовых покрытий, имеют компактную структуру и покрывают всю поверхность катода сплошным слоем. При этом потенциал разряда Н+ на хромовом электроде при средних и высоких iк должен быть менее –0,75 В. Быстрое накопление газообразного водорода на микровыступах способствует микровыравниванию и возникновению блеска осадков.

Хромоцинковый электролит:

Состав, г/л;

хромовый ангидрид……………………140-160

серная кислота…………………………… 4-5

цинк (металлический)…………………..5,5-6,5

Режим осаждения ;

температура, ºС…………………………..40-50

катодная плотность тока, А/дм2 ………...50-70

выход по току……………………………20-25%.

Температура электролиза оказывает решающее влияние на выход по току и свойства получаемых покрытий. Плотность тока незначительно влияет на эти показатели процесса. В покрытии содержится 0,1-0,2 % Zn.

Особенностью процесса является чрезвычайно низкий катодный выход по току. В основном электрический ток, проходящий через электролит, расходуется на побочные процессы, главным образом на разложение воды на водород и кислород. При этом водород, выделяясь совместно с хромом на катоде, проникает в покрытие и создаёт так называемую “водородную хрупкость” – явление, с которым приходится бороться путём последующего прогревания деталей до 200 – 300 ˚С. На анодах происходит выделение кислорода. Оба газа способствуют образованию большого количества ядовитого тумана, так как увлекают с собой мельчайшие пузырьки хромового электролита, унося в бортовые отсосы не менее половины всего расходуемого хромового ангидрида.

В качестве эффективной меры борьбы с уносом электролита используем на поверхности зеркала электролита сплошной слой поплавков из полиэтилена или другого химически стойкого вещества. Пузырьки газов лопаются на поверхности поплавков, что существенно снижает унос электролита. Кроме того, применение поплавков снижает расход энергии на подогрев электролита, предохраняя зеркало испарения от остывания. Выделение тепла во время электролиза также помогает поддержанию рабочей температуры. Однако если сила тока чрезмерно велика по отношению к емкости ванны, то происходит слишком большое выделение тепла и электролит перегревается. В этом случае его необходимо охлаждать подачей холодной воды в пароводяную рубашку ванны.

Следующей особенностью процесса является применение высоких катодных плотностей тока, доходящих в отдельных случаях до 80 – 100 А/дм2. Поэтому даже при сравнительно небольшой площади покрываемых деталей общая сила тока на ванну может доходить до нескольких тысяч ампер, при напряжении на клеммах ванн 12 – 18 В.

Ещё одной особенностью процесса является весьма низкая рассеивающая способность электролита. Вследствие этого хромирование профилированных деталей следует производить с применением фигурных анодов, повторяющих профиль покрываемых деталей и создающих более равномерное распределение тока на поверхности детали.

Также особенностью процесса является возможность получения хромовых покрытий с различными свойствами из одного и того же стандартного электролита за счет изменения температуры электролита. Так, при низких температурах, порядка до 30 ˚С, осаждаются серые хромовые покрытия с низкой твёрдостью. В интервале температур 30 – 40 ˚С хромовые осадки светлеют, становятся серебристо – матовыми и повышают свою твёрдость. При 45 – 60 ˚С хромовые покрытия приобретают зеркальный блеск и наивысшую твёрдость. Они имеют весьма слабо выраженную сетку трещин, которую можно увеличить специальными приёмами, что используется в промышленности для пористого хрома. И, наконец, при 65 – 80 ˚С происходит осаждение так называемого молочного хрома, эластичного и беспористого покрытия с более низкой твёрдостью, чем зеркальный хром.

Не маловажной особенностью процесса является подготовка деталей к осаждению хрома в самой ванне хромирования. Для получения высокой прочности сцепления следует сначала выдержать детали в ванне без тока, чтобы их поверхность имела температуру электролита, при которой будет происходить хромирование. Затем производят включение тока так, чтобы поверхность деталей сначала подверглась анодной обработке в течении 15-30 с, а затем производят хромирование, переключая детали на катод. При этом в начальные моменты осаждения следует дать так называемый “толчок” тока на 0,5 – 1 мин, т.е. повысить плотность тока в 1,2 – 2 раза по сравнению с рабочей, а затем плавно снизить ее до расчётной величины.

Наконец, последней особенностью процесса является применение нерастворимых свинцовых анодов. При покрытии наружных поверхностей хромом отношение площади анодов к площади покрываемых деталей следует придерживать равным 2:1 [2].

По мере работы хромовой ванны в электролите могут накапливаться железо, медь и некоторые другие металлы.

Железо по мере накопления в электролите (главным образом вследствие анодного декапирования стальных и чугунных деталей), подобно трехвалентному хрому, суживает интервал получения блестящих осадков. Допустимое содержание железа в электролите 8-10 г/л. На практике иногда содержание железа в электролите достигает 20-250 г/л, но при этом сильно снижается выход хрома по току. Удалить из хромового электролита чрезвычайно сложно. Поэтому электролит с большим содержанием железа обычно заменяют новым.

В настоящее время имеются указания на возможность осаждения железа желтой кровяной солью. Предполагается, что реакция между желтой кровяной солью и железом, находящимся в хромовом электролите в виде окисной сернокислой соли, протекает по следующему уравнению:

3K4 Fe (CN)6 + 2Fe2 (SO4 )3 = Fe4 [Fe (CN)6 ]3 + 6K2 SO4

Безусловно вредное действие на процесс хромирования оказывает азотная кислота. Даже при малых количествах HNO3 в электролите, около 0,1-0,2 г/л, осадки хрома получаются темные. Поэтому примесь азотной кислоты в электролите не допускается.

1.7 Технологические схемы нанесения покрытия

Таблица 1

Схема технологического процесса цинкования

Наименование операции	Состав растворов, г/л	Режим обработки	Дополнительные параметры
1. Электрохимическое обезжиривание на катоде и аноде	Тринатрийфосфат 20 – 40 Сода кальцинированная техническая 20 – 40	IК 1,6-1,8А/дм2 t 5-8 мин. IА 1,6-1,8А/дм2 t 3-6 мин. t 70-80ºС	Напряжение постоянного тока 3-6 В
2. Промывка в теплой воде	t 45-50о С t 1-1,5 мин.
3. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1 мин.
4. Травление	Кислота соляная, техническая синтетическая 150 – 350 Уротропин технический 40 – 50	t цеховая t 4–9 мин.
5. Промывка в холодной воде	t цеховая t 13 мин.	Двухкаскадная ванна

продолжение таблицы 1

6. Цинкование	Окись цинка 50-60 Хлористый аммоний 250-260 Аммиак 25-процентный 100мл/л Уротропин 60 Клей столярный (экстра) 3 – 4 Величина рН 8,2 – 8,3	IК 1–3 А/дм2 t 40–60 мин. t 15–30ºС	Напряжение постоянного тока 3–6 В
7. Промывка-улавливание	t цеховая t 1–1,5 мин.
8. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1–1,5 мин.	Двухкаскадная ванна
9. Пассивирование	Хромовый ангидрид 4–10 Натрий или калий технический двухромовокислый 25–35 Кислота азотная 3–7 Натрий сернокислый технический 10–15	t цеховая t 0,5–1 мин.
10. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1 мин.	Двухкаскадная ванна
11. Промывка в теплой воде	t 45–50о С t 1–1,5 мин.
12. Сушка	t не более 60 t опред. расчетами

1. Электрохимическое обезжиривание

Электрохимическое обезжиривание поверхности деталей применяют главным образом для удаления незначительных жировых загрязнений, оставшихся после других видов обезжиривания, следов от захвата руками деталей при монтаже на подвески или другие приспособления и т. д. Электрохимическое обезжиривание производят особо тщательно, так как даже самые незначительные загрязнения и тончайшие жировые пленки, оставшиеся на поверхности деталей, могут быть причиной дефектных покрытий.

Электрохимическое обезжиривание стальных деталей осуществляют последовательным переключением полярности (катод-анод), причем анодную обработку ведут кратковременно.

В процессе электрохимического обезжиривания жиры эмульгируются выделяющимися пузырьками водорода (при катодном обезжиривании) или кислородом (при анодном обезжиривании) на поверхности обезжириваемых деталей. При этом они в течение первых же секунд разрывают и удаляют пленку жировых загрязнений, а роль щелочного раствора является вспомогательной и заключается в обволакивании частиц масел с образованием эмульсии, а также в омылении органических и животных жиров.

2. Промывка в теплой воде

Промывка деталей является важной операцией в технологическом процессе гальванического производства. Недостаточная промывка может привести к браку покрытий, а также вывести из строя ряд последующих ванн. Нельзя допускать скопление загрязнений в ваннах промывки. Эффективность промывки во многом зависит от качества воды. Если в ней содержится значительное количество солей жесткости, то на поверхности деталей может образоваться пленка труднорастворимых карбонатов. При взаимодействии ионов солей кальция и магния с мылами образуется труднорастворимая пленка. По этим причинам воду следует очищать и умягчать. Температура воды в ванне до 50о С.

Промывка предназначена для наилучшего удаления с поверхности обрабатываемых деталей загрязнений и остатков растворов после обезжиривания.

3. Промывка в холодной воде

Промывка предназначена для наилучшего удаления с поверхности обрабатываемой детали загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания, травления и т. д.

4.Травление

При изготовлении, транспортировке и хранении металлические изделия и полуфабрикаты подвергаются воздействию окружающей среды – их поверхность покрывается окалиной, ржавчиной, оксидами и другими продуктами коррозии.

Для травления стальных деталей применяется смесь соляной и серной кислоты, а также ингибитор коррозии, который не только способствует экономии металла и кислоты, но и значительно удешевляет весь цикл подготовки поверхности металлов к нанесению покрытий. Соляная кислота удаляет оксиды с поверхности металла преимущественно вследствие их растворения. В серной кислоте удаление оксидов происходит главным образом из-за подтравливния самого металла и механического удаления разрыхленного слоя оксидов выделяющимся водородом.

Травление меди производят последовательно: вначале в нитрате натрия в течении 30 секунд, а затем в концентрированной серной кислоте. Присутствие нитрата натрия интенсифицирует процесс травления.

5. То же, что и п.3

6. Цинкование

7. Промывка-улавливание

Эта операция служит для сбора остатков электролитов, уносимых обрабатываемыми изделиями и технологическими спутниками, и устанавливаются после ванн покрытий. Применение ванн улавливания позволяет сократить расход дорогостоящих электролитов и рационально использовать мощности обезвреживающих устройств и очистных сооружений.

8. То же, что и п.3

9. Пассивирование

Пассивирование цинковых покрытий является кратковременной, но весьма эффективной операцией повышения химической стойкости цинковых покрытий и придания им декоративной внешности. Для этой цели оцинкованные детали после промывки в холодной воде погружают в раствор, содержащий азотную кислоту, сульфат натрия и хромовый ангидрид. Так как в состав введена азотная кислота, операция осветление совмещается с хроматным пассивированием. В результате на поверхности покрытия образуются цветные пленки радужных оттенков, состоящие из трудно растворимых гидроксохроматов хрома и цинка. После пассивирования рекомендуется промывка в холодной воде.

10. То же, что и п.3

11. То же, что и п.2

12. Сушка

Сушильные агрегаты предназначены для сушки деталей горячим воздухом и состоят из корпуса с теплоизолированными стенками, парового или электрического калорифера, вентилятора и заслонки для регулирования подачи и отсоса воздуха.

Таблица 2

Схема технологического процесса хромирования

Наименование операции	Состав растворов, г/л	Режим обработки	Дополнительные параметры
1. Электрохимическое обезжиривание на аноде	Тринатрийфосфат 20 – 40 Сода кальцинированная техническая 20 – 40	IА 1,6-1,8А/дм2 t 3–6 мин. t 70–80ºС	Напряжение постоянного тока 3–6 В
2. Промывка в теплой воде	t 45–50о С t 1–1,5 мин.
3. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1 мин.	Двухкаскадная ванна
4. Травление	Кислота соляная, техническая синтетическая 150 – 350 Уротропин технический 40 – 50	t цеховая t 4–9 мин.
5. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1 мин.	Двухкаскадная ванна
6. Активирование	Хромовый ангидрид 140–160 Кислота серная 4–5 Цинк (металлический) 5,5-6,5	Iк 25–40 А/дм2 t 40–50о С t 40 – 60 сек	Проводится в ванне хромирования
7. Хромирование	Хромовый ангидрид 140–160 Кислота серная 4–5 Цинк (металлический) 5,5-6,5	Iк 50–70 А/дм2 t 40–50о С t 30 – 40 мин.	Напряжение постоянного тока 12–18 В
8. Промывка-улавливание	t 50–55о С t 1–1,5 мин.
9. Промывка в холодной воде	t цеховая t 1 мин.	Двухкаскадная ванна
10. Промывка в теплой воде	t 45–50о С t 1–1,5 мин.
11. Сушка	t 40–50 t опред. расчетами

1. Электрохимическое обезжиривание

При обезжиривании стальных закаленных деталей, особенно небольшого сечения работающих при больших удельных и знакопеременных нагрузках, не допускается обезжиривать на катоде, в этом случае применяется анодное обезжиривание.

2. То же, что и пункт 2 при цинковании.

3. То же, что и пункт 3 при цинковании.

4. То же, что и пункт 4 при цинковании.

5. То же, что и пункт 3.

6. Эта операция служит для снятия оксидной плёнки на поверхности покрываемых деталей, способной адсорбировать анионы хромовой кислоты в момент погружения в хромовый электролит. Тем самым она препятствует образованию качественных осадков хрома.

7. Хромирование.

8. То же, что и пункт 7 при цинковании.

9. То же, что и пункт 3.

10. То же, что и пункт 4.

11. То же, что и пункт 12 при цинковании.

1.8 Контроль качества покрытий

Качество покрытия во многом определяется качеством металла основы, поэтому контролю подвергают и покрытие, и основной металл.

При контроле основного металла перед покрытием определяют шероховатость поверхности, а также устанавливают, имеются ли на ней дефекты – закатанная окалина, раковины, разного рода включения, заусенцы, вмятины и риски, расслоения и трещины.

При нанесении покрытий в автоматических линиях контроль осуществляется один раз в смену по следующим параметрам:

— Внешний вид покрытия;

— Толщина покрытия;

— Контроль сцепления покрытий с основой;

— Пористость покрытия;

— Твёрдость покрытия.

Методы контроля должны быть неразрушающие изделие и покрытие. Такие методы используют в производстве, где необходим 100 % контроль покрытий большого количества однотипных изделий, а также в случае изделий малых форм, сложного профиля конфигурации, высокой стоимости.

Из неразрушающих методов контроля наибольшее распространение получили магнитные, электромагнитные, радиационные, оптические и гравиметрические.

В проекте предусмотрено;

— для автоматической линии цинкования: использование визуального контроля, магнитного метода определения толщины и метода нанесения сетки царапин для определения прочности сцепления.

— для автоматической линии хромирования: использование визуального контроля, магнитного метода определения толщины, измерения твёрдости и пористости покрытия.

Цвет цинкового радужного покрытия от желтовато-зеленого до золотисто-желтого с радужными оттенками. На поверхности, в пазах и изгибах цинкового хроматированного покрытия допускается матовость и ослабление интенсивности цвета хроматной пленки.

Цвет хромового покрытия серебристо-серый, серебристый с голубоватым оттенком [7].

Отрывной магнитный метод основан на измерении силы отрыва магнита от поверхности испытуемой детали. Приборы, основанные на магнитном методе измерения толщины покрытий, разделяются на приборы с постоянными магнитами, сила отрыва от детали (или притяжения) которых измеряется при помощи пружинных динамометров; приборы с электромагнитами, сила отрыва от детали которых измеряется по изменению тока намагничивания. При использовании магнитного метода обязательным условием является наличие ферромагнитных свойств у покрываемых деталей.

Метод нанесения сетки царапин. На поверхность контролируемого покрытия стальным остриём наносят 4–6 параллельных линий, глубиной до основного металла, на расстоянии 2,0­­­­–3,0 мм друг от друга и 4–6 параллельных линий, перпендикулярных к ним. Линии следует проводить в одном направлении. На контролируемой поверхности покрытия не должно наблюдаться отслаивания.

Наиболее точным и удобным методом измерения твердости электролитических покрытий является метод статического вдавливания алмазной пирамидки под малыми нагрузками (от 2 до 200 г) или так называемый метод измерения микротвёрдости. Измерение микротвёрдости производится с помощью специального прибора–микротвёрдомера ПМТ-2 или ПМТ-3 конструкции М. М. Хрущова и Е. С. Берковича. При испытании на микротвёрдость должны соблюдаться следующие условия:

— плавное возрастание нагрузки до заданного значения;

— постоянство приложенной нагрузки в течение установленного времени;

— допускаемая относительная погрешность нагрузки не должна превышать ± 0,1 г для нагрузок менее 10 г.

Пористость хромовых покрытий осуществляется весовым методом маслоёмкости. Суть метода заключается в определении массы впитавшегося масла (цилиндровое масло № 2 или авиационное марки МС), отнесённый к 1 дм2 хромового покрытия. С этой целью взвешенный образец пропитывают маслом в течение 1–1,5 ч при температуре 80˚С, затем тампоном снимают масляную плёнку и вновь взвешивают [8].

1.9 Описание работы автоматических линий

Автоматические линии состоят из ванн, располагаемых в один ряд. Между ваннами установлены бортовые отсосы и козырьки. Вдоль ванн по направляющим перемещаются автооператоры, переносящие детали из одной ванны в другую. Каждый автооператор обслуживает не более 7–8 ванн.

Для получения оптимальной производительности автоматических линий устанавливают несколько автооператоров. Автооператоры работают по заданной программе, перемещая детали в соответствии с технологическим процессом.

Различают рабочие и холостые хода автооператоров, а также вынужденные простои. При одном автооператоре схема движения носит “челночный” характер. При наличии большего количества автооператоров различают более сложные кинематические связи их движения: челночно-эстафетную, при которой каждый автооператор обслуживает свою определённую зону и челночно-спаренную, при которой зона действия автооператоров не разграничена и они перекрывают друг друга. Передача подвесок производится несколько раз за цикл, и взаимосвязь между автооператорами носит спаренный характер.

Автооператоры тельферного типа крепятся на монорельсе, закреплённом над автоматической линией и имеют два привода горизонтального и вертикального перемещения. Такие приводы состоят из червячного редуктора, электродвигателя и дискового тормоза, управляемого электромагнитом. Как правило на автооператорах установлены грузозахватные приспособления. Они служат для центрирования и удержания груза, переносимого автооператором. Различают грузозахваты простые и с контактным устройством для подачи трёхфазного переменного тока электродвигателю барабанного электролизёра. Такие электролизёры предназначены для нанесения электрохимических покрытий на мелкие детали, обрабатываемые в насыпном виде.

Барабанный электролизер состоит из сварной рамы с цапфами для укладки в ловители ванн и захватов, взаимодействующих с грузозахватами автооператора. К раме крепятся: несущие щеки (неметаллические или металлические с антикоррозионной изоляцией) с фторопластовыми подшипниками, в которых устанавливается вращающаяся шестигранная перфорированная обечайка с крышкой; привод электролизера; катодный токоподвод для передачи технологического тока обрабатываемым изделиям; автомат для защиты электродвигателя; контактное устройство для передачи переменного трехфазного тока напряжением 36 В электродвигателю барабанного электролизера; защитный кожух. Постоянный ток подводится к катодным токоподводам через пластины и втулки на цапфах электролизера, контактирующих с обкладками опор-ловителей ванн, соединенных с источником постоянного тока.

Управление перемещением автооператоров производится при помощи путевых переключателей автоматически по заданной программе командоаппаратами.

Командоаппарат, управляющий движениями автооператоров, работой сушилок, включением и отключением тока и выдержкой заданий времени, состоит из селекторного программного блока и силового блока, а так же реле времени.

Назначение селекторного блока – подключать на программном блоке соответствующую часть программы. Команды программного блока поступают на силовые блоки, усиливаются и передаются далее на автооператор.

Загрузка деталей на подвески и разгрузка их с подвесок осуществляется вручную на подготовительной стойке, расположенной на одном конце линии. Загрузка деталей в барабан осуществляется вручную на подготовительной стойке, а разгрузка – автоматическая в сушильной камере. Выгрузка деталей из сушильной камеры с помощью пневматики.

Сушка деталей производится в сушильной камере горячим воздухом, подаваемым вентилятором через паровой калорифер. Циркуляция воздуха в сушильной камере замкнутая с удалением части влажного воздуха через шиберное устройство в систему вытяжной вентиляции. Исходя из назначения различают следующие типы сушильных камер: для сушки изделий на подвесках, для сушки изделий насыпью, комбинированные. Камеры для сушки изделий насыпью выпускают двух модификаций: с поворотным лотком и поворотным барабаном. Все сушильные камеры имеют теплоизоляцию, вентиляционные отсосы для частичного удаления отработанного воздуха в атмосферу [6].

2 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет фондов рабочего времени

Проектом предусмотрена семидневная рабочая неделя в три смены по 8 часов.

Различают (То ) номинальный и (Т) действительный фонд времени оборудования.

(час)

где Тгод –годовой фонд времени, дни;

Тсм –продолжительность 1 смены, час;

количество смен в сутки.

час

Для автоматизированного оборудования размер потерь времени на ремонт оборудования принимаю 10% от годового фонда времени [9, c. 89].

Действительный фонд времени

(час)

(час)

Таблица 3

Фонды времени работы оборудования

Наименование показателей	Дни	Часы
Календарное время Номинальный фонд времени (То ) Остановки по техническим причинам Действительный фонд времени (Т)	365 365 36 329	8760 8760 864 7896

2.2 Установление производственной программы

Для обеспечения выполнения годовой производственной программы предусматриваем 3 линии цинкования АЛГ-128 и 2 линии хромирования АЛГ-76М. Далее расчет ведём по 1 линии цинкования и 1 линии хромирования.

При неизбежном проценте брака равному 1%, производственная программа отделения будет определяться:

(м2 ),

где Рзад – годовая заданная программа, м2 ;

а – брак продукции, допускающий переделку, %

Для цинковых покрытий: м2

Для хромовых покрытий: м2

Часовая программа отделения Рч определяется отношением годовой производственной программы (с учетом брака) к действительному фонду времени: (м2 /ч),

где Рч – часовая программа, м2 /ч;

Т– действительный годовой фонд времени, ч.

Для цинковых покрытий: (м2 /ч)

Для хромовых покрытий: (м2 /ч)

Таблица 4

Загрузочная ведомость хромовых покрытий на подвесках (на 1 линию)

№ п/п	Наименование детали	Характеристика детали	Габариты подвески, мм	Количество деталей на подвеске, шт	Поверхность едино- временной загрузки, м2	Годовая производственная программа с учётом брака
Материал детали (марка)	Габариты, мм	Масса, кг	Покрываемая поверхность, м2	Штук за- грузочных единиц	м2
1	Шток	СТ- 45	d 40´500	2,44	0,062	1300´100´800	13	0,806	50125	40400

Таблица 5

Загрузочная ведомость цинковых покрытий в барабанах (на 1 линию)

№ п/п	Наименование детали	Характеристика детали	Единовременая загрузка ванны	Годовая производственная программа с учётом брака
Материал детали (марка)	Габариты, мм	Масса, кг	Покрываемая поверхность, м2	м2	кг	Штук за- грузочных единиц	кг	м2
1	Болт	СТ-3	М12	0,070	0,0036	3,64	60	41621	2497260	151500
2	Гайка	СТ-3	М12	0,030	0,0017
3	Шуруп	СТ-3	А5·40	0,004	0,0010

2.3 Определение продолжительности электролитического осаждения металла

Определение времени обработки одной операции с учётом времени на загрузку и выгрузку в минутах:

(мин),

где τ1 – продолжительность технологического процесса, мин;

τ2 – время, затрачиваемое на загрузку и выгрузку деталей, принимается от

1 до 10 мин. [9, с. 91].

(мин),

где d – толщина покрытия, м;

γ – плотность осаждаемого металла, кг/м3 ;

ik – катодная плотность тока, А/м2 ;

g – электрохимический эквивалент, кг/А·ч;

Вт – выход по току, доли единицы;

60 – коэффициент перевода часов в минуты.

Расчёт продолжительности процесса электролитического нанесения покрытий в насыпном виде проводим по средней плотности тока. Продолжительность процесса в барабанах будет увеличена по сравнению с расчётной на 20-40% для твёрдых и на 40-60% для мягких металлов в следствие истирания покрытия в процессе вращения [4, c. 91].

Для цинковых покрытий: (мин),

Для цинковых покрытий с учётом пересыпания: (мин),

Для цинковых покрытий: (мин),

Для хромовых покрытий: (мин),

Для хромовых покрытий: (мин).

2.4 Определение количества и производительности основных ванн

(шт), [9, c. 90]

где Ргод, шт — количество загрузок, год штук;

Т – действительный фонд времени, час;

60 – коэффициент пересчета из минут в часы;

К – коэффициент, учитывающий время на подготовительно-заключительные операции при трехсменной работе принимаю 1,03;

τ – время электролитического осаждения металла с учетом загрузки и выгрузки деталей, мин.

Для цинковых покрытий: (шт) принимаю 5 ванн,

Для хромовых покрытий: (шт) принимаю 4 ванны.

Годовая производительность линии составляет:

(м2 /год), [10, c. 547]

где Р΄год – годовая расчётная производительность, м2 ;

ƒ – единовременная загрузка ванны, м2 ;

N – число устанавливаемых основных ванн.

Для цинковых покрытий: (м2 /год)

Для хромовых покрытий: (м2 /год)

Коэффициент загрузки по площади:

Для цинковых покрытий:

Для хромовых покрытий:

2.5 Расчёт автоматической линии

Расчет ритма выдачи загрузочных приспособлений рассчитывается по формуле:

(сек), [11, с. 13]

где Ргод, шт -количество загрузочных приспособлений на годовую программу, шт;

Кзагр -коэффициент загрузки оборудования

Для цинковых покрытий: (сек)

Для хромовых покрытий: (сек)

Рассчитываем оптимальное количество основных ванн:

[11, с. 14]

где -общее время, сек;

— время на завершение операции, сек;

-ритм загрузочных приспособлений;

-высота подъема (подвески) барабана, м (принимаю 1 м);

-скорость вертикального подъема автооператора (принимаю 0,16 м/с);

-выстой, автооператора для стекания раствора, (принимаю 5сек) [11, с.15].

Для цинковых покрытий: (сек)

Для хромовых покрытий: (сек)

Для цинковых покрытий: (сек)

Для хромовых покрытий: (сек)

Для цинковых покрытий: (ванн)

Для хромовых покрытий: (ванн)

Количество вспомогательных ванн определим по формуле:

[11, с. 14]

где N – количества основных ванн;

τвсп – время пребывания деталей в каждой вспомогательной ванне, сек;

τц – длительность цикла работы автоматической линии, сек;

τц = (1,1 ÷ 1,2) · τ1 [11, с. 14]

Для цинковых покрытий: τц = 1,1 · 45 · 60 = 2970 (сек.)

Для хромовых покрытий: τц = 1,1 · 29 · 60 = 1914 (сек.)

Для цинковых покрытий:

Nэл.хим.обезжир. = → принимаем одну ванну;

Nхроматирование. = → принимаем одну ванну;

Nтравлен. = → принимаем одну ванну;

Nулавливан = → принимаем одну ванну;

Nпромывки. = → принимаем одну ванну.

Общее количество промывочных ванн на линию N = 6 штук (2 ванны теплой промывки, 1 ванны холодной промывки и 3 ванны двухкаскадной промывки в холодной воде). Всего ванн в линии цинкования – 15.

Для хромовых покрытий:

Nэл.хим.обезжир. = → принимаем одну ванну;

Nтравлен. = → принимаем одну ванну;

Nулавливан = → принимаем одну ванну;

Nпромывки. = → принимаем одну ванну

Общее количество промывочных ванн на линию N = 5 штук (2 ванны теплой промывки и 3 ванны двухкаскадной промывки в холодной воде). Всего ванн в линии хромирования – 12.

2.6 Расчет габаритов барабанов и размеров ванн линии цинкования

С целью уменьшения потерь электрической энергии, обрастания подходящих контактных шайб, шестигранные барабаны погружаются на 1/3 – 2/5 диаметра описанной окружности.

Согласно автоматической линии АЛГ – 128 принимаем:

Диаметр описанной окружности барабана D = 340 мм.

Длина барабана l б = 970 мм.

Внутренняя длина барабана:

l = (3 ÷ 5) · R, [12, с. 33]

где R – радиус описанной окружности барабана, мм

l = 5 · 170 = 850 мм

Объем, занимаемый деталями в барабане и определяемый их конфигурацией, определяется по формуле:

, [12, с. 33]

где V’ – объем металла покрываемых деталей, м3 ;

ту – масса одной загрузки, кг;

ρ – плотность металла деталей, кг/м3 .

(м3 )

(м3 )

Найдем длину ванны для барабана:

l в = l б + 2 l З [10, с. 556 ]

где l б – длина барабана, мм;

l З – расстояние между барабаном и торцевыми стенками ванны, мм.

l в = 970 + 2 · 125 = 1220 мм = 1,22 (м)

Определяю ширину ванны:

Wв = Dнар + 2W2 + 2W3 + 2δа [10, с. 556]

где W2 – расстояние между анодами и ближайшим краем барабана, мм;

W3 – расстояние между продольной стенкой ванны и анодом, мм;

δа – толщина анода, принимаю 10 мм;

R – радиус описанной окружности барабана, мм;

а – толщина стенок и угольников барабана, принимаем условно 15 мм;

Dнар – наружный диаметр барабана, мм.

Dнар = 2 · R + 2 · а,

Dнар = 2 · 170 + 2 · 15 = 370 (мм)

Wв = 370 + 2 · 150 + 2 · 50 + 2 · 10 = 790 мм = 0,79 (м)

Найдем высоту ванны:

h в = h э + h б = h 1+ h 2+ h б [10, с. 556 ]

l б

h б h э Рис.1. Схема установки и загрузки барабана.

где h э – высота уровня электролита, мм;

h 1 – глубина погружения барабана в электролит;

h 2 – расстояние от дна ванны до нижнего края барабана, мм;

h б – расстояние от зеркала электролита до верхнего края бортов ванны;

Dвн– внутренний диаметр барабана, равный:

(мм)

(мм)

По полученным данным принимаем внутренние габариты ванны цинкования по ГОСТу 23738 – 79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры» [5, с. 41]:

Таблица 6

Основные параметры и размеры

Назначение ванн	Длинна	Ширина	Высота	Объём	Количество
мм.	мм.	мм.	м3 .	шт.
Ванна промывки	1600	630	630	0,484	3
Ванна каскадной промывки	1600	1250	630	0,960	3
Ванна химической обработки	1600	630	630	0,484	3
Ванна электрохимической обработки	1600	800	630	0,614	6

2.7 Расчет размеров ванн линии хромирования

Внутренние размеры ванн зависят главным образом от принятого количества и размеров деталей или подвесок, загружаемых в данную ванну.

Внутренняя длинна ванны составляет:

, [10, c. 551]

где l1 – размер деталей или подвески по длине ванны;

l2 – расстояние между деталями или подвесками в ванне;

l3 – расстояние между торцевой стенкой ванны и краем детали или

подвески;

n1 – количество деталей или подвесок, устанавливаемых в один ряд (или на одну штангу) по длине ванны.

(мм)

Внутренняя ширина ванны равна:

, [10, с. 551]

где ω1 – размер деталей (или подвески) по ширине ванны;

ω2 – расстояние между анодом и ближайшим краем детали;

ω3 – расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и

анодом;

n2 – количество катодных штанг;

n3 – количество анодных штанг;

D – толщина анода, мм.

(штанги)

(мм)

Внутренняя высота ванны без бортовой вентиляции равна:

, [10, с. 552]

где hэ – высота уровня электролита;

h1 – высота подвески без подвесного крюка;

h2 – расстояние от дна ванны до нижнего края деталей или подвески;

h3 – высота электролита над верхним краем детали (20-50мм);

hб – расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края

бортов ванны;

По полученным данным принимаем внутренние габариты ванны хромирования по ГОСТу 23738 – 79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры» [5 с. 41]:

Таблица 7

Основные параметры и размеры

Назначение ванн	Длинна	Ширина	Высота	Объём	Количество
мм.	мм.	мм.	м3 .	шт.
Ванна промывки	1400	500	800	0,455	2
Ванна каскадной промывки	1400	1000	800	0,910	3
Ванна химической обработки	1400	500	800	0,455	2
Ванна электрохимической обработки	1400	630	800	0,573	5

2.8 Компоновка автоматической линии цинкования

Длина линии определяется по формуле:

L = ∑Ni · l + l с + l з + Δ l з.с. + n 0 Δ l + n 1 Δ l 1 + n 2 Δ l 2 + n 3 Δ l 3 + Δ l б.

где Ni – число ванн одного типоразмера;

l – внутренняя ширина ванны одного типоразмера, мм;

l с – ширина сушильной камеры, принимаем 1610 мм;

l з – ширина загрузочно – разгрузочной стойки, принимаем 300 мм;

Δ l з.с – зазор между сушильной камерой и загрузочно – разгрузочной

стойкой, принимаем 190 мм;

п0 – 3 – количество соответствующих сопряженных ванн;

Δl – зазор между стенками ванн без бортовых отсосов – 160 мм

Δ l 1 – зазор между стенками ванн с односторонними бортовыми отсосами,

принимаем 290 мм;

Δ l 2 – зазор между стенками ванн с двухсторонними бортовыми отсосами,

принимаем 390 мм;

Δ l 3 – ширина кармана ванны, принимаем 250 мм;

Δ l б. – ширина одностороннего бортового отсоса, принимаем 212 мм.

Для линии цинкования: L = 6 · 800 + 6 · 630 + 3 · 1250 + 1610 + 300 + 190 +

+ 6 · 160 + 5 · 290 + 4 · 390 + 7 · 250 + 212 = 20362 мм.

Для линии хромирования: L = 5 · 630 + 4 · 500+ 3 · 1000 + 1610 + 300 + 190 +

+ 4 · 160 + 5 · 290 + 3 · 390 + 6 · 250 + 212 = 15222 мм.

Ширина линии определяется по формуле:

B = l вн + В1 + В2

где l вн – внутренняя длина ванны, мм;

В1 – расстояние от внутренней части стенки ванны до наружной

плоскости опорной стойки, мм;

В2 – расстояние от внутренней части стенки ванны до наружной

плоскости площадки обслуживания, мм.

Для линии цинкования: B = 1600 + 665 + 1165 = 3430 мм.

Высоту линии выбираем из справочника: Н = 4700 мм.

Для линии хромирования: B = 1400 + 665 + 1165 = 3230 мм.

Высоту линии выбираем из справочника: Н = 4700 мм.

2.9 Расчет количества автооператоров линий

Количество автооператоров, необходимого для обеспечения выбранного технологического режима, определяем по формуле:

[11, с. 14]

где τавт – время работы автооператора за цикл, с.;

τавт = τг + τв + τост [11, с. 15 ]

τг – суммарное время горизонтальных перемещений автооператора, сек;

τв – суммарное время вертикальных перемещений, сек.;

τост – время остановок автооператоров у ванн, сек;

Қ1 – коэффициент, учитывающий обратные и холостые ходы

автооператора, принимаю 1,5 [11, c. 14].

[11, с. 15 ]

L – шаг между ваннами м, (для линий: цинкования 1,033 м.

хромирования 0,909 м.)

N – общее количество ванн;

υг – скорость горизонтального перемещения, принимаем 0,3 м/с.

Для линии цинкования: (сек)

Для линии хромирования: (сек)

[11, с. 15 ]

Н – высота подъема барабана, принимаем 1 м.;

υв – скорость вертикального перемещения автооператора – 0,22 м/с.

Для линии цинкования: (сек)

Для линии хромирования: (сек)

τост = Z1 · τ1 [11, с. 14]

τ1 – время задержки автооператора у ванн, принимаю 20 сек.;

Z1 – количество ванн у которых останавливается автооператор.

Для линии цинкования: τост = 15 · 20 = 300 (сек)

Для линии хромирования: τост = 12 · 20 = 240 (сек)

Время работы автооператора:

Для линии цинкования: τавт = 55 + 146 + 300 = 501 (сек)

Для линии хромирования: τавт = 40 + 118 + 240 = 398 (сек)

Количество автооператоров:

Для линии цинкования: → принимаем 2 автооператора

Для линии хромирования: → принимаем 2 автооператора

3 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

3.1 Расчет поверхности загрузки и силы тока на ванну

Суммарную поверхность загрузки для одной ванны одинакового типа определяем по формуле:

, [10, с. 553]

где S1 – рабочая поверхность деталей в ванне, м2 ;

S2 – нерабочая поверхность металла подвески или приспособлений, м2 .

Для цинковых покрытий: (м2 )

Для хромовых покрытий: (м2 )

Силу тока на одну ванну составит:

, [10, с. 553]

Для цинковых покрытий: (А)

Для хромовых покрытий: (А)

3. 2 Расчёт напряжения на ванне

Расчёт напряжения на ванне производим применительно к столбу электролита заключённого между катодом и анодом:

, [13, с. 19]

где R – сопротивление электролита, Ом;

φа, φк – потенциалы анода и катода соответственно, В; [13, с. 20]

α – коэффициент, учитывающий потери напряжения в электролите за счёт

газонаполнения; [13, с. 20]

β – коэффициент, учитывающий потери напряжения на контактах

покрываемых деталей с подвесочным приспособлением; [13, с. 20]

Iср – средняя сила тока на одну ванну, А;

, [13, с. 19]

Ik, Ia – сила тока на катоде и аноде, зависят от соотношения поверхностей

катода к аноду;

Так как при цинковании соотношение поверхности катода к аноду 1:1, то средняя сила тока составит 573 А. При хромировании соотношение поверхности катода к аноду 2:1 и средняя его сила тока составит:

(А)

R – сопротивление электролита, Ом.

, [13, с. 19]

где l – расстояние катод-анод, см;

χ – удельная электропроводность, Ом–1 ·см–1 ;

Для цинковых покрытий: (Ом)

Для хромовых покрытий: (Ом)

Для цинковых покрытий: (В)

Для хромовых покрытий: (В)

Необходимое напряжение на источнике тока складывается из напряжения на ванне и падения напряжения в шинопроводе:

Падение напряжения в шинах от источника тока до ванны в обе стороны принимаю 10% от напряжения на ванне:

Для цинковых покрытий: (В)

Для хромовых покрытий: (В)

Основываясь на расчётные данные выбираем по справочнику [14] выпрямительный агрегат:

— для процесса цинкования ВАКГ–12/6–630У4 с максимальной нагрузкой 630 А и напряжением на клеммах 3–6 В. Коэффициент полезного действия η = 73%.

— для процесса хромирования ВАК–6300–24У с максимальной нагрузкой 630 А и напряжением на клеммах 12–18 В. Коэффициент полезного действия η = 73%.

Выпрямительный агрегат ВАК обеспечивает ручное регулирование напряжения, автоматическую стабилизацию напряжения, силы и плотности тока. Точность стабилизации напряжения и силы тока ± 5 %, плотности тока ± 10 % при изменении тока нагрузки от 0,1 до номинального значения.

3.3 Выбор и расчёт шин

Шины собираются из отдельных полос длинной 3,5м или 5,5м соединенных внахлёст, или при помощи болтов. Сечение шин рассчитываю по допускаемому падению напряжения:

, (мм2 ) [15, с. 208]

где I – нагрузка на ванну, А;

ρ – удельное сопротивление меди, Ом·мм2 /м;

L – длина шинопровода в одну сторону, м;

ΔU – максимально допустимое падение напряжения в шинах, В.

Для цинковых покрытий: (мм2 )

Для линии цинкования выбираю медный шинопровод сечением 105 мм2. Размер шин 35´3 мм, допустимая токовая нагрузка 600 А. [10, с. 482]

Для хромовых покрытий: (мм2 )

Для линии хромирования выбираю двойной медный шинопровод сечением 800 мм2. Размер шин 80´10 мм, допустимая токовая нагрузка 2460 А.

3.4 Суточный расход электроэнергии на электролиз

Суточный расход электроэнергии на электролиз составляет:

,(кВт/сутки) [10. с.622]

где I∑ – суммарная сила тока ванн, А;

U – среднее рабочее напряжение ванн, В;

k΄1 – коэффициент загрузки оборудования;

k2 – коэффициент загрузки источника тока;

ηa – КПД выпрямителя;

h – число часов работы в сутки.

Для цинковых покрытий: (кВт/сутки)

Для хромовых покрытий: (кВт/сутки)

Суммарная мощность двигателей на автоматической линии составляет 13,2 кВт

3.5 Тепловой расчёт ванн

Определяем расход тепла на разогрев ванны обезжиривания:

, [10, с. 613]

где Q1 – количество тепла, необходимого для нагрева раствора и материала

ванны, Дж;

, [10, с. 613]

Vв – объем раствора в ванне, м3 ;

r — плотность раствора, кг/м3 ;

Ср и Ср1 – удельная массовая теплоемкость раствора и корпуса ванны,

Дж/(кг×К);

Мв – масса корпуса ванны, кг;

tк – рабочая температура раствора, о С;

tн – начальная температура раствора, о С;

Q2 – расход тепла на компенсацию тепловых потерь ванны в окружающую

среду, Дж;

, [10, с. 613]

q1 – потери тепла через стенку ванны, Дж;

q2 – потери тепла при испарении, Дж.

Теплоёмкость электролита рассчитываем по обшей формуле:

[16, c. 248]

где , , – удельные теплоёмкости компонентов, Дж/кг·К;

, , – массовые доли компонентов.

, [16, с. 248]

где М – молекулярная масса химического соединения;

С1, С2, С3 – атомная теплоёмкость, Дж/кг·атом·К;

n1 ,n2 ,n3 – число атомов элементов, входящих в соединение.

(Дж/кг·К)

(Дж/кг·К)

(Дж/кг·К)

Линия цинкования: (кДж)

Линия хромирования: (кДж)

Определяем потери тепла через стенки ванны:

, [10, с. 613]

К – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ×град);

F – поверхность корпуса ванны, м2 ;

t — принятое время разогрева, с.

Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

, [10, с. 613]

где R – сопротивление слоев стенки, м2 ×град/Вт

(м2 ×град/Вт)

dст – толщина стенки, м

lст – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/м2 ×град

a1, a2 – коэффициенты теплоотдачи на граничных поверхностях стенки с

внутренней и наружной средами, Вт/(м2 ×град)

, [11, с. 27]

где tст – температура наружной стенки, ºС.

Коэффициент теплоотдачи a1 от неподвижной горячей жидкости к стенке зависит от произведения безразмерных критериев Грасгофа Gr и Прандтля Pr:

; , [11, с. 26]

где b — коэффициент объемного расширения жидкости, 1/град; [16, с. 532]

l – высота стенки ванны, м;

g – ускорение силы тяжести, м /c2 ;

Δt – разность температур жидкости и стенки, принимаем 3о С

n — кинематическая вязкость жидкости, м2 /с; [16, с. 517]

m — динамическая вязкость жидкости, (н×с)/м2; [16, с. 516]

Ср – удельная массовая теплоемкость жидкости, Дж/(кг×град); [16, с. 513]

λ — коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м2 ×град); [16, с. 528]

Так как , то a1 рассчитывается по следующей формуле:

, [10, с. 614]

Обезжиривание на цинковании:

Обезжиривание на хромировании:

Определяем потери тепла на испарение:

[11, с. 27]

где tв – температура воздуха над поверхностью жидкости, ºС;

F – поверхность жидкости, м2 ;

υ – скорость движения воздуха над поверхностью жидкости, м/с.

Линия цинкования:

Линия хромирования:

Определяем количество тепла необходимого для поддержания рабочей температуры ванны:

[11, с. 27]

где Q2 – потери тепла в окружающую среду, Дж;

Q3 – потери тепла на нагрев деталей на приспособлении, Дж;

Q4 – тепло, выделяемое электрическим током, Дж;

[11, с. 28]

m1 – масса загружаемых деталей в ванну за 1 сек., кг;

m2 – масса загружаемого барабана в ванну за 1 сек., кг;

, [11, с. 28]

М – масса обрабатываемых деталей и барабана за одну загрузку, кг;

τ1 — продолжительность обработки деталей, с;

Ср0– удельная массовая теплоемкость материала деталей, Дж/(кг×град);

Срп – удельная массовая теплоемкость материала барабана, Дж/(кг×град);

Линия цинкования:

= 0,2 (кг за 1 с) = 0,23 (кг за 1 с)

Линия хромирования:

0,11 (кг за 1 с)

Расчет Джоулева тепла:

, [15, с. 205]

где I – сила тока на ванне, А;

tв – время работы ванны, ч;

U – напряжение на штангах ванны; принимаем 6 В

Ет –напряжение разложения, В;

Ет – напряжение разложения воды; принимаем 1,48 В [15, с. 205]

Линия цинкования:

Ванна цинкования:

Линия хромирования:

Ванна хромирования:

где iк – катодная плотность тока, А/м2 ;

iа – анодная плотность тока, А/м2 ;

S – единовременная загрузка, м2 .

Линия цинкования:

Линия хромирования:

Ванна хромирования:

3.6 Определение параметров змеевика для подогрева электролита

Поверхность нагрева змеевика:

, [11, с. 71]

где k – коэффициент теплопередачи; принимаем 1500

tср – средняя температура пара, ˚С;

, [11, с. 71]

τ – время разогрева, с;

t1 и t2 – начальная температура пара и электролита, ˚С;

t3 – температура конденсата, ˚С;

t4 – конечная температура электролита, ˚С;

= 79,4 ˚С

Линия цинкования: (м2 )

Линия хромирования: (м2 )

Принимаем диаметр змеевика d = 0,025 м.

Длина трубы змеевика:

Линия цинкования: (м)

Линия хромирования: (м)

3.7 Расчет расхода пара

Расход пара на период разогрева и на поддержание рабочей температуры:

[11, с. 71]

где — теплосодержание входящего пара:

λ – теплосодержание насыщенного пара, кДж/кг

— теплосодержание уходящего конденсата:

t1 – температура уходящего конденсата, ˚С

ср – удельная массовая теплоемкость воды, кДж/(кг · град)

Линия цинкования:

(кг) (кг)

Линия хромирования:

(кг) (кг)

Таблица 8

Результаты тепловых расчетов

Операция	Тепло	Пар	Джоулево тепло, кДж/ч	Длина змеевика м	Объём ванн, л	Темпе-ратура ºС
Qраз кДж/ч	Qраб кДж/ч	Qраз кг/ч	Qраб кг/ч
Цинкование
Электро-химическое обезжиривание	103786,7	74463,4	48,9	35,1	10051,2	6,3	614	75
Промывка в теплой воде	87352,6	47684,2	41,1	22,5	–––	5,3	484	50
Итого:	214601,8	122147,6	101,1	57,6
Хромирование
Электро-химическое обезжиривание	96292,2	25551,2	45,4	12,1	2226	5,8	573	75
Хромирование	103415,3	–––	48,7	–––	124582,9	6,2	573	50
Промывка в теплой воде	82118,6	44827,1	38,7	21,1	–––	5,0	455	50
Итого:	281826,1	70378,3	132,8	33,2

3.8 Определение количества охлаждающей воды в рубашке

Масса воды для охлаждения электролита на одну ванну:

, [11, с. 72]

где Qраб –количество тепла, отводимого от электролита ванны, Дж;

Ср – удельная массовая теплоемкость воды, Дж/кг·град;

t1 – температура воды, входящей в рубашку, ºС;

t2 – температура воды, выходящей из рубашки, ºС;

(л)

4 МАТЕРИАЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Расчёт расхода анодов и материалов на первоначальный пуск

[10, с. 603]

где Мр – расход растворимых анодов, кг;

Мн – расход нерастворимых анодов, кг;

l – суммарная ширина анодов, которая не должна быть меньше 60%

длинны анодных штанг в ванне, м;

b – длинна анода, м;

f – толщина анода, м;

N – количество ванн;

n' – количество анодных штанг;

d – плотность металла анода, кг/м3 .

Обезжиривание для цинкования: (кг)

Цинкование: (кг)

Обезжиривание для хромировании: (кг)

Хромирование: (кг)

Количество химикатов для приготовления электролитов рассчитывается по формуле:

, [9, с. 111]

где Мх – расход каждого компонента, кг;

с – содержание каждого компонента, г/л;

v – рабочий объём ванны, л;

N – количество ванн;

n – количество смен раствора электролита в год.

Пример расчёта для ванн цинкования:

(кг); (кг)

(кг); (кг)

(кг)

4.2 Расчёт расхода материалов на выполнение заданной программы

Определяем расход растворимых анодов:

, [9, с. 103]

где Ма – расход растворимых анодов, кг;

S – покрываемая поверхность с учётом брака, м2 ;

D – толщина покрытия, м;

γ – удельный вес анодного материала, кг/м3 ;

ΔМn – неизбежные потери анодного материала, кг;

ΔМо – технологические отходы, кг.

Технологически неизбежные потери и отходы в сумме составляют 6% от полезного расхода металла [9, с. 103] из этого следует:

Цинкование: (кг)

Расход нерастворимых анодов для хромирования рассчитываем в соответствии с нормативом расхода анодов [17, с. 243] при покрытии на толщину слоя 1мкм в г на м2. Для твёрдого хромирования норматив составляет 2,2 г на 1мкм.

(кг)

Расход нерастворимых анодов определяется их химическим и механическим разрушением в процессе работы, вследствие чего их приходится заменять. Аноды при хромировании и электрохимическом обезжиривании меняем 2 раза в год.

Таблица 9

Сводная ведомость расчёта расхода анодов

Операция	Материал, марка	ГОСТ	Норма расхода, г/м2	Годовая программа, м2	Расход анодов, кг
на пуск	на выполнение программы
Обезжиривание	ст.3сп-пс5	16523	0,8	151500	38,0	114,0
Цинкование	Ц0	1180-91	113,4	151500	417,1	17175,0
Обезжиривание	ст.3сп-пс5	16523	2,3	40400	31,5	94,5
Хромирование	С-2	860-75	66	40400	445,4	2666,4

Расчёт химикатов на корректировку электролитов проводим по формуле:

, [6, с. 439]

где qу – потери раствора с деталями и барабаном ;

qв – потери раствора в вентиляцию;

qф – потери раствора при фильтрации;

c – концентрация компонента, г/л ;

Pг – годовая производственная программа с учётом брака, м2 /год;

N – количество ванн.

Для ванн хромирования, работающих с нерастворимыми анодами, следует учитывать также расчёт хромового ангидрида на выделение металлического хрома на катоде из расчёта 13,3 г Cr2 O3 на 1 м2 при толщине 1мкм [9, с. 105].

Норму расхода хромового ангидрида определяем по формуле:

, [6, с. 439]

где d – толщина хромового покрытия, мкм;

p – количество хромового ангидрида в граммах для покрытия 1м2 при

толщине 1мкм.

(кг)

Таблица 10

Ведомость расхода химикатов

Опреация	Компоненты входящие в состав	Концентрация, г/л	ГОСТ	Потери раствора, л/м2	Расход компонента кг/м2	Сменность ванны в год	Общий объём ванн, л	Расход химикатов, кг
с деталями	в вентиляцию	при фильтрации	на пуск	на выполнение программы
Обезжиривание	Na3 PO4	30	201-76	0,4	0,015	0,05	0,0154	12	614	221,1	2334,5
Na2 CO3	25	5100-85	0,0129	184,2	1945,4
Травление	HCl	200	857-95	0,4	0,015	–––	0,0901	12	484	1161,6	13736,1
Уротропин	45	1381-73	0,0204	261,4	3090,7
Цинкование	ZnO	55	10262-73	0,4	0,015	0,05	0,0267	1	614	168,9	4043,5
NH4 Cl	250	3773-73	0,1213	767,5	18379,4
NH3	2,5	6221-90	0,0012	7,7	183,8
Уротропин	60	1381-73	0,0291	184,2	4411,1
Клей столярный	3	0,0015	9,2	220,5
Пассивирование	CrO3	5	2548-77	0,4	–––	–––	0,0021	6	484	14,5	317,5
Na2 Cr2 O7	30	4237-76	0,0126	87,1	1905,1
HNO3	5	701-89	0,0021	14,5	317,5
Na2 SO4	10	6318-77	0,0042	29,1	635,1
Обезжиривание	Na3 PO4	30	201-76	0,2	0,015	0,05	0,1306	12	573	206,3	527,5
Na2 CO3	25	5100-85	0,0109	171,9	439,6
Травление	HCl	200	857-95	0,2	0,015	–––	0,0701	12	455	1092	2829,2
Уротропин	45	1381-73	0,0158	245,7	636,6
Хромирование	CrO3	160	2548-77	0,2	0,05	0,05	0,7033	4	573	1466,9	28413,7
H2 SO4	5	2184-77	0,0072	45,9	288,3
Zn	5,5	1180-91	0,0079	50,5	317,2

5 СТРОИТЕЛЬНО-КОМПОНОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ

Цех, расположен на территории “ПО Усольмаш“ на ровной местности с небольшим уклоном, который позволяет осуществить естественный сток атмосферных осадков.

Высота цеха устанавливается в зависимости от высоты оборудования и высоты подъёма его над уровнем пола. При этом расстояние от верха автомата до фермы должно быть не менее 1 м. Сетка колонн на первом этаже -6X12. Колонны здания выполняются из железобетона. На крыше установлены вентиляционные шахты.

Фундамент под несущие стены расположен по всему периметру. Фундамент столбчатый, монолитный. Отмостка выполнена из бетона и покрыта асфальтом.

Внутренние стены и перегородки здания пожаробезопасны, пыле, звуко, влагонепроницаемыми. Стены имеют толщину не менее 250 мм. Перегородки из кирпича, в целях повышения их жесткости они армируются по горизонтальным швам.

Основание под рубероидную кровлю должно быть ровным, твердым, прочным. Кровля имеет несколько слоев. В нижний слой на железобетонную плиту укладывается прокладочный рубероид в два слоя, затем плитный утеплитель. Выравнивающий слой – асфальтовая стяжка, затем в четыре слоя прокладывается рубероид, проклеиваемый битумной мастикой, края наклеиваются в нахлестку. Во избежания попадания воды под кровлю края рубероида закрепляются к верхним поверхностям стен. Поверх рубероидного слоя наносят графит втолченный в битум.

При размещении отделения защитных покрытий в двухэтажном помещении на втором этаже располагаем всё производственное оборудование. Технический отдел будет находиться на втором этаже. Двухэтажная компоновка позволяет использовать естественное освещение для помещения первого и второго этажа.

На первом этаже располагаем кладовые химикатов, в том числе реактивов, включающий в себя баки-реакторы, фильтры, сборные емкости и т.д., также участок изготовления и ремонта технологических спутников и оснастки, вентиляционные установки для обслуживания помещений первого этажа, воздуходувки. Здесь же располагаются емкости для сбора отработанных технологических растворов и установки локальной очистки.

Слив растворов из технологических ванн в сборные емкости производится самотеком. Для подачи раствора на второй этаж используют насосы. Подача раствора в ванны производится трубопроводами централизованной раздачи растворов.

Локальная непрерывная очистка растворов производится с помощью встроенных в автоматическую линию блоков очистки (прессфильтр, насос и др.).

Вытяжные вентиляционные установки и туманоуловители ФВГ располагаются в отдельном помещении на втором этаже, приточные вентиляционные камеры – у наружных стен для обеспечения возможного заброса свежего воздуха. Вентиляционные камеры обязательно ограждены звуконепроницаемыми перегородками.

Трансформаторная подстанция располагается на втором этаже в отдельном помещении, оборудованном вентиляцией.

Все производственные вспомогательные помещения отделяются стеклопрофилитовыми перегородками высотой 3 м. Помещение лаборатории делаем с потолком, располагая у наружной стены с окном.

Основное условие при планировании гальванического отделения – соблюдение поточности производства, обеспечение рабочих надежных мест и проходов между оборудованием для его обслуживания и ремонта. Поэтому основной подъезд к линиям 3 м расстояние между стенами и оборудованием при необходимости прохода персонала не менее 1,5 – 2,0 м.

Полы на отдельных участках цеха металлопокрытий различны и зависят от назначения этих участков. В отделениях покрытий и на других участках, где работы производятся с применением агрессивных растворов полы водонепроницаемы и химически стойки против воздействия агрессивных сред.

Все большие отверстия в перекрытиях для прохода трубопроводов воздуховодов и шин во избежание возможности протекания жидкостей выполнены с бортиками и химической защитой.

Стены и колонны всех производственных помещений цеха и участков приготовления растворов облицовывают глазурованной плиткой на высоту 2 м от пола, верх стен и колон окрашивают синтетической, полимерцементной или масляной краской, светлого тона.

Для транспортировки поступающих и обработанных деталей используют стандартную оборотную тару, единую для всего завода с унифицированными размерами, установленной ёмкостью и конструкцией. Хранение поступающих деталей производят на цеховом складе, куда детали подают на автопогрузчиках или на другом виде транспорта. Так как расположение цеха двухэтажное подачу деталей на этаж производится грузовыми лифтами. Хранение предусматривается на стеллажах или штабелях в несколько ярусов. Склад деталей располагается в торце цеха [17].

6 ОХРАНА ТРУДА

6.1 Характеристика и анализ вредных и опасных производственных факторов

В отделении гальванических покрытий приходится пользоваться материалами и химикатами, многие из которых являются весьма вредными для здоровья.

К профессиональным вредностям производства относятся:

1. Наличие в цехе опасных и вредных веществ в растворах и электролитах;

2. Наличие вредных паров и газов;

3. Наличие едких жидкостей – кислот и щелочей;

4. Наличие горячих жидкостей и пара;

5. Повышенная влажность и температура воздуха;

6. Опасность поражения электрическим током.

Воздействие вредных и опасных веществ и составов на работающих зависят от физико-химических свойств самого вещества или состава, его агрегатного состояния, класса опасности, времени и характера воздействия, путей поступления вещества в организм, наличия других вредных факторов и правильного использования средств обеспечения безопасности труда.

Химические вещества при любом пути поступления в организм человека могут вызывать острое или хроническое отравление, профессиональные заболевания или заболевания с временной потерей трудоспособности. В результате воздействия химических веществ могут поражаться слизистые 0оболочки носа, глотки, зева, органов дыхания – бронхи легкие, а также пищеварительная система.

Максимальные значения факторов рабочей среды, при которых выполняются предельно допустимые уровни – ПДУ и преденльно допустимые концентрации – ПДК, приведены в соответствующих стандартах ССБТ (ГОСТ 12.1.005-88).

Параметры микроклимата гальванических цехов (допустимое содержание влажности, сочетание температуры, скорости движения воздуха) регламентируются ГОСТ12.1.005-88.

Таблица 11

Анализ вредных производственных факторов

Опасные и вредные факторы	Место рабочей операции	Характеристика воздействия на организм	Нормируемое значение или ссылка на документ
Микроклиматические условия (температура, влажность, скорость движения воздуха)	Отделение	Перегрев, переохлаждение, различные простудные заболевания	ГОСТ 12.1.005-88
Повышенный уровень шума	Отделение	Неблагоприятное влияние на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую и пищеварительную системы, быстрое утомление, снижение работоспособности	ГОСТ 12.1.005-88
Вибрация	Отделение	Вызывает деформацию органов и тканей человека	ГОСТ 12.1.012-78
Недостаточное освещение	Отделение	Ухудшение зрения, влияет на центральную нервную систему и организм в целом, утомление.	СНиП 23-05-95
Вредные вещества	Отделение	Смотри в таблицу 6 “Вредные химические вещества в отделении цинкования и хромирования	ГОСТ 12.1.005-88 и ГОСТ 12.1.007-76
Электрический ток	Отделение	Термическое (разогрев организма), электролитическое (распад крови), биологическое (сокращение мышц) воздействие.	ГОСТ 12.1.019-82 Напряжение прикосновения не более 2 В, ток не более 0,3 мА, сопротивление заземляющего устройства не более 4 Ом.

В отделении гальванических процессов приходится пользоваться материалами и химикатами, многие из которых являются весьма вредными для здоровья. Воздействие вредных и опасных веществ и составов на работающих зависят от физико-химических свойств самого вещества или состава, его агрегатного состояния, класса опасности, времени и характера воздействия, путей поступления вещества в организм, наличия других вредных факторов и правильного использования средств обеспечения безопасности труда.

Химические вещества при любом пути поступления в организм человека могут вызвать острые или хронические заболевания с временной потерей работоспособности. В результате воздействия химических веществ могут поражаться слизистые оболочки носа, глотки, зева, органов дыхания ­– бронхи, лёгкие, а также пищеварительные системы.

В отделении нанесения гальванического покрытия цинка и хрома многие химические вещества вредно воздействуют на организм человека. Эти вредные химические вещества и характер их воздействия приведены в таблице

Класс опасности по ГОСТ 12.1.007 – 87. ПДК– ГОСТ 12.1.005 – 88.

Таблица 12

Вредные химические вещества в отделении цинкования и хромирования

Наименование вещества	Класс опасности	ПДК	Действие на организм человека	Меры предосторожности
1	2	3	4	5
Серная кислота H2 SO4	III	1,0	Раздражает и прижигает слизистые верхних дыхательных путей, поражает легкие; вызывает тяжёлые ожоги.	Фильтрующие промышленные противогазы, защитные очки, маски, щитки из органического стекла, спецодежда из кислотостойких и шерстяных тканей, резиновые сапоги, перчатки, рукавицы из резины.
Азотная кислота HNO3	III	5,0	Раздражает дыхательные пути; разрушает зубы; поражает роговицу; вызывает тяжёлые ожоги кожи; неврологические нарушения; расстройства желудочно-кишечного тракта

продолжение таблицы 12

Углекислый натрий Na2 CO3	II	0,5	Изъявление слизистой носа; раздражение дыхательных путей; возникновение желудочно кишечных заболеваний; вызывает разрыхление кожи, ожоги, некроз.	Спецодежда из плотной ткани, резиновые перчатки, нарукавники, фартуки, обувь, защитные мази.
Окись цинка ZnO	I	0,067	Вызывает быстропроходящее заболевание “литейная лихорадка”; нарушение функции органов печени, желудка, лёгких	Респираторы лепестки и противогазы марки БФ
Хромовый ангидрид CrO3	I	0,01	Оказывает на организм общетаксическое, раздражающее, кумулятивное, алерггенное, концерогенное и мутагенное действие	Спецодежда из плотной ткани, резиновые перчатки нарукавники, фартуки, резиновые сапоги.

6.2 Производственная санитария

Общая характеристика отделения

Технология нанесения покрытий, очистка сточных вод гальванического производства связаны с применением и выделением вредных, для здоровья человека, веществ. Обслуживающий персонал постоянно контактирует с токсичными химическими веществами, относящимися к первому классу опасности по ГОСТ 12.1.007 – 87 (чрезвычайно опасные ПДК<0,1 мг/м3 ), ко второму классу (высоко опасные ПДК 0,1 – 1,0 мг/м3 ) и к третьему классу (умеренно опасные ПДК 1,1 – 10 мг/м3 ) веществ по воздействию на организм человека.

Производственная санитария — система организационных, гигиенических и санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов. В комплекс санитарно-технических мероприятий входят рекомендации, направленные на создание комфортабельных условий труда персонала и стабильную работу оборудования при рациональном сочетании трудовых операций с работой машин и устройств:

— организация рабочего места, соответствующего нормам и инструкциям;

— применение средств защиты от вредных и опасных факторов;

— организация труда и отдыха работников;

— обеспечение рабочего места необходимой вентиляцией;

— обеспечение нормальной освещенности;

— обеспечение защиты от шума и вибрации.

Для создания благоприятных условий труда в конструкторских организациях, на предприятиях или в научно — производственных объединениях рекомендуются большие помещения прямоугольной формы, которые позволяют экономичнее использовать площадь. Минимальная площадь рабочей зоны должна быть 4 м2 на одного работающего (для конструктора — 6м2 ), а объём — не менее 20 м3 по СН 245-71 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий».

Весь комплекс организационно — технических условий обеспечивает возможность нормальной работы в соответствии с действующими санитарно — гигиеническими нормами.

Производственные помещения должны соответствовать требованиям:

— СНиП 240-72 «Строительные нормы и правила»,

— СН 245-71 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий», утвержденные Министерством Здравоохранения РФ;

— действующей нормативной документации Министерства Здравоохранения по санитарному содержанию помещений;

— ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно — гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;

— ГОСТ 12.1.007-92 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности».

— ГОСТ12.1.012-91«ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности».

Санитарно-бытовые помещения

В состав санитарно-бытовых помещений входят:

— гардеробные закрытого типа для раздельного хранения рабочей и не рабочей одежды;

— помещение для приема пищи;

— душевые;

— уборные.

Особенности помещений санитарно-бытового назначения заключается в том, что они располагается в основном здании производственного помещения для исключения влияния холодного воздуха на работающих.

Санитарно-бытовые помещения отделяются от цеха выходами в коридор. Для курения предусмотрены специальные комнаты. Для хранения рабочей и домашней одежды предусмотрены отдельные гардеробные. Одежда хранится в шкафчиках. Гардеробные оборудуются скамейками. Количество мест для переодевания должно быть не менее 25% от числа работающих в смену.

6.3 Вентиляция и отопление

Оптимальные и допустимые параметры микроклимата в гальваническом отделении связаны с энергозатратами организма в зависимости от тяжести физического труда.

Работы в гальваническом отделении относятся к категории 2а – работы, связанные с ходьбой, выполняемые стоя, без перемещения тяжести и к категории 2б – работы, требующие перемещения тяжести до 10 кг (ГОСТ12.1.007 – 87).

Состояние воздушной среды в помещении характеризуется газовым составом воздуха, его температурой, влажностью, давлением, скоростью движения воздуха представлены в таблице:

Таблица 13

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости воздуха в рабочей зоне помещений

Категория работ	Температура, °С	Влажность, %	Скорость воздуха, м/с
опт.	доп.	факт.	опт.	доп.	факт.	опт.	доп.	факт.
Тёплое время, 1а	23-25	22-28	22-26	40-60	55	55	0,1	0,1-0,2	0,1-0,2
Холодное время, 1а	22-25	21-25	21-25	40-60	75	60	0,1	0,1	0,1

Метеорологические условия оказывают большое влияние на здоровье, самочувствие и работоспособность человека.

Источником повышенной опасности является автоматическая линия. Вентиляция является наиболее совершенным средством по борьбе с тепло и влаговыделением. Поэтому гальваническое отделение спроектировано с учётом необходимого обеспечения наиболее эффективного удаления вредных веществ, примесей и снабжено приточно-вытяжной вентиляцией (бортовые отсосы над ваннами и вытяжные шкафы в помещении приготовления и корректировке электролитов) со скоростью воздухообмена 4,5 м/с.

Контроль воздушной среды в помещениях производится один раз в месяц, на линиях один раз в смену.

В отделении устанавливается смешанная вентиляция, т.е. общеобменная вентиляция всего отделения, а также местная вытяжная вентиляция. Приточная вентиляция предусмотрена в объёме равном 90% от объёма отсасываемого воздуха, т.к. разница давлений вызывает засасывание воздуха через двери, неплотности в окнах и т.д. и тем самым способствует проникновенно вредных веществ в соседние помещения. Воздух, нагнетаемый в зимнее время, подвергается подогреву в калориферах до комнатной температуры 18 – 20 ºС. Выброс воздуха постоянно действующей вентиляцией подлежит осуществлять через трубу высотой 2 м выше конька кровли самого высокого здания, находящегося в радиусе 15 м. Воздух, удаляемый отсосами и содержащий вредные вещества, перед выбросом в атмосферу подвергается очистке. [СНиП 2.04.05 – 86 “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”]

Предусматривается аварийная вентиляция. Аварийная вентиляция предназначена для быстрого удаления из производственного помещения больших объемов воздуха с высокими концентрациями токсичных и взрывоопасных веществ. Представляет собой самостоятельную вытяжную вентиляцию.

Для поддержания нормальной температуры в рабочем помещении предусматривается паровое отопление. В производственных помещениях, при наличии обслуживающего персонала, температура должна быть не менее 15ºС. Температура воздуха в помещениях, имеющих большие водные поверхности, следует принимать не менее чем на 2ºС выше температуры водной поверхности.

6.4 Освещение

Производственное освещение, правильно спроектированное и выполненное, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих, снижает утомляемость и повышает безопасность труда. Неудовлетворительное освещение вызывает утомление, глазные болезни, головные боли и может быть причиной производственного травматизма.

В помещении цеха имеется как искусственное освещение, так и естественное боковое освещение, осуществляемое за счет проникновения солнечной энергии через окна. Искусственное освещение помещения осуществляется в виде общей системы освещения с использованием люминесцентных источников света (лампами типа ЛД) в светильниках общего освещения. Согласно СНиП 23.05-95 «Естественное и искусственное освещение» характер зрительных работ в цеха по условиям точности относится к 4 разряду с нормальным значением освещённости 150 ЛК.

Расчёт освещения

Основными задачами при проектировании искусственного освещения является определение числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения нормируемой освещенности.

Для расчета общего равномерного искусственного освещения используется метод коэффициента использования светового потока, согласно которому необходимо определить потребный расчетный световой поток ламп в каждом светильнике, при котором достигается значение наименьшей нормируемой освещённости рабочей поверхности.

Требуемый световой поток рассчитывается по следующей формуле:

где Фл — световой поток от ламп одного ряда;

Е min — минимальная нормируемая освещенность;

S — площадь помещения, м2 ;

Кз — коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и

износ (определяется по специальным таблицам);

N -количество рядов;

h — коэффициент использования светильников;

Z – коэффициент, учитывающий неравномерность освещения,

определяют из следующего соотношения:

Для расчетов Фл необходимо знать коэффициент использования светильников. Его определяют по индексу помещения i и коэффициентам отражения от стен, потолка, пола.

Индекс помещения находится по следующей формуле:

где а – длина цеха, м;

b – ширина цеха, м;

h — расчетная высота подвеса светильников, м.

Высоту подвеса светильника h находят по следующей формуле:

h=Hп -hc -hp ,

где Нп — высота помещения от пола до линии подвеса светильников

h c — высота свеса светильников, принимается равной 0,2 — 0,25 м;

hp — высота рабочей поверхности, принимается равной 0,8 м.

h= 6-0,2-0,8=5 м

Находим индекс цеха по формуле:

Принимаем приблизительные значения коэффициентов использования светового потока: — коэффициент отражения от потолка ρП =70%;

— коэффициент отражения от стен ρС =50%;

— коэффициент отражения от пола ρр =10 %.

По таблицам находим коэффициент использования для светильников ПВЛМ. В данном случае h= 36%.

Все найденные значения подставляем в формулу и получаем световой поток светильников:

лм

Потолок операторного помещения оборудуется светильниками ПВЛМ с двумя лампами ЛД 240 (без отверстий, без решётки). Световой поток одной лампы ЛД составляет 2200 лм, соответственно световой поток светильника ПВЛМ с двумя лампами составляет 22002 = 4400 лм.

Число светильников определяется по выражению:

где F св . — световой поток светильника,

n=18 шт. – число светильников в ряду.

Согласно приведенному расчету можно сделать вывод о том, что в данном помещении освещение производится 6 рядами по 15 светильников, обеспечивая тем самым нормируемое значение освещённости.

6.5 Шум и вибрация

В проектируемом отделении источником шума являются вентиляторы, трубопроводы для перемещения жидкостей, воздуховоды вентиляционных систем и насосы для перекачивания жидких веществ.

Воздействие шума на организм человека приводит к быстрой утомляемости, снижению производительности труда, оказывает вредное влияние на органы слуха, нервную систему.

Согласно ГОСТ 12.1.003-83 допустимый уровень шума в гальваническом отделении 80 децибел.

Для снижения уровня шума большое значение имеет правильная эксплуатация механизмов, современное проведение профилактических работ. Шум вентиляционных установок снижают воздуховоды, облицованные звукопоглощающими материалами.

Для снижения вибрации, действующих на конструкцию здания, вентиляторы и двигатели устанавливают на прокладки.

6.6 Техника безопасности

Основные положения

Основные положения по охране труда предусмотрены в «Кодексе законов о труде», в котором регламентируются правовые нормы труда и отдыха, а также мероприятия по технике безопасности и нормы производственной санитарии.

Учитывая вредность и опасность многих технологических опе­раций подготовки и нанесения покрытий, необходимо предусматривать соответствующие меры по охране труда, технике без­опасности и производственной санитарии.

В гальваническом производстве при подготовке поверхности применяют органические растворители, различные щелочи, кис­лоты, поверхностно-активные вещества, шлифовальные и полиро­вальные порошки, металлическую дробь, металлический песок, эластичные и монолитные шлифовальные и полировальные круги, крацевальные щетки различной конструкции и размеров, абразив­ную шкурку, шлифовальные и полировальные пасты и др.

Для нанесения покрытий применяют щелочные и кислые рас­творы, содержащие токсичные компоненты.

Растворы и электролиты для интенсификации обработки де­талей подвергают нагреву, фильтрации и не­прерывной циркуляции; детали подвергают вращению в бараба­нах, применяют реверсивный ток и другие нестационарные условия электролиза.

Таким образом, гальваническое производство — сложное, многопроцессное производство, требующее строгого соблюдения всех правил техники безопасности, санитарных норм и норм про­тивопожарной безопасности.

Производство всех видов покрытий должно соответствовать ГОСТ 12.3.008—88 ГОСТ 12.3.002—88 должны строго выпол­няться строительные нормы и правила проектирования промыш­ленных предприятий, утвержденные Госстроем РФ, санитар­ные правила организации технологических процессов и гигиени­ческие требования к производственному оборудованию, утвер­жденные Министерством здравоохранения РФ.

Оборудование, применяемое в гальваническом производстве, должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003—88.

Приборы, инструмент, приспособления должны соответство­вать эргономическим требованиям.

Производство покрытий должно обеспечивать механизацию, автоматизацию и герметизацию процессов, являющихся источником опасных и вредных выделений: механизацию и автоматиза­цию трудоемких процессов, замену токсичных и горючих веществ менее токсичными, нетоксичными и негорючими веществами.

Требования к производственным помещениям

Производственные помещения должны соответствовать требова­ниям строительных норм и правил, утвержденных Госстроем РФ.

Уровни вредных и опасных факторов в производственных по­мещениях и на рабочих местах не должны превышать величия, установленных санитарными нормами проектирования промышлен­ных предприятий, утвержденных Госстроем РФ.

Оборудование, установленное в производственных помеще­ниях, при эксплуатации которого могут выделяться вещества с опасным для здоровья действием (шлифовально-полировальные и крацевальные станки, дробеструйные камеры, а также камеры с абразивной пульпой и металлическим песком, устройства для приготовления растворов, ванны и другое оборудование), должно иметь местные вентиляционные отсосы.

Устройства для приготовления растворов и другое вспомога­тельное оборудование, размещенное в помещениях, при эксплуа­тации которого могут выделяться вещества с опасными и вредными свойствами, должны иметь местные вентиляционные отсосы.

Не допускается соединять в одну систему воздуховодов мест­ные отсосы от ванн с кислыми и цианидными электролитами, от ванн с органическими растворителями, а также вентиляционные отсосы шлифовальных и полировальных станков.

Помещения и воздуховоды от местных вентиляционных отсо­сов должны систематически очищаться, не допуская количество взвешенной в воздухе и осевшей пыли, которое могло бы создать взрывоопасную пылевоздушную смесь в объеме более 1 % объема помещений.

Требования к размещению производственного оборудования

Оборудование в цехах (участках) гальванического производства должно отвечать нормам технологического проектирования, сог­ласованным с Госстроем РФ.

Высота стационарных ванн от уровня площадки обслуживания должна быть в пределах 0,85—1,00 м.

Требования к хранению и транспортированию химических веществ

Места хранения химических веществ должны иметь стеллажи, шкафы, приспособления, инвентарь, специальную тару а также быть обеспечены средствами индивидуальной защиты, необходи­мыми для безопасного обращения с химическими веществами. Поступающие в производство химические вещества должны быть хорошо упакованы или иметь исправную тару и сопроводи­тельную документацию.

Цистерны, контейнеры и другие большие емкости, наполненные агрессивными веществами, должны разгружаться (опорож­няться) механизированным способом.

Транспортирование химических веществ должно производиться в исправной таре; бутыли с кислотами и жидкими щелочами должны транспортироваться на специальных тележках двумя рабочими со скоростью, не превышающей 5 км/ч.

Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости должны центра­лизованно транспортироваться по трубопроводам. При сменной потребности в этих жидкостях до 200 кг каждого наименования допускается подача их к рабочему месту в плотно закрытой небью­щейся таре.

Требования к персоналу

Рабочие и инженерно-технический персонал должны проходить медицинский осмотр при поступлении на работу, а также подвер­гаться периодическому медицинскому осмотру в соответствии с по­рядком. установленным Министерством здравоохранения РФ.

Все рабочие, служащие и инженерно-технические работники должны проходить инструктаж по безопасности труда: вводный — при поступлении на работу, первичный — на рабочем месте, повторный — не реже одного раза в три месяца, внеплановый — при изменении технологического процесса, смене оборудования, нарушениях требований безопасности и несчастных случаях.

Требования к применению средств индивидуальной защиты работающих

Средства индивидуальной защиты работающих должны соответ­ствовать требованиям ГОСТ 12.4.011—92.

Работающие должны пользоваться средствами индивидуаль­ной защиты, выдаваемыми им в соответствии с установленными нормами.

Спецодежда работающих, занятых в гальваническом произ­водстве, должна периодически подвергаться стирке, а спецодежда работающих с ядовитыми веществами и растворами должна пред­варительно обезвреживаться.

При приготовлении и корректировании, а также применении электролитов и растворов работающие должны пользоваться за­щитными пастами и мазями.

При растворении хромового ангидрида необходимо пользо­ваться шланговыми противогазами или фильтрующими респира­торами.

Требования к технологическим процессам

Требования безопасности должны предъявляться при подготовке поверхности перед нанесением покрытий, приготовлении и кор­ректировании электролитов и растворов, нанесении покрытий. обработке покрытий.

При применении абразивного инструмента следует руководство­ваться правилами и нормами безопасной работы:

– загрузка и возврат дроби, металлического песка или дру­гого абразива в установках для дробеструйной и гидропескоструй­ной очистки, включение и выключение подачи сжатого воздуха, дроби металлического песка и пульпы должны быть механизиро­ваны, применение сухого кварцевого песка для очистки деталей не допускается;

–шлифовально-полировальные станки должны быть оборудо­ваны защитными экранами и местными отсосами, сблокирован­ными с пусковым механизмом станка; не допускается применение секционных полировальных кругов, изготовленных из различных неполноценных материалов, смена и переналадка кругов во время работы (вращения) станка не допускается;

В дробеструйных и гидропескоструйных камерах необходимо предусматривать блокировку пусковых устройств с загрузочными установками, открытие ворот (дверей) гидроочистных камер должно иметь блокировку с насосами высокого давления.

Чистку и ремонт оборудования от остатков органических рас­творителей после обезжиривания деталей необходимо произво­дить после продувки его воздухом или паром до полного удале­ния паров растворителей. При продувке должны быть включены вентиляционные устройства, предотвращающие попадание в по­мещение паров органических растворителей.

Приспособления (подвески, карнизы и др.), применяемые для загрузки и выгрузки деталей при их травлении, должны быть кислотостойкими.

При работе ультразвукового оборудования необходимо пол­ностью исключить непосредственный контакт обслуживающего персонала с рабочей жидкостью, ультразвуковым инструментом и обрабатываемыми деталями.

Растворы, приготовляемые из смеси кислот, следует вводить в порядке возрастания их плотности. Разбавляя кислоты, необ­ходимо вливать их только в холодную воду тонкой струёй при од­новременном перемешивании.

Контакт хромового ангидрида с уксусной кислотой, кероси­ном, спиртом и другими горючими жидкостями не допускается.

Раствор химического оксидирования (воронения) перед его корректированием щелочью должен быть охлажден до температуры не выше 100 °С. Чтобы не допустить выброса раствора из ванны оксидирования, запрещается каустик загружать на дно ванны. В этом случае едкий натр загружают в специальные при­способления (цилиндрической формы или типа ведра и трубки для подачи горячей воды, доходящей до дна ванны).

Отработанные растворы и электролиты перед спуском в сточ­ные воды должны быть нейтрализованы. Шлам, содержащий ток­сичные вещества, должен подвергаться обезвреживанию. Пол­нота нейтрализации и обезвреживания подтверждается данными анализа.

Загрузку в ванны и выгрузку из них крупногабаритных и тя­желых изделий массой более 20 кг необходимо осуществлять грузоподъемными устройствами (кран, тельфер и др.).

Чистку ванн и другого оборудования, а также штанг, электро­контактов, анодов, анодных крючков следует производить с ув­лажненной поверхности.

Извлечение упавших деталей и подвесок из ванн осуществлять специальными приспособлениями или устройствами.

Контроль за выполнением требований безопасности труда

Контроль воздушной зоны на содержание пыли и вредных веществ необходимо систематически осуществлять по методи­кам, утвержденным Министерством здравоохранения РФ, ГОСТ 12.1.005—92, ГОСТ 12.1.014—92 и ГОСТ 12.1.016—92. График анализа воздуха в зависимости от конкретных условий производства устанавливается и утверждается администрацией предприятия.

При любых изменениях технологического процесса (смена оборудования, режимов обработки, введение новых компонентов в состав электролита или раствора и т. п.) необходимо произвести внеочередной анализ. При обнаружении вредных веществ в воз­духе рабочей зоны в количестве, превышающем предельно допу­стимые концентрации, работа должна быть приостановлена и приняты меры по дегазации помещения и устранению причин, вызвавших загазованность воздушной среды.

Контроль за технологическим оборудованием, создающим шум в воздушной среде, следует проводить по ГОСТ 20445—86.

Контроль оборудования, создающего вибрацию, следует про­водить на соответствие требованиям ГОСТ 16778—88, ГОСТ 8.246—86, ГОСТ 13731—88.

Контроль электробезопасности следует проводить в соответ­ствии с требованиями «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при экс­плуатации электроустановок потребителей», утвержденных Госэнергонадзором РФ.

Контроль уровней освещенности следует проводить в соответ­ствии с Методическими указаниями, утвержденными Министер­ством здравоохранения РФ.

Электробезопасность

К работе с управляющим контроллером допускаются лица, имеющие разрешение для работы на электроустановках с напряжением до 1000 В и прошедшие инструктаж по ТБ. Все работы должны вестись в соответствии с «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок».

По ПУЭ характер окружающей среды в помещении операторной является сухим. По опасности поражения людей электрическим током операторная относится к помещениям без повышенной опасности. Всё электрическое оборудование должно быть заземлено. Мероприятия по защите от статического электричества должны осуществляться в соответствии с «Правилами по защите от статического электричества на производствах химической и нефтехимической промышленности».

Противопожарная безопасность

Гальванический цех по пожаробезопасности относится к категории Д. Производство металлопокрытий не связано с производством горючих и взрывчатых веществ. Единственным источником возникновения пожара может служить неисправность электрооборудования, электрической сети и нарушение электротехнических правил.

Во время возникновения пожара приборы и двигатели покрываются густым слоем электропроводной копоти, сажи и создается возможность возникновения электрической дуги, новых очагов горения. Поэтому при тушении пожаров электросеть здания должна быть выключена. Для ликвидации небольших очагов горения масла, изоляции проводов и кабелей применяется двуокись углерода и сухой песок. Для этого в цехе предусмотрен пожарный пост: ящик с песком, ведро, лопата, лом, огнетушитель химический пенный.

Здание гальванического цеха относится по стойкости к категории несгораемых зданий, имеющих первую степень огнестойкости. Несущие конструкции выполнены из железобетона. Обшивка выполнена из несгораемых материалов. Оконные перекладины из стали, полы покрыты керамической плиткой.

7 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Гальванотехника получила широкое распространение в народном хозяйстве. Основной набор электролитов и технологических растворов можно считать сложившимся и в ближайшее время вряд ли следует ожидать радикальных изменений в области создания электролитов, которые вызвали бы резкий скачок в развитии гальванотехники. Экологические проблемы гальванотехники привлекают к себе широкое внимание в основном из-за продолжающегося загрязнения окружающей среды ионами тяжелых металлов.

В настоящее время сложилось два направления: с одной стороны, продолжается развитие технологий гальванопроизводства, а с другой стороны, в сравнительно недавнее время получило свое развитие разработка средств и методов очистки сточных вод и переработки отходов. К сожалению оба направления развиваются самостоятельно и зачастую независимо друг от друга. На практике это привело к тому что технологи-гальваники в силу своего образования и стоящих перед ними задач не имеют четкого представления о способах уменьшения вредного воздействия гальванопроизводства на окружающую среду, а специалисты-экологи рассматривают гальваническое производство как “черный ящик”, выходными параметрами которого являются сточные воды самого разнообразного состава.

Гальваническое производство по степени отрицательного воздействия на окружающую среду стоит на первом месте. Отходы и загрязняющие вещества образуются быстрее, чем Земля может их переработать и усвоить, а природные ресурсы потребляются более быстрыми темпами, чем воспроизводятся. Таким образом, необходимо внедрение экологических технологий, обеспечивающих создание малоотходных и безотходных производств. Для этого требуется:

— замена токсичных растворов и электролитов менее токсичными;

— продление сроков службы электролитов с помощью ингибиторов или композиционных добавок;

— сокращение расходов воды на промывочные операции изменением прямоток на противоток, последовательностью промывки;

— улучшения условий для последующей очистки сточных вод;

— организация систем локальной обработки промывных вод;

— организация систем очистки сточных вод, в первую очередь с использованием таких средств и методов, которые образуют отходы, годные либо для утилизации, либо для выделения из них ценных компонентов;

— внедрение средств и методов переработки не регенерируемых отработанных технологических растворов и твердых отходов (шламов) с выделением ценных компонентов, пригодных для утилизации, или образованием нетоксичных продуктов, годных для захоронения;

— внедрение средств и методов контроля технологических параметров обработки отходов, а также контроля за предельно допустимыми величинами сбросов и выбросов;

— снижение металлоемкости, энергоемкости и водоемкости [19].

7.1 Характеристика вредных веществ, используемых в цехе

Таблица 14

Вредные химические вещества в отделении цинкования и хромирования

Вредные вещества	ПДК мг/л	Класс опасности	Действие на окружающую среду
1	2	3	4
Цинк и его соединения	1,0	III	Цинк и его соединения малотоксичны для людей и теплокровных животных при поступлении в организм с пищей и питьевой водой. Для рыб цинк во много раз токсичнее, чем для людей, его вредное действие проявляется намного раньше, чем изменяются органолептические свойства воды.
Уротропин	0,5	II	Придаёт воде: запах в 1 балл в концентрации 1000 мг/л; привкус в 1 балл – в концентрации 60 мг/л, 2 балла – 130 мг/л.

продолжение таблицы 14

Соединения аммония	0,5	II	Оказывает местное раздражающее действие на кожу. Доза 1 мг/кг массы ил концентрация 20 мг/л воды вызывает у теплокровных животных дегенеративные изменения слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.
Фосфаты	2,5	III	Увеличивается рост водорослей в водоемах, продуктивность рыб возрастает в 4 раза. Токсичная концентрация для рыб 3,6 мг/л. Необходимы для питания микрофлоры очистительных сооружений канализации (90 – 150 частей БПК5 )
Хром и его соединения	0,001	I	Соединения хрома (VI) оказывают на организм общетоксическое, раздражающее, кумулятивное, аллергенное, канцерогенное и мутагенное действие. Губительно действуют на флору и фауну водоёмов и тем самым тормозят процессы самоочищения.

7.2 Экологическая опасность растворов и электролитов

Во-первых, опасность представляет не сам факт наличия в растворе токсичного вещества, а его концентрация. Например, вода, содержащая цианид в количестве менее 0,03 мг/л, не представляет опасности, несмотря на то, что в ней содержится вещество 2-го класса опасности.

Во-вторых, экологическая опасность определяет степень воздействия раствора на окружающую среду и, в частности, на водоёмы рыбохозяйственного назначения как самые чувствительные к загрязнениям природные объёкты.

Экологическая опасность растворов, являясь составной частью экологического критерия, позволяет определить направление снижения экологической опасности гальванического производства либо за счёт замены (в технически обоснованных случаях) экологически опасных растворов или отдельных компонентов не менее опасные, либо за счёт замены химических соединений, трудно подвергающихся обезвреживанию, на легко обезвреживаемые вещества.

Для определения реальной экологической опасности технологических растворов необходимо учесть кратность разбавления промывными и сточными водами, степень очистки, возможность регенерации, утилизации и надёжности захоронения технологических растворов или его компонентов.

Экологическая опасность электролитов цинкования определяется главным образом концентрацией ионов цинка: в аммиакатных электролитах доля цинка в экологической опасности электролита составляет до 100%, а в цианистых электролитах – до 75%. Поэтому при выборе того или иного электролита при прочих равных условиях следует по возможности избегать наличия в электролитах таких добавок, как ацетаты (их доля в экологической опасности растворов составляет до 65 %).

В противовес общепринятому мнению о высокой экологической опасности электролитов хромирования на основании опытных данных видно, что по экологической опасности они не отличаются от электролитов цинкования. Мало того, в сточных водах гальванического производства, прошедших очистку, обычно не наблюдается превышение концентрации шестивалентного хрома над его ПДК.

Таким образом, технология хромирования совместно с технологией обезвреживания шестивалентного хрома в силу разных причин не отличается особой экологической опасностью по сравнению с другими технологиями обработки поверхности.

7.3 Расчет состава и объема сточных вод

Для расчёта объёма разбавленных сточных вод используем данные по расчёту расхода воды на промывные операции.

Линия цинкования:

После операции электрохимического обезжиривания устанавливаем ванну теплой промывки и ванну холодной промывки.

После ванны травления — двухкаскадную ванну холодной промывки.

После ванны цинкования – ванну улавливания и двухкаскадную ванну холодной промывки.

После ванны пассивирования одинарную ванну теплой промывки и двухкаскадную ванну холодной промывки.

Линия хромирования:

После операции электрохимического обезжиривания устанавливаем ванну теплой промывки и ванну холодной промывки.

После ванны травления — двухкаскадную ванну холодной промывки.

После ванны хромирования – ванну улавливания и двухкаскадную ванну холодной промывки и ванну теплой промывки.

Таблица 15

Расход воды на промывку и состав сточных вод

Наименование оборудования	Количество ванн	Промывочная поверхность, м2 /ч	Удельный вынос раствора, л/м2	Критерий промывки	Расход воды, л/ч	Годовой расход воды, м3	Характер сточных вод
на ванну	общий
Линия цинкования
1.Электрохим. обезжиривание	2	19,19	0,6	37,5	70,5	141	1113,3	кисло-щелочной
2. Травление	1	0,4	4000	486	486	3837,5
3. Цинкование	1	0,6	6000	564	564	4453,4
4. Осветление — пассивирование	2	0,4	50	28,5	57	450,1	хромсодержащий
Итого:	1149	1248	9854,3
Линия хромирования
1.Электрохим. обезжиривание	2	5,12	0,3	37,5	5	10	79,0	кисло-щелочной
2. Травление	1	0,2	4000	65	65	513,2
3. Хромирование	2	0,3	16000	28,5	57	450,1	хромсодержащий
Итого:	98,5	132	1042,3

Суммарный расход воды:

Цинкование – 1191 л/ч кисло-щелочных стоков,

57 л/ч хромосодержащих стоков,

Хромирование – 75 л/ч кисло-щелочных стоков,

57 л/ч хромосодержащих стоков.

Годовой расход:

Цинкование – 9404,2 м3 кисло-щелочных стоков,

450,1 м3 хромосодержащих стоков,

Хромирование – 592,2 м3 кисло-щелочных стоков,

450,1 м3 хромосодержащих стоков.

Таблица 16

Максимальный унос загрязнений в стоки и их концентрация

Наименование операции	Наименование компонента	Максимальный унос загрязнений в стоки, г/л	Максимальная концентрация загрязнений в стоках, г/л
т = q · F · c или т = 0,4 · q · F · c
Линия цинкования
Кисло-щелочные стоки, Q = 1191 л/ч
Электро-химическое обезжиривание	Na3 PO4	0,6 · 19 ,19 · 30 = 345,42	0,290
Na2 CO3	0,6 · 19 ,19 · 25 = 287,85	0,242
Травление	Н Cl	0,4 · 19 ,19 · 200 = 1535,2	1,289
Уротропин	0,4 · 19 ,19 · 45 = 345,42	0,290
Цинкование	ZnO	0,4 · 0, 6 · 19 ,19 · 55 = 253,31	0,213
NH4 Cl	0,4 · 0, 6 · 19 ,19 · 250 = 1151,4	0,967
NH3	0,4 · 0, 6 · 19 ,19 · 2,5 = 11,52	0,010
Уротропин	0,4 · 0, 6 · 19 ,19 · 60 = 276,34	0,232
Клей столярный	0,4 · 0, 6 · 19 ,19 · 3 = 13,82	0,012
в т.ч. Zn 2+	44,19	0,037
Хромосодержащие стоки, Q = 57 л/ч
Пассивирование	Сг O3	0,4 · 19 ,19 · 5 = 38,38	0,673
Na2 Cr2 O7	0,4 · 19 ,19 · 30 = 230,28	4,035
HNO3	0,4 · 19 ,19 · 5 = 38,38	0,673
Na2 SO4	0,4 · 19 ,19 · 10 = 76,76	1,347

продолжение таблицы 16

Линия хромирования
Кисло – щелочные стоки, Q = 75 л/ч
Электро-химическое обезжиривание	Na3 PO4	0,3 · 5,12 · 30 = 46,08	0,614
Na2 CO3	0,3 · 5,12 · 25 = 38,4	0,512
Травление	Н Cl	0,2 · 5,12 · 200 = 204,8	2,731
Уротропин	0,2 · 5,12 · 45 = 46,08	0,614
Хромосодержащие стоки, Q = 57 л/ч
Хромирование	Сг O3	0,4 · 0,3 · 5,12 · 160 = 98,30	1,725
Н2 SO4	0,4 · 0,3 · 5,12 · 5 = 3,07	0,054
Zn	0,4 · 0,3 · 5,12 · 5 = 3,07	0,054
в т. ч. Cr3+	54,74	0,960

г/ион

г/ион

7.4 Схема очистки сточных вод и ее описание

При выборе схемы очистки сточных вод руководствовались требованиями СНиП 2.04.03 — 85.

Для очистки сточных вод используем схему двухступенчатой электрофлотационной очистки, предусмотренной для кисло-щелочных и хромосодержащих стоков.

Преимущества электрофлотационной очистки:

— очистка до требований ПДК,

— незначительный расход реагентов,

— простота эксплуатации,

— малые площади, занимаемые оборудованием,

— возможность возврата ИТМ до 96 %,

— возможность очистки от жиров, масел и взвешенных частиц,

— высокая сочетаемость с другими методами,

— отсутствие вторичного загрязнения.

Недостатки метода:

— незначительное солесодержание очищаемых стоков (до 30 %),

— аноды из дефицитного материала – титана,

— необходимость разбавления концентрированных вод.

Электрохимический модуль глубокой очистки предназначен для очистки сточных вод от ионов Zn2+, Cr6+ при любом соотношении компонентов в присутствии различных анионов.

Работа модуля основана на электрофлотационном извлечении малорастворимых соединений металлов в основном в виде фосфатов индивидуально или в смеси при рН 7 – 10 за счет их флотации пузырьками водорода и кислорода.

Модуль включает в себя двухсекционный электрофлотационный аппарат, вспомогательные емкости для флокулянта и реагента, дозирующие насосы. Использование нерастворимых анодов из титана с оксидным покрытием обеспечивает высокое качество очистки и не приводит к вторичному загрязнению воды. Флотошлам удаляется из электрофлотатора пеносборным устройством.

Безреагентный химический модуль предназначен для очистки сточных вод от ионов тяжелых цветных металлов. Модуль состоит из электрокорректора рН, двухсекционного электрофлотатора, вспомогательных емкостей для промывочной и очищенной воды, дозирующих насосов.

Работа модуля основана на процессах образования дисперсной фазы растворимых гидроксидов тяжелых металлов и их электрофлотации.

В катодной камере электрофлотатора рН за счет электролиза воды выделяется водород и происходит подщелачивание среды до рН гидратообразования тяжелых металлов. В анодной камере, отделенной мембраной от катодной, происходит накопление анионов , Cl– и других, за счет чего происходит обессоливание воды.

В электрофлотационной камере происходит электрофлотация гидроксидов металлов в виде флотошлама.

Схема обеспечивает очистку сточных вод от ионов тяжелых металлов до ПДК, дополнительнное удаление ионов Са2+ и анионов , , Cl– на 15 – 20 %, а также эффективно удаляет жиры, масла, дисперсные частицы органической природы.

Промывочная вода и отработанные электролиты (в дальнейшем раствор), содержащие ионы Zn2+, Cr6+ собирается в сборнике – усреднителе. С помощью дозирующего насоса раствор попадает в электрокорректор рН, где разбавляется кислотой из сборника кислотного раствора. Раствор после электрокорректора рН поступает в катодную камеру электрофлотационного аппарата, где происходит гидратообразования тяжелых металлов Zn(ОН)2, Cr(OH)3 отправляемые на регенерацию. Извлеченные гидроксиды металлов используются для корректировки и приготовления электролитов или для переработки электролизом на металл.

После электрофлотационного аппарата оставшийся раствор поступает в смеситель, куда подаются с помощью насосов раствор фосфатов из емкости с раствором фосфата и раствор флокулянта из емкости с раствором флокулянта, затем раствор направлется в электрофлотатор. Где происходит электрофлотационное извлечение малорастворимых соединений металлов в основном в виде фосфатов индивидуально или в смеси при рН 7 – 10 за счет их флотации пузырьками водорода и кислорода.

Остаточная концентрация по ионам тяжелых металлов составляет не более 0,01 мг/л, дисперсным веществам – 0,5 – 1,0 мг/л.

Очищенная вода поступает в промывочные ванны или используется для приготовления электролитов. Грязная вода – в канализацию.

Рис. 2. Схема регенерации и очистки стоков.

7.5 Расчет экономической эффективности средозащитных мероприятий

Показатель относительной агрессивности вещества:

где ПДК – предельно допустимые концентрации веществ для водоемов

рыбохозяйственного назначения [19]

Массы сбрасываемых веществ до и после очистки:

где — концентрация веществ в стоке после очистки, принимаем 5 % от

концентрации веществ в стоке до очистки , г/м3 ;

— годовой объем промышленного стока, м3 /год;

Приведенные массы сбрасываемых веществ до и после очистки:

Рассмотрим пример расчета по Na3 PO4

усл. т./т

До очистки сточных вод

т/год

усл. т./год

После очистки сточных вод методом электрофлотация остаточная концентрация компонентов равна 2 % от концентрации до очистки:

= 290 · 0,02 = 5,8 г/м3

т/год

усл. т./год

После очистки сточных вод методом электролиза с объемно-пористыми электродами остаточная концентрация компонентов равна 0,1 %

Таблица 17

Расчет экономической эффективности средозащитных мероприятий

Наименование компонентов	ПДК, г/м3	А i , усл.т/т	, г/м3	, т/год	, усл.т/т	, г/м3	, т/год	, усл.т/т
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Линия цинкования
Кисло-щелочные стоки, = 9404 ,2 м3
Na 3 PO 4	100	, 01	290	2,727	0,0273	5,80	0,0545	0,000545
Na 2 CO 3	100	0,01	242	2,276	0,0228	4,84	0,0455	0,000455
HCl	300	0,0 03	1289	12,12	0,0364	25,78	0,2424	0,000727
Уротропин	0,5	2	290	2,727	10,908	5,80	0,0545	0,109
ZnO	0,0 1	100	213	2,003	200,30	4,26	0,0401	4,01
NH4 Cl	0,05	20	967	9,094	181,88	19,34	0,1819	3,638
NH3	0,08	12,5	10	0,094	1,1750	0,20	0,0019	0,02375
Уротропин	0,5	2	232	2,182	4,3640	4,64	0,0436	0,0872
Клей столярный	0,01	100	12	0,113	11,300	0,24	0,0023	0,23
в т. ч. Zn2+	0,0 1	100	37	0,348	34,800	0,74	0,0070	0,70
Хромосодержащие стоки, = 450,1 м3
CrO3	0,001	1000	673	0,303	303,00	13,46	0,0061	6,1
Na2 Cr2 O7	100	0,01	4035	1,816	0,0182	80,70	0,0363	0,000363
HNO3	40	0,025	673	0,303	0,0076	13,46	0,0061	0,000153
Na2 SO4	100	0,01	1347	0,606	0,0061	26,94	0,0121	0,000121
ИТОГО:	747,85	14,9

продолжение таблицы 17

1	2	3	4	5	6	7	8	9
Линия хромирования
Кисло-щелочные стоки, = 592,2 м3
Na 3 PO 4	100	0,01	614	0,364	0,00364	12,28	0,0073	0,000073
Na 2 CO 3	100	0,01	512	0,303	0,00303	10,24	0,0061	0,000061
HCl	300	0,003	2731	1,617	0,00485	54,62	0,0324	0,000097
Уротропин	0,5	2	614	0,364	0,72800	12,28	0,0073	0,014600
Хромосодержащие стоки, = 450,1 м3
CrO3	, 001	1000	1725	0,776	776	34,5	0,0155	15,5
H2 SO4	100	0,01	54	0,024	0,00024	1,08	0,0005	0,000005
Zn	, 01	100	54	0,024	2,4	1,08	0,0005	0,05
в т. ч. Cr3+	0,0 01	1000	960	0,432	432	19,2	0,0086	8,6
ИТОГО:	1211,14	24,17

Ущерб от загрязнения водоемов:

где , — ущерб загрязнения водоемов до и после очистки:

где — удельный ущерб от сброса одной условной тонны вещества, равный

144 руб./усл. тонну

= 144 · Ки

σвод – показатель относительной опасности загрязнений водоемов для

предприятия, находящегося у р. Ангара, равный 1,19

Ки – коэффициент инфляции, принимаем 12

= 144 · 34,8 = 5011,2 руб/год

Линия цинкования:

руб/год

руб/год

4459674,9-88853,6 = 4370821,3 руб/год

Линия хромирования:

руб/год

руб/год

7222425,1-144133,6=7078291,5 руб/год

Вывод:

Полученные величины предотвращенного ущерба загрязнений сточными водами свидетельствует об экономической целесообразности внедрения флотационной системы очистки технологических растворов и промывочных вод.

8 АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Автоматическое управление процессами нанесения гальванических покрытий подразделяют на управление транспортом покрываемых изделий вдоль технологической цепочки (автоматической линии) и управление собственно процессами нанесения покрытий (внутриванными процессами).

Автоматизированные линии обеспечивают повышение производительности оборудования, сокращение затрат труда, уменьшают количество работающих в условиях выделения токсичных и агрессивных веществ, обеспечивают четкую регламентацию технологического процесса, необходимую для получения покрытий высокого качества, обеспечивают снижение расхода электроэнергии, цветных металлов.

Настройка автоматической линии связана с определенными параметрами процесса: плотностью тока, температурой, кислотностью, концентрацией компонентов электролита, в том числе концентрацией добавок и ПАВ, выходом металла по току и др. Соответственно ванны, включаемые в автоматические линии, снабжают датчиками и устройствами для контроля и регулирования величины измеряемого параметра в заданных пределах.

Наиболее просто осуществляется контроль и регулирование температуры электролита и его кислотности.

8.1 Обоснование выбора средств автоматизации

Датчики температуры

Для автоматического регулирования температуры в гальванических ваннах используют различные первичные преобразователи, отличающиеся способом преобразования температуры в промежуточный сигнал. Наибольшее применение нашли термометры расширения (ТК–3, ТК-6), термометры сопротивления (ТСП-0987, ТСМ-6097), термоэлектрические пиромеры (ТХК-0192) и манометрические термометры (ТГС-711).

Металлические термометры сопротивления изготовляют из тонкой медной (ТСМ — 0879) или платиновой (ТСП) проволоки. При увеличении температуры сопротивления (для медных термометров от -50˚С до +200˚С, для платиновых – от -200˚С до +750˚С) таких термометров возрастает почти линейно, характеристики стабильны и хорошо воспроизводимы. Для защиты термометров от воздействия измеряемой среды применяют защитные чехлы из фторопласта. Термометры сопротивления представляют собой первичные преобразователи с удобным для дистанционной передачи сигналом – электрическим сопротивлением. Для измерения таких сигналов обычно используют автоматические уравновешенные мосты. При необходимости выходной сигнал термометра может быть преобразован в унифицированный с помощью промежуточного преобразователя (НП-02 и ЭП 3211).

Погрешность измерения ± 0,5%.

Датчики уровня

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкости в производственных аппаратах.

Поддержание уровня электролита в заданных пределах ванны, для обеспечения равномерности распределения тока между деталями в барабане в программу автоматического обеспечения гальванических ванн включается датчик уровня (УБ). В автоматическую программу регулирования уровня входят контактные устройства. Когда уровень электролита опускается ниже заданного, цепь контактов размыкается и ЭВМ получает сигнал о необходимости корректировки. При добавлении воды выше заданного уровня замыкается контакт другой цепи, ЭВМ получает соответствующий сигнал и выдает команду исполнительному механизму прекратить доставку воды.

Датчики кислотности

Несвоевременная корректировка значений рН электролита отрицательно сказывается на структуре и качестве осаждаемых покрытий. Требования к точности поддержания рН электролитов: рН=± 0,05 – 0,75.

Кислотность растворов контролируется при помощи преобразователей П-201 с чувствительным элементом ДПг-5. Преобразователь преобразует ЭДС чувствительного элемента, зависящую от активности ионов водорода, в унифицированный выходной сигнал постоянного тока. Преобразователь П-201 имеет диапазон измерения рН: 1; 2,5; 5; 10; 15. Выходной ток от 0 до 5мА, выходное напряжение от 0 до 100 мВ.

Чувствительный элемент состоит из системы двух электродов — измерительного и вспомогательного. Измерительный электрод при погружении в раствор развивает ЭДС, линейно зависящую от активности ионов водорода в растворе. Вспомогательный электрод (хлорсеребряный) имеет известное и стабильное значение потенциала. Высокоомный измерительный преобразователь измеряет разность потенциалов электродов датчика и преобразует ее в выходной сигнал, нормированный в единицах рН.

9 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

9.1 Расчёт капитальных затрат

Таблица 18

Сметная стоимость производственного оборудования отделения цинкования

Наименование оборудования по группам	Количество единиц оборудования	Стоимость оборудования т. руб	Затраты на доставку и монтаж	Сметная стоимость, т. руб	Амортизация
Ед-цы	Общая ст-ть	%	Сумма т. руб	Норма, %	Сумма, т. руб
1. Учтённое оборудование (без электро- проводки)	3	1200	3600	25	900	4500	15	675,00
2. Неучтённое оборудование (9% от учтённого)	405	60,75
3. Трубопроводы (7% от учтённого)	315	47,25
4. КИПиА и его монтаж (15% от учтённого)	675	101,25
5. Спец. Работы (5% от учтённого)	225	33,75
6. Электро- оборудование и эл. монтажные работы(11% от учтённого)	495	74,25
Итого:	6615	992,25

Таблица 19

Сметная стоимость производственного оборудования отделения хромирования

Наименование оборудования по группам	Количество единиц оборудования	Стоимость оборудования т. руб	Затраты на доставку и монтаж	Сметная стоимость, т. руб	Амортизация
Ед-цы	Общая ст-ть	%	Сумма т. руб	Норма, %	Сумма, т. руб
1. Учтённое оборудование (без электро- проводки)	2	1300	2600	25	650	3250	15	487,5
2. Неучтённое оборудование (9% от учтённого)	292,5	43,88

продолжение таблицы 19

3. Трубопроводы (7% от учтённого)	227,5	34,13
4. КИПиА и его монтаж (15% от учтённого)	487,5	73,13
5. Спец. Работы (5% от учтённого)	162,5	33,75
6. Электро- оборудование и эл. монтажные работы(11% от учтённого)	357,5	53,63
Итого:	4777,5	672,39

Примечание: стоимость оборудования взята ориентировочно, величина нормы затрат на доставку и монтаж, а так же амортизации взяты условно. Затраты на здания и сооружения принимаем на 70% больше стоимости оборудования. На здания и сооружения амортизацию принимаем 3 %.

По отделению цинкования: По отделению хромирования:

т. руб т. руб

т. руб т. руб.

Таблица 20

Расчёт основных фондов и капитальных затрат на отделение цинкования

Наименование элементов затрат	Стоимость основных т. руб	Внеобъективные затраты	Капитальные затраты, т. руб
Норма, %	Сумма, т. руб.
Здания и сооружения	11245,5
Оборудование	6615
Итого:	17860,5	5%	893,03	18753,53
Затраты на проектно- изыскательные работы (3% откапитальных затрат)	526,6
Итого:	19280,13
Нерпедвиденные работы и затраты (5% от капитальных затрат)	964,01
Всего капитальных затрат:	20244,14

Таблица 21

Расчёт основных фондов и капитальных затрат на отделение хромирования

Наименование элементов затрат	Стоимость основных т. руб	Внеобъективные затраты	Капитальные затраты, т. руб
Норма, %	Сумма, т. руб.
Здания и сооружения	8121,75
Оборудование	4777,50
Итого:	12899,25	5%	644,96	13544,21
Затраты на проектно- изыскательные работы (3% от капитальных затрат)	406,33
Итого:	13950,54
Нерпедвиденные работы и затраты (5% от капитальных затрат)	697,53
Всего капитальных затрат:	14648,07

9.2 Расчёт численности и годового фонда зарплаты

Таблица 22

Баланс рабочего времени одного среднесписочного рабочего

Наименование показателей	Непрерывный режим
tсм =8час
1) Календарный фонд времени 2)Выходные дни 3)Праздничные 4)Номинальный фонд времени 5)Планируемые целодневные невыхода Очередной и дополнительный отпуск Болезни и декретные Выполнение государственных и общественных обязанностей Ученические 6)Эффективный фонд времени дни часы 7)Коэффициент невыходов	365 91 –– 274 32 12 0,5 0,5 229 1832 1,19

9.2.1 Определяем списочную численность основных рабочих

где РГ – годовая производительность одной автоматизированной линии;

РЧ – часовая производительность одной автоматизированной линии;

ТЭФ – эффективный фонд времени одного среднесписочного рабочего;

N – количество автоматизированных линий.

Рабочие отделения цинкования: (чел)

Рабочие отделения хромирования: (чел)

Рассчитанные данные заносим в таблицу:

Таблица 23

Списочная численность основных рабочих и корректировщиков.

Наименование	Разряд	Количество человек	Тарифная ставка, руб
отделение цинкования
Гальваник	5	4	17,76
Гальваник	4	5	15,35
Корректировщик	4	4	15,35
отделение хромирования
Гальваник	5	3	17,76
Гальваник	4	3	15,35
Корректировщик	4	3	15,35

9.2.2 Для расчёта годового фонда заработной платы основных рабочих используются следующие формулы :

Средняя часовая тарифная ставка отделения цинкования

Тч =

Средняя часовая тарифная ставка отделения хромирования

Тч =

где Фтар – заработная плата по тарифу, руб.;

Тч – часовая тарифная ставка рабочего соответствующего разряда, руб.

По отделению цинкования: По отделению хромирования:

где П – премия, руб.;

а – установленный процент премии (15 – 20%).

По отделению цинкования: По отделению хромирования:

где Дв, н – доплата за работу в ночное и вечернее время, руб.;

0,2;0,4 – доплата за работу в вечернее время (20%), ночное время (40%).

По отделению цинкования:

По отделению хромирования:

где Дпр – доплата за работу в праздничные дни, руб.;

12 – число праздничных дней в году;

tсм – продолжительность смены, час.

По отделению цинкования: По отделению хромирования:

где Фосн – основной фонд зарплаты рабочих, руб;

По отделению цинкования:

По отделению хромирования:

где Фдоп – дополнительный фонд зарплаты рабочих, руб.;

Дотп, ГО, уч – дни отпуска, выполнение государственных и общественных

обязанностей и ученические, дни.

По отделению цинкования:

По отделению хромирования:

где Фг – годовой фонд зарплаты рабочих, руб.;

К – поясной коэффициент с региональной надбавкой, (1,5).

По отделению цинкования:

По отделению хромирования:

Годовой фонд заработной платы основных производственных рабочих составляет:

По отделению цинкования:

По отделению хромирования:

Расчёт численности вспомогательных рабочих не ведём. Их годовой фонд заработной платы принимаем в следующих размерах:

По отделению цинкования:

1. Рабочих по надзору и уходу за оборудованием – 1% от стоимости учтённого технологического оборудования. 4500 · 0,01 = 45,00 (т. руб.)

2. Рабочих по текущему ремонту оборудования – 2% от стоимости учтённого технологического оборудования. 4500 · 0,02 = 90,00 (т. руб.)

3. Рабочих службы КИП и А, электриков – 0,1% от стоимости учтённого технологического оборудования. 4500 · 0,001 = 4,50 (т. руб.)

4. Лаборантов – 1% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих. 822,4 · 0,01=8,22 (т. руб.)

5. Транспортных рабочих – 1% от годового фонда заработной платы основных рабочих. 822,4 · 0,01=8,22 (т. руб.)

Годовой фонд заработной платы ИТР, служащих, МОП принимаем равным 15% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих. 822,4 · 0,15=123,36 (т. руб.)

По отделению хромирования:

1. Рабочих по надзору и уходу за оборудованием – 1% от стоимости учтённого технологического оборудования. 3250 · 0,01 = 32,50 (т. руб.)

2. Рабочих по текущему ремонту оборудования – 2% от стоимости учтённого технологического оборудования. 3250 · 0,02 = 65,00 (т. руб.)

3. Рабочих службы КИП и А, электриков – 0,1% от стоимости учтённого технологического оборудования. 3250 · 0,001 = 3,25 (т. руб.)

4. Лаборантов – 1% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих. 581,75 · 0,01=5,82 (т. руб.)

5. Транспортных рабочих – 1% от годового фонда заработной платы основных рабочих. 581,75 · 0,01=5,82 (т. руб.)

Годовой фонд заработной платы ИТР, служащих, МОП принимаем равным 15% от годового фонда заработной платы основных производственных рабочих. 581,75 · 0,15=87,26 (т. руб.)

9.3 Расчёт затрат на материалы, топливо, энергию

Расчёт производится в таблице, нормы расхода на единицу продукции и цену используем из исходных данных.

Таблица 24

Затраты на материалы, топливо, энергию по линиям цинкования.

Материально-технические средства	Норма расхода	Единица измерения	Годовой расход	Цена, руб.	Сумма Затрат, т. руб.
1. Сырьё и основные материалы: -аноды цинковые -окись цинка -хлористый аммоний -аммиак 25 процентный -уротропин -клей столярный	0,1134 0,0267 0,1213 0,0012 0,0495 0,0015	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	51540,3 12135,2 55130,9 545,40 22497,7 681,80	69,60 168,5 70,00 40,00 87,00 125,6	3587,2 2044,8 3859,2 21,8 1957,3 85,6
2. Возвратные отходы (исключаются): -остатки цинковых анодов	0,0034	кг/ м2	1545,3	24,40	37,7
3. Вспомогательные материалы: -аноды стальные -тринатрийфосфат -сода кальцинированая -кислота соляная -хромовый ангидрид -натрий двухромовокислый -кислота азотная -натрий сернокислый	0,0008 0,0154 0,0129 0,0901 0,0021 0,0126 0,0021 0,0042	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	363,60 6999,3 5863,1 40950,5 954,50 5726,7 954,50 1908,9	17,00 10,00 6,54 51,00 145,0 80,00 73,50 65,00	6,2 70,0 38,4 2088,5 138,4 458,1 138,4 124,1
4. Энергия всех видов: -электроэнергия -вода -пар -сжатый воздух	1,2092 0,0678 0,0015 0,6880	кВт/ м2 м3 /м2 Гкал/ м2 м3 / м2	549581,4 30815,1 681,75 312696	0,28 1,04 283,42 0,26	153,9 32,1 193,2 81,3
Итого:	1160975,1	15040,8

Таблица 25

Затраты на материалы, топливо, энергию по линиям хромирования.

Материально-технические средства	Норма расхода	Единица измерения	Годовой расход	Цена, руб.	Сумма Затрат, т. руб.
1. Сырьё и основные материалы: -аноды свинцовые -хромовый ангидрид -цинк металлический -серная кислота	0,066 0,7033 0,0079 0,0072	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	5332,8 56826,6 638,3 581,8	55 145,0 69,6 30	293,3 8239,9 44,4 17,5
2. Вспомогательные материалы: -аноды стальные -тринатрийфосфат -сода кальцинированая -кислота соляная -уротропин	0,0023 0,1306 0,0109 0,0701 0,0158	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	185,8 10552,5 880,7 5664,1 1276,6	17,0 10,0 6,54 51,0 87,0	3,2 105,5 5,8 288,9 111,1
3. Энергия всех видов: -электроэнергия -вода -пар	46,067 0,1501 0,0033	кВт/ м2 м3 / м2 Гкал/ м2	3722213,6 12128,1 266,6	0,28 1,04 283,42	1042,2 12,6 75,6
Итого:	3816547,5	10240

9.4 Расчёт сметы расходов на содержание и эксплуатацию оборудования

Таблица 26

Смета расходов на содержание и эксплуатацию

оборудования отделения цинкования

Статьи расхода	Сумма, т.руб.	Примечание
1. Содержание и расходы по эксплуатации производственного оборудования, аппаратуры и транспорта:
а. З/п рабочих по надзору и уходу за оборудованием.	49,50	З/плата рабочих по надзору и уходу + З/плата КИПиА
б. Отчисления на социальное страхование.	12,87	26 % от статьи 1а
в. Смазочные и обтирочные материалы.	39,60	80 % от статьи 1а
Итого по статье:	101,97

продолжение таблицы 26

2. Текущий ремонт оборудования.
а. З/п рабочих по ремонту.	90,0	из расчётов
б. Отчисления на социальное страхование.	23,4	26 % от статьи 2а
в. Стоимость материалов, запасных частей и услуг ремонтно-механического цеха.	463,1	7 % от стоимости основного технологического оборудования
г. Смена футеровки печей, их холодный ремонт и пр.	66,2	1 % от стоимости основного технологического оборудования
Итого по статье:	642,7
3. Внутренние заводские помещения, возмещение износа малоценных быстроизнашивающихся инструментов, приспособлений и пр.	89,4	12 % от суммы по статьям 1-2
Итого по смете:	834,07

Таблица 27

Смета расходов на содержание и эксплуатацию

оборудования отделения хромирования

Статьи расхода	Сумма, т.руб.	Примечание
1. Содержание и расходы по эксплуатации производственного оборудования, аппаратуры и транспорта:
а. З/п рабочих по надзору и уходу за оборудованием.	35,75	З/плата рабочих по надзору и уходу + З/плата КИПиА
б. Отчисления на социальное страхование.	9,30	26 % от статьи 1а
в. Смазочные и обтирочные материалы.	28,60	80 % от статьи 1а
Итого по статье:	73,65
2. Текущий ремонт оборудования.
а. З/п рабочих по ремонту.	65,0	из расчётов
б. Отчисления на социальное страхование.	16,9	26 % от статьи 2а
в. Стоимость материалов, запасных частей и услуг ремонтно-механического цеха.	334,4	7 % от стоимости основного технологического оборудования
г. Смена футеровки печей, их холодный ремонт и пр.	47,8	1 % от стоимости основного технологического оборудования
Итого по статье:	464,1

продолжение таблицы 27

3. Внутренние заводские помещения, возмещение износа малоценных быстроизнашивающихся инструментов, приспособлений и пр.	64,53	12 % от суммы по статьям 1-2
Итого по смете:	602,28

9.5 Расчёт сметы цеховых расходов

Таблица 28

Смета цеховых расходов по отделению цинкования

Статьи расхода	Сумма, т.руб.	Примечание
1. З/плата цехового персонала	139,80	Из расчётов з/платы ИТР, МОП + з/плата персонала проектной установки + з/плата лаборантов и транспортных рабочих
2. Отчисление на социальные нужды.	36,35	26 % от статьи 1
3. Содержание производственных зданий и сооружений.	562,28	5 % от их стоимости.
4. Текущий ремонт производственных зданий и сооружений	224,91	2 % от их стоимости.
5. Расходы по охране труда.	97,83	10 % от з/платы основных производственных и вспомогательных рабочих.
Итого по статьям:	1025,17
Износ малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря; расходы по испытанию, опытам и пр.	102,52	10 % от суммы статей
Всего по смете:	1127,69

Таблица 29

Смета цеховых расходов по отделению хромирования

Статьи расхода	Сумма, т.руб.	Примечание
1. З/плата цехового персонала	98,90	Из расчётов з/платы ИТР, МОП + з/плата персонала проектной установки + з/плата лаборантов и транспортных рабочих
2. Отчисление на социальные нужды.	25,71	26 % от статьи 1

продолжение таблицы 30

3. Содержание производственных зданий и сооружений.	406,08	5 % от их стоимости.
4. Текущий ремонт производственных зданий и сооружений	162,44	2 % от их стоимости.
5. Расходы по охране труда.	69,41	10 % от з/платы основных производственных и вспомогательных рабочих.
Итого по статьям:	762,54
Износ малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря; расходы по испытанию, опытам и пр.	76,25	10 % от суммы статей
Всего по смете:	838,79

9.6 Калькуляция себестоимости товарной продукции

Таблица 30

Производственная мощность отделения цинкования 450000 м2

Статьи калькуляции	Ед-ца изм.	Цена, руб.	Затраты на годовой выпуск	Себестоимость единицы продукции
Норма расхода	Сумма, тыс.руб	Норма расхода	Сумма, руб.
1. Сырьё и основные материалы: -аноды цинковые -окись цинка -хлористый аммоний -аммиак 25 процентный -уротропин -клей столярный	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	69,60 168,5 70,00 40,00 87,00 125,6	51540,3 12135,2 55130,9 545,40 22497,7 681,80	3587,2 2044,8 3859,2 21,8 1957,3 85,6	0,1145 0,0270 0,1225 0,0012 0,0500 0,0015	7,97 4,54 8,58 0,05 4,35 0,19
Итого:	11555,9	25,68
2. Возвратные отходы (исключаются): -остатки цинковых анодов	кг/ м2	24,40	1545,3	37,7	0,0034	0,08
Итого:	37,7	0,08

продолжение таблицы 30

3. Вспомогательные материалы: -аноды стальные -тринатрийфосфат -сода кальцинированая -кислота соляная -хромовый ангидрид -натрий двухромовокислый -кислота азотная -натрий сернокислый	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	17,00 10,00 6,54 51,00 145,0 80,00 73,50 65,00	363,60 6999,3 5863,1 40950,5 954,50 5726,7 954,50 1908,9	6,2 70 38,4 2088,5 138,4 458,1 138,4 124,1	0,0008 0,0156 0,0130 0,0910 0,0021 0,0127 0,0021 0,0042	0,01 0,16 0,09 4,64 0,31 1,02 0,31 0,28
Итого:	3062,1	6,82
4. Энергия всех видов: -электроэнергия -вода -пар -сжатый воздух	кВт/ м2 м3 /м2 Гкал/ м2 м3 / м2	0,28 1,04 283,42 0,26	549581,4 30815,1 681,75 312696	153,9 32,1 193,2 81,3	1,2213 0,0685 0,0015 0,6949	0,34 0,07 0,43 0,18
Итого:	460,5	1,02
5.Труд: -З/п годовая основных производственных рабочих. -отчисления на социальное страхование (26 % от статьи 5)	822,40 231,82	1,83 0,48
Итого:	1054,22	2,31
6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.	834,07	1,85
7. Амортизация	1329,62	2,96
8. Цеховые расходы	1127,69	2,51
9. Цеховая себестоимость	19386,40	43,08
10.Общехозяйственные расходы	4535,56	10,08
11. Заводская себестоимость	23921,96	53,16
12. Затраты на экологию (0,8 % от цеховой себестоимости).	155,09	0,35
13.Коммерческие расходы (1,5% от заводской себестоимости).	358,83	0,80
14. Полная себестоимость	24435,88	54,30

Таблица 31

Производственная мощность отделения хромирования 80000 м2

Статьи калькуляции	Ед-ца изм.	Цена, руб.	Затраты на годовой выпуск	Себестоимость единицы продукции
Норма расхода	Сумма, тыс.руб	Норма расхода	Сумма, руб.
1. Сырьё и основные материалы: -аноды свинцовые -хромовый ангидрид -цинк металлический -серная кислота	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	55 145,0 69,6 30	5332,8 56826,6 638,3 581,8	293,3 8239,9 44,4 17,5	0,0667 0,7103 0,0080 0,0072	3,67 103,0 0,56 0,22
Итого:	8595,1	107,45
2. Вспомогательные материалы: -аноды стальные -тринатрийфосфат -сода кальцинированая -кислота соляная -уротропин	кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2 кг/ м2	17,0 10,0 6,54 51,0 87,0	185,8 10552,5 880,7 5664,1 1276,6	3,2 105,5 5,8 288,9 111,1	0,0023 0,1319 0,0110 0,0708 0,0160	0,04 1,32 0,07 3,61 1,39
Итого:	514,5	6,43
3. Энергия всех видов: -электроэнергия -вода -пар	кВт/ м2 м3 / м2 Гкал/м2	0,28 1,04 283,42	3722213,6 12128,1 266,6	1042,2 12,6 75,6	46,528 0,1516 0,0033	13,03 0,16 0,95
Итого:	1130,4	14,14
4.Труд: -З/п годовая основных производственных рабочих. -отчисления на социальное страхование (26 % от статьи 4)	581,75 151,26	7,27 1,89
Итого:	733,01	9,16
5. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.	602,3	7,53
6. Амортизация	916,0	11,45
7. Цеховые расходы	838,79	10,48
8. Цеховая себестоимость	13330,1	166,63
9.Общехозяйственные расходы	3137,44	39,22
10. Заводская себестоимость	16467,54	205,84
11. Затраты на экологию (0,8 % от цеховой себестоимости).	106,64	1,33
12.Коммерческие расходы (1,5% от заводской себестоимости).	199,95	2,50
13. Полная себестоимость	16774,13	209,67

9.7 Расчёт технико-экономических показателей

Прибыль от реализации продукции определяется как разница между свободной рыночной ценой и полной себестоимостью товаров и услуг. Для цынковых покрытий рыночная цена составляет 70 руб/м2, для хромовых покрытий 250 руб/м2 .

где П – прибыль предприятия (участка), руб.;

Ц – свободная рыночная цена готовой продукции, руб.;

С – себестоимость этой продукции, руб.;

По отделению цинкования:

П=70-54,30=15,70 (руб)

По отделению хромирования:

П=250-209,67=40,33 (руб)

Рентабельность отделения рассчитываем по формуле:

где Р – рентабельность вырабатываемой продукции (калькулируемой).

Срок окупаемости отделения рассчитываем по формуле:

,

где Ток – срок окупаемости капитальных затрат, лет;

К – сумма капитальных затрат, руб.

Список литературы

1. Мельников П. С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. – М.: Машиностроение. 1979.– 290 с.

2. Ямпольский А. М. Гальванические покрытия. ­­­­­­– Л.: Машиностроение, 1978.–165 с.

3. Справочник “Гальванотехника” Под редакцией. А. М. Гинберга, А. Ф. Иванова, Л. Л. Кравченко – М.: Металлургия. 1987.– 736с.

4. В. А. Ильин. Цинкование и кадмирование-Л.: Машиностроение,1971.–87с.

5. Справочник “Оборудование цехов электрохимических покрытий” под редакцией П. М. Вячеславова – Л.: Машиностроение, 1987.– 309с.

6. Инженерная гальванотехника в приборостроении. Под редакцией А. М. Гинберга – М.: Машиностроение. 1977.– 509с.

7. К.И. Годовская, Л. Т. Толстая. Лабораторный практикум по техническому анализу и контролю качества электрохимических покрытий. – М.: Машиностроение, 1984.–180с.

8. Вячеславов П.М., Шмелева Н. М. Методы испытаний электролитических покрытий. – Л.: Машиностроение, 1977.– 87с.

9. Виноградов С. С. Организация гальванических производств. – М.: Глобус, 2002. – 191 С.

10. Лайнер В. И., Кудрявцев Н. Т. Основы гальваностегии. 2 часть. – М.: Металлургиздат, 1957. – 647 с.

11. Усанкин Н. Г. Автоматические гальванические линии с программным управлением. –М.: Машиностроение, 1967.– 81 с.

12. Варыпаев В. Н. Введение в проектирование электролизёров. – Л.: ЛТИ, 1981. – 86 с.

13. Ямпольский А. М., Ильин В. А. Краткий справочник гальванотехника. ­– Л.: Машиностроение, 1981.– 270 с.

14. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник. 2 часть. /Под редакцией Шлугера М. А. – М.: Машиностроение, 1985.– 247 с.

15. Флеров В. Н. Сборник задач по прикладной электрохимии. – М.: Высшая школа, 1976.– 309 с., 1987.– 319 с.

16. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии. –Л.: Химия, 1987.–575 с.

17. Макарова Н.А., Лебедева М.А. Металлопокрытия в автомобилестроении. Справочник.–М.: Машиностроение, 1977.– 292.

18. Макаров Г.В. Охрана труда в химической промышленности. – М.: Химия, 1989.– 496 с.

19. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. – М.: Глобус, 2002.– 351 с.

20. Чистяков В.С., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. –М.: Химия, 1985.– 350 с.

21. Каталоги Фирм: “Метран”, “Теплоприбор”, г. Челябинск; “Эталон” г. Омск; “Теплоприбор”, г. Рязань; “Армагус” г. Гусь–Хрустальный.

22. Колесник А.И. Методические указания для выполнения курсовой работы и экономической части дипломного проекта.