РЕФЕРАТ
Звіт про ДП: 68 с., 22 табл., 41джерело.
ІНДІЄВЕ ПОКРИТТЯ, ПІРОФОСФАТНИЙ ЕЛЕКТРОЛІТ,ПІДВІСКА, СТАЦІОНАРНА ЛІНІЯ, КОМПОНОВКА ДІЛЬНИЦІ.
У даному проекті розробляєтьсядільниця функціонального покриття індієм. Для підготовки поверхні деталейзастосовується електрохімічне знежирення та хімічне травлення у розчині хлоридноїкислоти з інгібіторм. Осадження покриття проводиться в пірофосфатномуелектроліті індіювання. Обробка деталей здійснюється на підвісках в ваннахстаціонарного типу. Складена компоновка дільниці, виконані матеріальні татехнічні розрахунки.
Розроблені заходи з охорони праці.Дано техніко-економічне обґрунтування ьпроекту.
ЗМІСТ
Вступ
1. Особливості виробництва індію
2. Розробка технологічного процесу нанесення покриття2.1 Характеристика деталей, вибір виду і товщини покриття2.2 Вибір та обґрунтування підготовчих операцій2.3 Вибір і обґрунтування робочого електроліту для одержанняпокриття
2.4 Вибір і обґрунтування завершальних операцій. Після промивки в холодній татеплій воді деталі сушать при температурі 40-50 0С повітрям2.6 Карта технологічного процесу
2.7 Контроль якості та товщини покриття
3. Розрахунок устаткування
3.1 Розрахунок фонду робочого часу та програмидільниці
3.2 Обґрунтування вибору устаткування та йогорозрахунки
4. Розрахунок витрат матеріалів
4.1 Розрахуноквитрат хімікатів та матеріалів на запуск лінії
4.2 Розрахунок витрат хімікатів таматеріалів на виконання річної програми
4.3 Розрахунки витрат води на промивні операції
4.4Розрахунки витрат електроенергії на електрохімічні процеси та вибір джерелструму
4.5 Розрахунок пристроїв для нагрівання електролітів івитрат енергоносіїв
5. Охорона праці
5.1 Загальна характеристика умов виконаннятехнологічного процесу
5.2 Промислова санітарія
5.3 Пожежна безпека
6. Техніко-економічне обґрунтування технологічногопроцесу
6.1 Розрахунок потреб дільниці в хімікатах і анодах
6.2 Визначення потреби енергетичних ресурсів
6.3 Визначення кількості працюючих
6.4 Розрахунок витрат на оплату праці.
6.5 Розрахунок витрат утримання і експлуатаціїустаткування
6.6 Підрахунок собівартості електрохімічного покриття
6.7 Розрахунок економічної ефективності заходів,запропонованих у проекті
Перелік використаних джерел
Висновок
ВСТУП
Індій — сріблясто-білийм'який, пластичний метал з густиною 7,31 г/смЗ і температурою плавлення155 оС, атомна маса — 114,8. Стандартний потенціал індію ЕоIn+/In= -0,139 В, тому його можна витісняти з розчинів такими металами, як цинк,алюміній, причому індій виділяється після міді й перед кадмієм, що використовуютьу технології. Індій стійкий на повітрі, його поверхня при зберіганні нетьмяніє. У воді в присутності повітря повільно кородує.
Основними властивостямиіндію, які визначили його використання в машинобудуванні, є низький коефіцієнттертя, висока стійкість у середовищі мінеральних масел і продуктів їх окисненняв атмосферних умовах. Найважливішою галуззю застосування індію є виробництвовідповідальних підшипників зі свинцево-срібно-індієвими покриттями длядвигунів. Індій використовується в захисних антикорозійних покриттях .Індій ійого сплави застосовуються як корозійностійке покриття металевих пропелерів,для поліпшення контакту й опору зношуванню щіток в електроприладах, привиготовленні дзеркал і рефлекторів, що мають велику відбивну здатність, уприпоях, ювелірному виробництві. медицині.
Залежно від того, в якому стані індійзнаходиться в розчині, електроліти індіювання поділяють на прості (або кислі)та комплексні. В кислих електролітах індій знаходиться у вигляді простих гідратованихіонів. Серед кислих електролітів практичне застосування знайшли сульфатні,хлоридні, борфторидні та сульфаматні. В комплексних електролітах індійзв’язаний в комплексні катіони або аніони. Найбільш важливими серед комплекснихелектролітів є ціанідні, аміачно-тартратні, трилонатні, поліетиленполіаміновіта пірофосфатні розчини.
Даний проект присвячений проектуваннюдільниці функціональних покрить деталей індієм.
1. ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА ІНДІЮ
Індій не входить до складумінералів як основний компонент. Індій розчинний у сульфатній, хлоридній танітратній кислотах. Його розчинність знижується в ряді кислот: НNОз — НСl — H2S04. У флуоридній кислоті він розчиняєтьсяповільно і тільки при нагріванні. Органічні кислоти — оцтова, форміатна,лимонна, щавлева — поступово розчиняють індій:
2 In = 6H2C2O= 2H3[In(C2O4)3] + 3H2(1)
У розчинах лугів індійнерозчинний.
З хлором і бромом реагує прикімнатній температурі; з йодом, халькогенами, фосфором, арсеном і стибієм — принагріванні; з азотом і воднем не взаємодіє. В атмосфері S02 при750-1000 оС перетворюється в суміш оксиду і сульфіду з незначноюкількістю сульфату:
6In + 3SO2 = In2S3+ 2In2O3 (2)
У водних розчинах індiйпереважно присутнiй у ступені окиснення ІІІ. При іонізації індію у воднихрозчинах завдяки гідратації компенсується частина енергії, що витрачається наутворення іонів, і робота виходу іонів Іn+ та InЗ+ урозчин становить відповідно Е = 0,112. 10-19 та Е =-5,062. 10-19 Дж. Додатне значення роботи виходу вказуєна нестійкість іона In+, тому сполуки Іп (I) у водних розчинахшвидко руйнуються в результаті або окиснення, або диспропорціонування зконстантою швидкості 1,3.10-5 дмЗ/(моль. с).
Оксид Іn2О3 одержуютьтермообробкою гідроксиду або нітрату індію. Монокристали індій оксиду отримуютьшляхом реакції в атмосфері НСl або гідротермального синтезу з лужних розчинів.Це речовина світло-жовтого кольору, яка кристалізується. Густина Іn2О3-7,1г/смЗ. Плавиться при температурі 1910оС. При нагріванні понад 1200 оСпочинається сублімація оксиду In2О3 дисоціацією донижчого оксиду; температура кипіння близько 3300 оС. Тонкі плівкиіндій оксиду прозорі й електропровідні.
Гідроксид In(ОН)з утворюєтьсяу вигляді білого осаду при дії лугів чи аміаку на розчини солей індію. Зрозведених розчинів індій гідроксид починає осаджуватися при рН близько 3,4. Уприсутності комплексоутворювачів (ацетат, галогеніди лужних металів) рН початкуосадження зростає. Для одержання гідроксиду без домішки основних солейрекомендують осаджувати його аміаком з розчину Іn(NОз)з. підкисленого оцтовоюкислотою. Підвищення температури знижує рН спочатку осадження. Добутокрозчинності гідроксиду дорівнює 1,41. 10-ЗЗ.
Свіжоосаджений індійгідроксид легко розчиняється в розведених мінеральних, а також в оцтовій,форміатній і винній кислотах. Він має амфотерні властивості, однак йогокислотні властивості виражені слабкіше, ніж у галій гідроксиду. Розведенірозчини лугів, а також аміак на індій гідроксид не діють. Концентровані розчинилугів (вище 20 %) розчиняють індій гідроксид з утворенням індатів.
Індій стійкий на повітрі,його поверхня при зберіганні не тьмяніє.
У воді в присутності повітряповільно кородує.
Галузі застосування.Основними властивостями індію, які визначили його використання вмашинобудуванні, є низький коефіцієнт тертя, висока стійкість у середовищімінеральних масел і продуктів їх окиснення в атмосферних умовах.
Найважливішою галуззюзастосування індію є виробництво відповідальних підшипників зісвинцево-срібно-індієвими покриттями для двигунів. Індій використовується взахисних антикорозійних покриттях.
Існують такі методи нанесенняіндієвих покриттів:
1) гальваностегія;
2) розпилення металу врозплавленому стані;
3) конденсація пари індію;
4) нанесення індієвогопорошку на поверхню виробу, який нагрівасться, розплавлювання його і дифузія;
5) нанесення індію,емульгованого у відповідному носії (нафта), який потім випаровується у вакууміабо інертному середовищі.
Індій і його сплавизастосовуються як корозійностійке покриття металевих пропелерів, для поліпшенняконтакту й опору зношуванню щіток в електроприладах, при виготовленні дзеркал ірефлекторів, що мають велику відбивну здатність, у припоях, ювелірномувиробництві. медицині.
Основні сировинні джерела.Індій — типовий розсіяний елемент, часто зустрічається в сульфідних мінералах.Вміст у земній корі становить 1,0. 10-5 % (за масою). Сліди його знаходять убільшості цинкових обманок і в олов'яних рудах. Він зустрічається в манганових,залізних j вольфрамових рудах. У незначних кількостях індій іноді міститься втоварному цинку. Джерелами індію також служать відходи і проміжні продуктисвинцевого виробництва.
Переробка сировини, щомістить індій. При гідроелектрометалургійній переробці поліметалевих руд індійпереходить у цинковий, мідний та олов'яний концентрати, менше — у свинцевий ізалізний. У процесах пірометалургійної переробки руд, при окисному випалюванні,індій та його вищий оксид Іn2O2 мають малий тиск пари і,як правило, залишаються в недогарку. Нижчі оксиди In2O3 ісульфіди Іn2S мають велику леткість.
При переробці цинковихконцентратів за температур 850 — 930 оC в окисному середовищі більшачастина індію залишається в недогарках. При вилуговуванні цинкових недогарківсульфатною кислотою більша частина індію, подібно галію, залишається в осадічерез низьке значення рН (2,0-3,4). Індій, що перейшов у розчин, видаляється вмідно-кадмієві осади при цементації цинковим пилом. Мідно-кадмієві осадимістять, %: Іn — 0,003, Сu — 10, Cd — 6, решта — цинк, і можуть бутивикористані для вилучення індію з супутнім одержанням кадмію.
Індій міститься у свинцевихконцентратах. У процесі відновної плавки свинцевих концентратів індійрозподіляється між усіма продуктами плавки. Частина індію (20-25 %) потрапляє впил, причому його концентрація збільшується в 5-10 разів порівняно зконцентратом. У шлаки переходить від 10 до 50 % індію; у чорновий свинець — до50 % індію.
При відновній плавціолов'яних концентратів індій розподіляється між пилом (75 %) і чорновим оловом(20 %). У чорновому олові вміст індію може становити 0,1 %.
При плавці міднихконцентратів приблизно половина індію переходить у штейн (проміжний продуктвиробництва), від 5 до 15 % звітрюється з пилом, решта потрапляє в шлаки(розплав продуктів пустої породи із флюсами).
Вилучення індію зконцентратів. Для індію невідомі специфічні хімiчні реакції, які дозволяли бвідразу відокремити його від великих кiлькостей супутніх елементів. Тому схемивилучення індію відрізняються великою складністю і багатостадійністю .
Для вилуговуванняіндiйвмісної сировини застосовують обробку сульфатною кислотою абовідпрацьованим цинковим електролітом. Більшого вилучення індію в розчиндосягають сульфатизуванням сировини. Здійснюють цю обробку в печі киплячогошару при температурі 300 оС. Проте високотемпературна сульфатизаціяпов'язана з утворенням великої кількості шкідливих газів, тому іноді віддаютьперевагу цьюму способу при низькій температурі (180-200 оС), щодозволяє при наступному водному вилуговуванні перевести в розчин 86-87 % індію.У результаті вилуговування продукту (після сульфатизаціі) розчин містить 0,1г/дмЗ індію і значні кількості міді, кадмію, алюмінію, арсену таінших елементів. З рідкісних елементів у цих розчинах можуть бути присутнігалій, талій, германій, селен, телур.
Для одержання з сульфатнихрозчинів індієвого концентрату використовують різні методи:
а) осадження малорозчиннихсполук;
б) екстракцію органічнимиреагентами;
в) цементацію.
Спосіб гідролітичноговиділення індію (осадження малорозчинних сполук) базується на відмінностікислотності виділення індій гідроксиду і гідроксидів супутніх металів. Принейтралізації нагрітого сульфатного розчину до рН = 4,8 У результаті гідролізувиділяється індій гідроксид, розчинність якого у воді становить 3,67.10-5 моль/дмЗ. За цих умов від індію можна відділити основнумасу міді, цинку і кадмію. Разом з індієм співосаджується галій і залізо (III).Гідролітичний метод дозволяє досягти тільки поступового збагачення; урезультаті декількох переосаджень одержують індієвий концентрат.
Як осаджувач індіювикористовують двозаміщений фосфат і дифосфат натрію. Але найкращим осаджувачемє натрій триполіфосфат Nа5РЗО10. Привикористанні цього реагенту цинк, мідь і залізо (П) не заважають осадженню,арсен незначно співосаджується, а залізо (Ш) осаджується разом з індієм, томуйого попередньо необхідно відновити до двовалентного. Оптимальні умовиосадження: рН = 2,5 -2,7 і три-, чотириразовий надлишок триполіфосфату відносноіндію.
Екстракційний спосіб єефективним щодо вилучення індію з сульфатних розчинів, якийвикористовується упромисловості. Для екстракції індію застосовують ди-2-етилгексилфосфат:
In3+ + 3(HR2PO4)2= In(R2PO4)3.3HR2PO4+ 3H+ (З)
де R — етилгексиловийрадікал.
Супутні індію елементи: Zn,Cd, Сu, Ni, Мn, As, Fe (II) — екстрагуються тільки зі слабокислих розчинів.
Виділення металевого індію ійого рафінування. Цементація (витіснення). Індій можна осаджувати з розчинуцинком або алюмінієм. Щоб уникнути співосадження домішок цементацію ведуть нецинковим пилом, а на листах цинку або алюмінію.
При надлишку іонів SO2-4частина індію залишається в розчині внаслідок утворення комплексних іонів[Іn(SО4)2]- і зменшення різниці потенціалівіндію й цинку. Тому із сульфатних розчинів індій цементують на алюмінієвихлистах з одержанням індію у вигляді губки, що легко знімається. Для депасиваціїалюмінію в розчин додають 10-20 мл НСІ на 1 дм3 розчину притемпературі 60 оС. У процесі цементації нагрівання припиняють,оскільки реакція екзотермічна. Після закінчення цементації в розчинізалишається 0.5 г/дм3 індію, який доосаджують цинковим пилом.
Для одержання компактногометалу індiй промивають водою, пресують у брикети і плавлять під захисним шаромнатрій гідроксиду. Чорновий метал містить 96-99 % індію.
Крім сульфатних розчинів, дляелектрохімічного виділення індію можна використовувати сульфаматні електроліти,що містять сульфамінову кислоту HSО4NH2 (процес проводятьпри кімнатній температурі й густинах струму до 1100 А/м2 з виходомза струмом близько 90 %), і флуороборатні електроліти (при густинах струму500-1000 А/м2, рН = 1 і з виходом за струмом 40-75 %). Набулизастосування хлоридні і флуоросилікатні електроліти. Сприяють електролізу такожорганічні домішки — солі винної, лимонної кислоти, піридину та ін. Крім того,індій одержують з концентрованої індієвої амальгами (30 % Іn) шляхомелектрохімічного розкладання в розплаві ІnСl при 250 оC. Катодомслужить розплав індію.
Рафінування індію. Унапівпровідниковому індії вміст домішок не повинен перевищувати 1.10-5 — 1. 10-6 %.
Індій, що рафінується,містить наступні домішки: РЬ, Сu, Cd, Fe,Zn, Al, Sn, Тl та ін.
Для рафінування індіюзастосовують спосіб послідовної цементації і електрохімічний метод.
Спосіб послідовної цементаціїбазується на різниці потенціалів виділення індію металів-домішок. Технічнийіндій розчиняють при нагріванні в сульфатній кислоті. Залишок, що не розчинивсяі містить мідь, срібло і свинець, відфільтровують, а з кислого розчинуцементують домішки на листах чорнового індію. При цьому видаляються більшелектропозитивні домішки, ніж індій, мідь, стибій, бісмут, срібло й олово.
Другу цементацію проводятьдля видалення кадмію і талію, які не цементуються на індії. Третю цементаціюпроводять на листах алюмінію високої чистоти для виділення самого індію.
Електрохімічне рафінуванняіндію проводять у кислому розчині (рН = 2-3), отриманому розчиненням індію вхлоридній кислоті (40-60 г/дм3) з додаванням амоній хлориду (30-80г/дм3) для підвищення електропровідності. Електроліз ведуть укварцових або керамічних електролізерах. Анодами слугують пластини, відлиті з чорновогоіндію. Як катоди використовують листи з чистого індію, алюмінію або титану.
Домішки РЬ, Sn, Сu, Ві, щомістяться в анодному індії, в основному переходять в анодний шлам, для збиранняякого аноди поміщають у бавовняні мішки; Zn, Аl, Мn — переходять у розчин.Кадмій також накопичується в розчині й лише незначно співосаджується з індіємна катоді. При електролізі підтримують густину струму на рівні 100-200 А/м2,температуру — до 40оС. Аноди виробляють товщиною 1 мм. При дворазовому проведенні рафінування одержують індій з вмістом домішок нижче 10-4% (після плавки під шаром гліцерину і амоній хлориду).
Для кращого очищення індіюзапропоновано електроліз в електролізерах з діафрагмою і безперервним очищеннямелектроліту шляхом цементації на металевому індії.
Процес амальгамногорафінування полягає в електрохімічному виділенні індію на ртутному катоді зутворенням амальгами та наступному анодному розкладанні амальгами з осадженнямочищеного індію на катоді. Замість першої стадії електролізу іноді просторозчиняють індій у ртуті. Висока розчинність індію у ртуті (до 57,5 %) сприяєйого виділенню на ртутному катоді, причому амальгама ще залишається рідкою привмісті в ній 35 % індію. На кожній стадії амальгамного рафінування індійочищається від домішок.
Поєднуючи катодний та аноднийпроцеси, можна очистити індій від великої кількості домішок. Виняток становлятькадмій і талій внаслідок близькості потенціалів амальгам цихметалів (-0,44 та-0,37 В відповідно) та індію (-0,43 В). Щоб відокремити кадмій і талій,рекомендується до елепроліту додавати калій йодид, який зв'язує кадмій укомплекс [CdI4]2- і тим самим зсуває потенціал згаданихметалів у більш негативний бік.
Процес проводять убагатокамерному електролізері з біполярними ртутними електродами. У такомуелектролізері ртуть, що служить катодом в одній камері, одночасно є анодом віншій камері, так що процеси утворення й розкладання амальгами проходятьодночасно. Електролітом служить розведена сульфатна кислота. Амальгамний методзабезпечує значно глибше очищення індію порівняно зі звичайним рафінуванням (99,9995%).
Електрохімічне покриттяіндієм. Покритгя індієм застосовують як антифрикційне для поліпшення змащуванняфільєр під час вилучення алюмінію, для захисту від корозії, у напівпровідниковійтехніці електрохімічним шляхом осаджується із сульфатних розчинiв, що містять8-10 г/дм3 вільної сульфатної і невелику кількість оцтової кислот.Введення в сульфатний електроліт боратної кислоти пiдвищує електропровідністьелектроліту і зменшує розміри кристалiв, що виділяються. Додавання желатинутакож поліпшує якість осаду, знижує вихід за струмом. Постійний вміст індію велектроліті та підтримання рН = 2,0_2,7 здійснюють шляхом спільногозастосування розчинних (індієвих) і нерозчинних (графіт, нержавіюча сталь)анодiв; як катод використовують нержавіючу сталь. Електроліт працює прикімнатній температурі й зберігає стійкість багато місяців. Густина струмудорівнює 200 А/м2, вихід індію за струмом становить 30-80 %. Осадрiвний і щiльно прилягає до електрода.
Iндiй також видiляють iзсульфiдно-лужного електролiту.Вихiдний розчин з кiлькiстю iндiю близько 50 г/дм3одержують, розчиняючи In(OH)3 в насиченому розчинi Na2S.Електролiз проводять з дiафрагмою до кiнцевоi кiлькостi iндiю близько 10 г/дм3.Вiдпрацьований електролiт регенерують дiєю Ba2S.
2. РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГОПРОЦЕСУ НАНЕСЕННЯ ПОКРИТТЯ
2.1 Характеристика деталей, вибір виду ітовщини покриття
Проектом задається функціональнепокриття для деталей зі сталі марки Ст3. По складності конфігурації деталівідносяться до другої групи (контакти, рельєфні і штамповані деталі, що немають порожнин, у яких може затримуватися електроліт). Умови експлуатаціївідносять до легких, так як вони використовуються в приміщеннях з нормальноютемпературою та вологою.
Згідно з державними стандартамизахисним покриттям таких деталей можна використовувати індієве покриття.
Враховуючи умови експлуатації деталей і їхобираємо товщину покриття 6 мкм. Позначення нанесеного покриття Ін6.2.2 Вибір та обґрунтування підготовчихоперацій
Деталі, які потрапляють до дільницінанесення покриття, мають на своїй поверхні різні забруднення, які потрапили наних внаслідок операції механічної обробки. До цих забруднень відносяться іржа,оксидні плівки, мастила. Для видалення жирових забруднень з поверхні деталейнеобхідно виконати операцію знежирення.
Тваринні і рослинні жири взаємодіютьіз лугом з утворенням колоїдного розчину натрієвих солей вищих жирових кислот ідобре розчинного у воді гліцерину.
Мінеральні олії при взаємодії з лугомутворюють при підвищених температурах емульсію, і таким чином видаляються зповерхні деталей.
Для знежирення поверхні застосуємоелектрохімічне знежирення. На даній операції на поверхні деталей виділяєтьсякисень, або водень, які сприяють відриву жирових плівок з поверхні. Спочаткупроводимо катодне знежирення, а після нього анодне знежирення.
Склад розчину для електрохімічногознежирення [1], г/дм3:
Натр їдкий
Сода кальцинована
Силікат натрію
Знежирювач ДВ-301
Температура, 0С
Густина струму, А/дм2
Час обробки, хвил.:
на аноді
на катоді
20-40
5-15
10-30
1,4-1,9
60
3
4
4
Температура 600С обранатому, що при збільшенні температури реакція омилення прогресує, і її швидкість зростає.Критерієм якісного знежирення є суцільна плівка води на поверхні знежиренихдеталей при промивці.
Після знежирення здійснюється гарячапромивка для кращого видалення залишків забруднень. Під час такої промивкидеталі прогріваються. Якщо гарячі деталі помістити в розчин травлення, то можевиникнути перетравлювання поверхні, тому що швидкість травлення в гарячійкислоті значно вище, ніж у холодній. Тому після гарячої промивки здійснюєтьсяхолодна промивка, а лише потім проводять травлення
Видалення з деталей значного прошаркуокалини, продуктів корозії, сульфідних чи оксидних плівок, що утворюютьсявнаслідок взаємодії з навколишнім середовищем і міцно зчеплені з металом,здійснюється хімічним шляхом – обробкою поверхні виробів у розчинах кислот. Підчас травлення хімічний зв’язок цих сполук з основним металом порушується, івони видаляються з його поверхні.
Поверхня чорних металів звичайновкрита шаром окалини та іржі. До складу окалини входять такі оксиди: FeO, Fe2O3,Fe3O4; до складу іржі – FeO, Fe2O3.Причому шар оксидів неоднаковий як за товщиною, так і за складом: зовнішнячастина містить вищі оксиди, а на межі з металом знаходяться нижчі оксиди –FeO. Травлення чорних металів проводять у розчинах сульфатної та хлоридноїкислот або їх сумішей. Для травлення обираємо хлоридну кислоту. При травленніперебігають такі реакції:
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O(1.1)
Fe2O3 + 6HCl =2FeCl2 + 3H2O (1.2)
Fe3O4 + 8HCl =2FeCl2 + FeCl4 + 4H2O (1.3)
Fe +2HCl = FeCl2 + H2(1.4)
Аналогічні реакції мають місце притравленні в розчинах сульфатної кислоти, але механізм травлення в цих кислотахнеоднаковий. В сульфатній кислоті головним чином перебігають реакції 1.1 і 1.4,видалення ж оксидів Fe2O3 i Fe3O4 взначній мірі відбувається завдяки порушенню з’єднання з металом внаслідок підтравленнята розпушення воднем, який відриває їх від металевої поверхні. В хлориднійкислоті на відміну від сульфатної переважно розчиняються оксиди, а чистий металне розчиняється.
З цієї точки зору більш небезпечним єтравлення в сульфатній кислоті. При однакових концентраціях і температурахшвидкість травлення в хлоридній кислоті вища, ніж в сульфатній, але припідвищенні температури швидкість травлення в сульфатній кислоті різко зростає (в 10 – 15 разів), тоді як на травлення в хлоридній кислоті температура такогосуттєвого впливу не має. До того ж розчини хлоридної кислоти не рекомендуютьпідігрівати вище 40 оС через летючість хлористого водню.
З метою запобігання наводнювання,перетравлювання деталей, а також для зниження втрат металу і витрат кислоти втравильні розчини вводять інгібітори травлення, що захищають метал і відводневої крихкості. На оксидах і травильному шламі інгібітори не адсорбуються.Дія інгібіторів полягає в гальмуванні обох або однієї з супряжених реакційанодного розчинення заліза
Fe – 2e = Fe2+
чи катодного виділення водню
2H+ + 2e = H2
Якщо втрати металів при травленнідосягають 3 – 4 %, то при введенні в розчини інгібіторів вони зменшуються до 1– 1,5 % .
Для хімічного травлення деталейдоцільно використовувати розчин наступного складу, г/дм3:Кислота хлоридна технічна 200-220 Інгібітор КІ-1 5-7
Температура t, 0C 15-30 Час обробки t, хв. 2
Після ванни травлення ставиться ваннадвокаскадної промивки.2.3 Вибір і обґрунтування робочогоелектроліту для одержання покриття
Для індіювання використовуютьсяелектроліти як на основі простих гідратованих іонів індію, так і комплекснихіонів.
До простих електролітів відносятьсульфатні, борфторидні, хлоридні, сульфаматні електроліти. Причому, кисліелектроліти індіювання вважаються більш стабільними, ніж лужні.
Сульфатні кислі електроліти прості заскладом, стабільні в роботі, не вимагають спеціальної вентиляції іпідігрівання. Вихід за струмом в цих електролітах становить 80-90 %. Осадимають порівняно грубокристалічну структуру, їх розсіювальна здатність низька,тому в сульфатних електролітах покривають лише деталі простої форми. Відхиленнявід вказаного рН призводить до зниження виходу за струмом і погіршення якостіпокриття. При додаванні боратної кислоти до електроліту різко підвищуєтьсявихід за струмом… Тому цей електроліт найкраще підходить для покриття індієм.
З борфторидних електролітівіндіювання осаджуються при високих густинах струму. З них отримують задовільніпокриття на чавуні. Розсіювальна здатність борфторидного електроліту низька, імайже така ж, як у сульфатного електроліту. Відмінність електроліту – високачутливість до домішок, тому в процессі експлуатації необхідно чиститиелектроліт активованим вугіллям.
Хлоридний електроліт використовуютьдля покриття деталей з середнім рел’єфом. Розсіювальна здатність цьогоелектроліту вище, ніж у сульфатного. Покриття в цьому електроліті отримуютьнапівблискучими, мікрокристалічними, щільними, рівномірними.
Сульфаматний електроліт має високурозсіювану здатність, стабільний в роботі, нетоксичний. Різко падає вихід заструмом в процессі роботи. Електроліт треба відновлювати активованим вуглем.
Серед комплексних електролітівіндіювання найбільш поширені ціаністі, аміачно-тартратні, поліетиленполіаміновий,пірофосфатний, трилонатний.
В ціаністих електролітах отримуютьдрібнокристалічні, рівномірні за товщиною плівки осади індію. Їх використанняпотребує індивідуальної вентиляції, спеціальних заходів щодо скиду тазнешкодження стічних вод, в яких промиваються деталі після покриття індієм, іособливої обережності в експлуатації. Розсіювальна здатність ціаністихелектролітів висока, вона залежить від складу електроліту та режимуелектролізу. При невисокій концентрації ціанистого натрію розсіювальназдатність ціанистого електроліту більше, ніж у кислих електролітів. Вона різкозростає з ростом концентрації вільного ціаністого натрію.
Склад електроліту для індіювання, г/дм3:
Хлорид індію(в пересчете на металл)
Пірофосфат калію
Хлорид амонію
Винна кислота
25
100-300
30-50
20-50
Температура t, 0C
рН
20-30
11.5
Густина струму, А/дм2 0.85
З метою зменшення виносів у стічніводи коштовних хімікатів і зменшення забруднення навколишнього середовища післяванн для нанесення покрить установлюються ванни уловлювання, а потім йдепромивка у холодній воді.
Приготування електроліту. Металічнийіндій розчиняють у розведеній теплій сірчаній кислоті, а потім додають іншікомпоненти. Або анодно розчиняють індій при густині струму 10-15 А/дм3 іпісля досягнення необхідної концентрації вводять інші компоненти.
2.4 Вибір і обґрунтуваннязавершальних операцій
Після промивки в холодній та теплійводі деталі сушать при температурі 40-50 0С повітрям
Розрахунок середньої товщини покриттяі часу обробки деталей
Середня товщина покриттярозраховується за формулою:
dcp = dз. К,
де: dз — задана товщина покриття, мкм;
К — коефіцієнт нерівномірностітовщини шару покриття, рівний 1,12;
dcp = 6. 1,12 = 6,72 мкм
Необхідний час електролізу у ваннахпокриття визначають за формулою:
/>, хв.
де: dcp — середня товщина покриття, мкм;
g — густина індію, g =7,31 г/см3;
q — електрохімічний еквівалент 1.4г/А. ч;
jk — катодна густинаструму, jk =0.85 А/дм 2;
ВС — вихід індію за струмом, ВС = 80%.
/> хвил.2.6 Карта технологічного процесу
Всі операції, перераховані в п.п. 1.2- 1.4 зведені до табл.2.1.
Таблиця 1.1 — Карта технологічногопроцесу нанесення покриття індієм.Операція Склад розчину і концентрація Режим Найменування компонентів, хімічна формула
г/дм3 Час обробки, хв
Температура, оС
Густина струму, А/дм3 рН Монтаж деталей на підвіску
Ектрохімічне знежирення
катодне,
анодне
Натр їдкий технічний марки ТР
Тринатрійфосфат
Силікат натрію розчинний
Знежирювач ДВ-301
20-40
5-15
10-30
1,4-1,9
5.0
3.0 50-70 3
Промивка
гаряча Вода 1-2 60-70
Промивка
холодна Вода 1-2 15-30 Травлення
Кислота соляна синтетична технічна
Інгібітор КІ-1
200-220
5-7 2-5 15-30
Промивка
холодна Вода 1-2 15-30 Індіювання
Хлорид індію
Хлорид амонію
Пірофосфат калію
Винна кислота
25
30-50
100-300
20-50 31 15-30 0.85 11.5 Уловлювання Вода 1-2 15-30
Промивка
холодна Вода 1-2 15-30 Промивка гаряча Вода 1-2 60-70 Сушка 5-10 40-50 Демонтаж деталей з підвіски
2.7 Контроль якості та товщинипокриття
Якість електрохімічних покритьзалежить від стану деталі, складу розчину, фізико-механічних властивостейпокриття. Склад електролітів для нанесення покрить контролюється в лабораторнихумовах на вміст усіх компонентів, кислотність, вміст домішок. Для визначеннявмісту основного металу в електроліті використовують хімічний, фізико-хімічний,електрохімічний та фізичний методи аналізу. Аналіз інших компонентів проводятьголовним чином об’ємним титруванням з використанням індикаторів.
Фізико-механічні властивості індієвихпокрить регламентуються і включають контроль їх товщини, міцності зчеплення,зовнішнього вигляду .
Кількість деталей, щовідбираються на контроль, установлюють згідно ГОСТ 9.301-86.
Контроль якості покриттяпроводять на зовнішній поверхні деталі, на доступних ділянках, що не маєнакатки, віддалених від ребер, кутів, різьблення, отворів, місць контакту змонтажним пристосуванням, паяних і зварених швів.
Необхідність проведенняконтролю на внутрішніх і важкодоступних поверхнях деталі повинна бутизастережена в технічній документації на виріб із зазначенням методу контролю ймісця проведення виміру.
Перед проведенням контролютовщини, поруватості, захисних і функціональних властивостей покриттів деталі зпокриттями витримують до температури приміщення, у якому проводять контроль, ізнежирюють етиловим спиртом або пастою з окису магнію.
Після знежирення пастоюдеталі промивають дистильованою водою й висушують фільтрувальним папером або наповітрі.
При проведенні контролюякості покриттів безпосередньо після їхнього одержання підготовку допускаєтьсяне проводити.
Після проведення контролюякості руйнуючими (хімічними) методами деталі (або частина деталі, на якійпроводився контроль) промивають водою й висушують фільтрувальним папером або наповітрі.
Метод контролю зовнішньоговигляду покриття. Метод заснований на виявленні дефектів поверхні покриттязовнішнім оглядом і застосовується для деталей будь-якої форми й габаритнихрозмірів.
Контроль проводять оглядомдеталей неозброєним оком на відстані 25 см від контрольованої поверхні при природному або штучному освітленні. Освітленість повинна бути не менш 300 лк призастосуванні ламп накалювання й не менш 500 лк при застосуванні люмінесцентнихламп.
Необхідність застосуванняоптичних приладів із вказівкою кратності збільшення повинна бути вказана втехнічній документації на виріб.
Оцінку якості зовнішньоговигляду покриттів допускається проводити на відповідність зразкам-еталонам,форма, розмір й зовнішній вигляд яких повинні бути погоджені із замовником.
При оцінці зовнішньоговигляду покриття необхідно враховувати стан поверхні деталі перед нанесеннямпокриття.
Для визначення товщини покритьвикористовуються методи з застосуванням товщиномірів. Товщиноміри призначенідля вимірювання товщини немагнітних струмопровідних та неструмопровіднихпокрить, нанесених на основу з феромагнитних (конструкційних, інструментальнихта шарикопідшипникових) сталей.
У даному випадку обираємо товщиномірМТ — 4IНЦ — з діапазоном вимірювань товщини покриття від 0,004 мм до 2,0 мм. Границя допустимої основної похибки повинна бути не більш 0,05х + 1,0, де х — вимірююче значення.
Метод контролю міцностізчеплення покриття. Метод заснований на розходженні фізико-механічних властивостейметалу покриття й основного металу.
Метод контролю вибираютьзалежно від виду покриття з урахуванням властивостей основного металу й металупокриття, типу й призначення деталі.
Контроль міцності зчепленняпокриття визначається методом полірування.
Метод застосовують длятвердих покриттів товщиною до 30 мкм.
Для полірування застосовуютькола з бязі, фетру й інших матеріалів, пасту ПХВ типу ГОІ.
Час полірування не менш 15 с,швидкість полірування 20- 30 м/с.
Після полірування на контрольованій поверхніне повинне бути здуттів або відшаровування покриття.
3. РОЗРАХУНОК УСТАТКУВАННЯ
3.1 Розрахунок фонду робочого часу тапрограми дільниці
На дільниці нанесення цинковогопокриття передбачається однозмінний режим роботи. Фонд робочого часу визначаютьза формулою:
Т0= Т1 — Т2-Т3 (2.1)
де: Т1 — загальна кількістьдіб у році;
Т2 — кількість вихіднихднів;
Т3 — кількість святковихднів.
Т0 = 366 — 104 — 10 = 252днів
Дійсний річний фонд часу меншеномінального через неминучі простої. Тому дійсний річний фонд часу дорівнює:
Тд = 0,97 × 252 =245 днів
Ефективний річний фонд часу роботиустаткування, год.:
Теф = Тд — Тк
де: Тк — укорочений часперед святами, год.
Теф = 245 × 2 × 8 –(8 × 2) = 3904 год.
3.1.2 Годинна програма ділянкивизначається за формулою:
Fг = Fр / Tеф(2.2)
де: Fр — річна програма, м2;
Tеф — ефективний річнийфонд часу роботи устаткування, години.
Річна програма дільниці складає 2000м2/рік.
Враховуючи переробку браку, якаскладає 3 % реальна програма дільниці дорівнює:
Fр = 1,03 × 2000 = 2060 м2/рік
Реальна годинна програма по поверхнідорівнює:
Fг = 2060 / 3904 = 0.527 м2 / год.
3.2 Обгрунтування вибору устаткуваннята його розрахунки
Згідно з годинною програмою вибираємолінію стаціонарних ванн. Обираємо підвіску з розмірами 250 х 600 х 200 мм. У ванні одночасно знаходиться дві підвіски.
Для розрахунку лінії необхіднорозрахувати середнє завантаження на підвіску по її дзеркалу:
Sс = А × В × К,
де: А — висота підвіски, м
В — довжина підвіски, м
К — коефіцієнт завантаження.
Sс = 0,6 × 0,25 × 1,1 =0. 165 м2 = 16.5 дм2
Річна кількість завантаженнь складає:
Р = Fр/ (Sс.n)
Р = 2060/ (0.165. 2) =12484,8 завантажень
Розраховуємо такт роботи лінії заформулою:
/>/>хвил., (2.3)
де T — ефективний річний фонд часуроботи устаткування, год.;
P — річна програма по кількостіпідвісок.
tp = /> хвил.
Розрахунок кількості ванн даноїоперації у лінії роблять за формулою:
/> (2.4)
де: t — тривалість технологічноїоперації, хв.;
tp — прийнятий такт роботилінії, хв;
/>
Приймаємо одну ванну для індіювання.
На всіх інших операціях обробка меншеприйнятого темпу 13,9 хвилин, тому для цих операцій беремо по одній ванні.
Отже коефіцієнт завантаження складає:
К = n / n'
де: n — розрахункове число ванн;
n' — прийняте число ванн.
К = 0.89 / 1 = 0,89
Таким чином, для виконання програминеобхідна 1 лінія.
Розрахунок габаритів ванн.
Планується у ванні одна катоднаштанга. Довжина ванни:
L =n × l1 + (n-1) l2+ 2l3, (2.5)
де: n — кількість підвісок, щозавішується на одну анодну штангу;
l1 — довжина підвіски, мм;
l2 — відстань міжпідвісками, мм;
l3 — відстань між торцевоїстінкою ванни та краєм підвіски, мм.
L =2.250+ (1 – 1).100 + 2 × 100 = 800 мм.
Приймаємо довжину ванни 600 мм.
Ширину ванни визначають за формулою :
W = nк × W1 + 2 × nк × W2 + 2× W3 + nа× d, (2.6)
де: nк — кількістькатодних штанг;
W1 — розмір підвіски поширині ванни, мм;
W2 — відстань між анодомта найближчим краєм підвіски, мм;
W3 — відстань міжподовжньою стінкою ванни та анодом, мм;
nа — кількість аноднихштанг;
d — товщина анода, мм. (Привикористанні пластинчатих анодів товщиною 10-15 мм d не враховують)
W = 1 × 200 + 2 × 175 + 2 × 75 = 700 мм.
Приймаймо ширину електрохімічноїванни 710 мм.
Ширина ванн хімічної обробки менше за рахунок відсутності анодних штанг.Приймаємо ширину ванн хімічної обробки рівною 500 мм.
Висоту ванни визначають за формулою :
H = hе + hб, (2.7)
де: hе — висота рівняелектроліту, мм;
hб — відстань від поверхніелектроліту до борта ванни, мм.
hе = h1 + h2+ h3, (2.8)
де: h1 — відстань від днаванни до нижнього краю підвіски, мм;
h2 — висота підвіски безпідвісного гака, мм;
h3 — відстань відверхнього краю підвіски до поверхні електроліту, мм.
hе = 150 +600 + 100 = 850 ммH = 850 + 100 = 950 ммПриймаємо висоту ванни 1000 мм.
Таким чином приймаємо розміри ванн:
Електрохімічних ванн: 800 x 710 x 1000 мм
Хімічних ванн: 800 x 500 x 1000 мм
Робочий обсяг ванн визначаємо за формулою:
V = L × W × hе (2.9)
де: L, W, hе відповіднодовжина, ширина ванної та висота рівня електроліту, м
Тоді:
Vех = 8× 7.1 × 8,5 = 483 дм3
Vх = 8 × 5 × 8,5 = 340 дм3.
Щільність завантаження ваннелектрохімічної обробки:
/>
U =483 /16.5 × 2 = 14.6 дм3/дм2.
Технічні характеристики ваннгальванічної лінії:
Таблиця 3.1 — Технічні характеристикиванн гальванічної лінії.Найменування ванн Розміри, мм Кількість
Робочий об’єм, дм3 Примітки Знежирення електрохімічне 800х710х1000 1 485
Нагрів, вентиляція, ванна футерована, теплоізоляциія,
стінки 4 мм Травлення 800х500х1000 1 340 Вентиляція, ванна футерована, стінка 4 мм Індіювання 800х710х1000 2 485 Вентиляція, ванни футеровані, стінка 4 мм Уловлювання 800х500х1000 1 340 Ванни футеровані, стінка 4 мм Промивка холодна 800х500х1000 1 340 Ванна футерована, стінка 4 мм Промивка тепла 800х500х1000 1 340 Нагрів, теплоізоляція, ванна футерована, вентиляція, стінка 4 мм
4. РОЗРАХУНОК ВИТРАТ МАТЕРІАЛІВ
4.1 Розрахуноквитрат хімікатів та матеріалів на запуск лінії
Для введення в роботу гальванічноїлінії необхідно провести розрахунки кількості хімікатів і води для приготуванняелектролітів, анодів для ванн електрохімічної обробки, тканини для виготовленняанодних чохлів. Одночасно визначають розміри анодів та їх робочу площу.
Розрахунки виконують на ЕОМ запрограмою, написаною на «BASIC». В формулах для розрахунків усі змінні показанісимволами, записаними в програмах для обчислення на ЕОМ.
Основні вихідні дані, що вводяться вЕОМ оператором DATA, необхідно підготовити у вигляді табл.3.1.
Таблиця 4.1 – Вихідні данніоперації
Об'єм ел-ту, дм3
Густина ел-ту, г/дм3
Концентрація хімікатів, г/дм3 NaOН
Na3PO4
Na2SiO3 Знежирювач ДВ-301 НCl 1.Електро-хімічне знежирення 485 1,08 30 10 20 1,5 2.Травлення 340 1,1 220 3.Індіювання 485 1,32 1.Електро-хімічне знежирення 485 1,08 2.Травлення 340 1,1 6 3.Індіювання 485 1,32 25 300 35 40
Для проведення розрахунківвикористовуються данні, що були одержані в попередніх розділах, в тому числі:
розміри ванн (довжина L, висота H1),дм;
кількість різних операційелектрохімічної обробки N1;
кількість операцій, девикористовуються хімікати Н ;
кількість найменувань хімікатів T, щовикористовуються в лінії.
Для кожної електрохімічної операціїнеобхідно визначити матеріал допоміжного електроду (анода або катода), розмірицих електродів (товщину H2, ширину L1 відповідно до існуючих стандартів, дм), атакож густину матеріалу цих електродів F, кг/дм3;
Якщо на технологічній операціївикористовується декілька ванн, то необхідно в табл.3.1 записати загальнийоб’єм електроліту.
Масу хімікатів для приготуваннярозчину ванн визначають за формулою:
/>,
де Ci – концентраціяхімікату, г/дм3;
Ак – об’єм електроліту вванні, дм4.
Данні з табл.3.1 вводяться в програмуоператором DATA з номером
рядка, вказаного в коментарі до неї.Інші вихідні дані вводяться на запит ЕОМ оператором INPUT в процесі виконанняпрограми.
Кількість анодногоматеріалу на кожну електрохімічну операцію розраховуємо за формулою, кг:
/>,
де N2 – кількість штангна одній ванні;
N4 – кількість ванн натехнологічній операції;
N5 – кількість анодівна одній штанзі.
Кількість анодів наодній штанзі визначають за формулою:
/>
і округляють до цілого.L1 – ширина одного анода, дм.
Коефіцієнт 0,6 – частка довжини анодавід довжини ванни.
Одночасно доцільно визначити робочуповерхню анодів AS (дм2) в гальванічній ванні, необхідну длянаступних розрахунків, за формулою:
/>
Коефіцієнт 2,6 враховує часткупротилежної від катода робочої поверхні двох анодів, які прилягають до стінокванни. В разі використання овальних анодів коефіцієнт береться рівним 4. Коефіцієнт0,9 – частка зануреної частини анода в ванну. Коефіцієнт 0,8 – частка висотианода від висоти ванни.
Загальна кількість води наприготування розчинів розраховується, м3:
/>,
де /> – сума концентраційхімікатів в одній ванні, г/дм 3;
Gk – густинарозчинів, г.дм –3.
Деякі електрохімічніпроцеси вимагають обов’язкового використання анодних чохлів, виготовлених зхлоринової, пропіленової або бавовняної тканин. Витрати тканини длявиготовлення чохлів по кожній операції розраховують за формулою, м2:
/>
Всі розрахунки виконані на ЕОМ ідодаються нижче.
4.2 Розрахунок витрат хімікатів таматеріалів на виконання річної програми
При виконанні річної програмигальванічним цехом (дільницею) хімікати, аноди та інші матеріали витрачаютьсяна різні потреби. Частка кожної з них врахована в нормах витрат на одиницюповерхні деталей, а для анодного матеріалу також і на одиницю товщини покриття.Розрахунки виконуються на ЕОМ. Для цього основні вихідні дані по розробленомупроцесу (табл.2.1) необхідно звести у вигляді табл. 4.2.
Для проведення розрахунків необхіднінаступні данні:
річна програма Р, м2;
норма витрат розчинів для кожноїоперації, яка залежить від складності деталей і способу обробки деталей Ак;
кількість операцій Н і хімікатів Т;
норма виносу електроліту хромуванняпідвіскою PD;
кількість різних операційелектрохімічної обробкиН1;
товщина покриття δср длякожного процесу D (для ванни електрохімічного знежирення необхідно ввести D=1), мкм;
норми витрат розчинних та нерозчинниханодів МУ;
кількість ванн на кожній операції N3;
довжина L і висота ванн H1, м;
число анодних штанг у ванні N4;
число анодів на штанзі N5;
ширина анодів L5, м;
Таблиця 4.2 – Вихідні данніоперації
Норма витрати розчинів
дм3/м2
Концентрація хімікатів, г/дм3 NaOН
Na3PO4
Na2SiO3 Знежирювач ДВ-301 НCl 1.Електрохімічне знежирення 0,48 30 10 20 1,5 2.Травлення 0,68 220 3.Індіювання 0,115 1.Електрохімічне знежирення 0,48 2.Травлення 0,68 6 3.Індіювання 0,115 25 300 35 40
Дані з табл.4.2 вводяться в програмуоператором DATA з номером рядка, вказаного в коментарі до програми. Іншівихідні дані вводяться в програму оператором INPUT на запит ЕОМ в процесівиконання обчислення.
Витрати хімікатів Si навиконання річної програмирозраховуютьза формулою, кг:
/>,
де Ак – норма витратиелектроліту, дм3/м2;
Сі – концентрація хімікату велектроліті.
Річні витрати розчинних або нерозчинниханодів на кожну операцію, кг:/>
/>
У випадку нерозчинних анодів товщинапокриття D умовно приймається рівною 1.
Річні витратитканини на виготовлення анодних чохлів для кожної операції, де вони використовуються, м2
/>
Всі розрахунки виконані на ЕОМ ідодаються нижче.
4.3 Розрахунки витрат води напромивні операції
Економічні та екологічні проблемивимагають раціонального використання водних ресурсів, а також уваги до якіснихпоказників продукції. Використання в технології промивки ванн уловлювання,протитечійних каскадних ванн, ванн струминної та струминно-проточної промивки,їх комбінацій значно зменшує витрати води на технологічні потреби. При побудовікомпоновки гальванічної лінії все це треба враховувати.
Остаточно відповідь на питання про типванни промивки (проста проточна чи каскадна) може дати розрахунок витрат води.
По кожній технологічній ванні, демістяться хімічні реагенти, необхідно вирішити, за яким компонентом слідоцінювати якість промивання деталей, а також перед якою операцією цевиконується.
Розрахунок витрат води на відмиванняз поверхні деталі проводять того компоненту, для якого критерій промивки К єнайбільшим і дорівнює:
К = Co/Ск,
де Со і Ск концентраціякомпонента відповідно в основній ванні і кінцева у ванні промивки.
У разі потреби необхідно зробитиперерахунок концентрації кислот на соляну, а лужних компонентів – на гідроксиднатрію.
Також необхідно враховувати те, щоконцентрація хімічних речовини записана в складах розчинів продажної якості ідеякі з них використовуються не з 100-% вмістом основного компоненту.Наприклад, хлоридна і азотна кислоти, а солі містять кристалічну воду.
Слід пам’ятати, що критерій промивкидля ванни уловлювання треба брати рівним 5 – 7. Державним стандартом 9.305-84рекомендовано коефіцієнт 0,4, тобто критерій промивки повинен бути 2,5. Цеозначає, що концентрація хімікату в ванні уловлювання в 2,5 рази меншеконцентрації в основній ванні. Але досягти такого значення практично неможливоі тому в гальванічних виробництвах європейських країн користуються критеріємпромивки у ванні уловлювання рівним 5 – 7. Якщо використовується комбінаціяокремих ванн гарячої й холодної промивок, рекомендується брати дляниходнакові критерії промивки, що дорівнюють кореню квадратному з загальногокритерію промивки, а кінцева концентрація (після математичних перетворень) впершій ванні і початкова в другій ванні будуть дорівнювати кореню квадратному здобутку Со і Ск, тобто
С1 = С2 =/>.
Для виконання розрахунків на ЕОМтреба попередньо скласти табл.3.3, де зазначити найменування ванн промивок,робочий об’єм води в них, початкову та кінцеву концентрації основногокомпонент, а також значення коефіцієнта, який враховує спосіб промивки деталей:1,0 – при звичайній проточній промивці; 0,7 – в разі використання струминноїпромивки; 0,5 – при використанні комбінованої струминно-проточної промивки.
Необхідність в каскадній ванні будевизначено тільки в результаті проведення розрахунку. Тому розрахунокпочинається за умови, що на кожній промивній операції використовується однапроточна ванна.
Для проведення розрахунків необхіднотакож визначити:
годинну продуктивність лінії приобробці деталей на підвісках F або в барабанах F1, м2/год;
норми виносу електроліту підвіскою Gабо барабаном G1, дм3/м2;
кількість ванн промивок, занесених дотаблиці;
ефективний річний фонд роботиустаткування.
Таблиця4.3 — Вихідніданні.Промивання
Робочий об’єм води, дм3
Концентрація основного хімікату, г/дм3 Коефіцієнт промивки
початкова Со кінцева Ск Гаряча 340 64.4 2,54 1 Холодна 340 2,54 0,1 1 Холодна 340 200 0,05 1 Уловлювання 340 12.97 0.26 1 Холодна 340 0.26 0,005 1 Холодна 340 0.05
2,24.10-3 1 Тепла 340
2.24.10-3 0,001 1
Дані з табл.4.3 вводять у програмуоператором DATA з номером рядка, зазначеного в програмі. Інші дані задають зазапитом оператора INPUT при виконанні програми.
При розрахунку витрат водивикористовують формулу для простої проточної ванни, дм3
/>,
де К – критерій промивки, що дорівнюєСо/Ск.
Одержану величину порівнюють зоб’ємом ванни і, якщо вона більша, приймають рішення поставити двоступеневукаскадну ванну. Витрати води в цьому випадку перераховують за формулою:
/>.
Якщо і в цьому випадкувитрати води будуть більше за об’єм ванни, тоді розрахунок проводимо заформулою для триступеневої промивки:
/>.
Одержану величину помножують накоефіцієнт 1,5, яким враховується можливе падіння тиску води у водопровідніймережі. 3 урахуванням витрат води на приготування розчинів, випаровування,корегування, промивку устаткування загальні витрати води на промивні операціїслід збільшити ще в 1,15 рази.
Якщо погодинні витрати промивної водина певній операції промивки менші 50 дм3/год при відсутностіавтоматизованого управління подачею води, тоді ці витрати приймають рівними 50дм3/год.
Після обчислень витрат води по кожнійпромивці розраховуємо витрати води гальванічною лінією за 1 год, дм3
Р1 = />
На виконання річної програми:
Р = Р1. Тгл.1.5. 1.15 / 1000,
де Тгл – дійсний річнийфонд робочого часу.
Всі розрахунки виконані на ЕОМ ідодаються нижче.
4.4 Розрахунки витрат електроенергіїна електрохімічні процеси та вибір джерел струму
Сила струму на ваннах електрохімічної обробкизалежить від поверхні деталей на підвісці S1, неізольованої частини поверхнісамої підвіски і від густини струму і визначається за рівнянням
I = K1. S1.JK,
де K1 — коефіцієнт, якийвраховує неізольовану поверхню підвіски або поверхню контактів при обробці деталейв барабані (K1 = 1,02 –1,06).
Густина струму на анодах залежить відробочої поверхні анодів S2 і складає:
JA = I/S2 = K1.S1.JK/S2.
Напруга на ваннах електрохімічноїобробки деталей складається з падіння напруги при проходженні струму через електролітЕ1, різниці потенціалів анода і катода Е2, падіння напруги в контактах Е3,шинопроводі Е4.
Для проведення розрахунків данінеобхідно взяти з попередніх розрахунків і довідкових матеріалів:
густину струму на катоді JK, А/дм2;
поверхню деталей у ванні S1, дм2;
поверхню анодів у ванні S2, дм2;
питомий електроопір електроліту RO,Ом.см;
міжелектродну відстань (між підвіскою іанодом) L, см;
коефіцієнт газонаповнення A;
потенціал анода ЕА і катода ЕК, В;
коефіцієнт, який враховує робочу(неізольовану) поверхню підвіски.
Зазначені дані вводять в програму впроцесі рішення за запитом оператора INPUТ.
Падіння напруги в електролітірозраховують за формулою:
E1= (1+А),Jср,RO .L,
де Jср – середня густинаструму, яка дорівнює
Jcp =/>/> = />
Падіння напруги на електродах як різницюпотенціалів анода і катода дорівнює:
/>
Падіння напруги в контактах складає:
/>
Падіння напруги в шинопроводіскладає:
/>
Повна напруга на ванні при обробці деталейна підвісках складає:
/>
Витрати електроенергії електролізнимиваннами залежать від кількості завантажень N за рік, поверхні деталей на однійпідвісці S1, густини струму JK, напруги на ванні Е, часу обробки деталей Т(год), коефіцієнту корисної дії джерела струму, який для більшості джерелскладає 0,82.
Розрахунок ведуть за формулою:
/>,кВт. год
окремо для кожної електрохімічноїоперації.
До інших споживачів електричноїенергії відносяться:
сушильна камера з електронагрівачем івентилятором, електродвигун загальної витяжної вентиляції.
Витрати електроенергії сушильноюкамерою:
QC = N. (Nнс +Nвс/ ККД). Тс .
Витрати електроенергії двигуномзагальної вентиляції:
QB = Nзв. Т /ККД,,
де Т — ефективний фонд роботиустаткування,
Витрати електроенергії всімаспоживачами складаємо і визначаємо її витрати на 1 м2 поверхні деталей.
Qл = Σ Qі =Qв + QС + QВ кВт. год;
Qн = Qл,/ FркВт. год/м2.
Ванни електрохімічної обробки повиннібути оснащені індивідуальними джерелами постійного струму. Для їх виборунеобхідно користуватись значенням розрахованої напруги і максимальною величиноюструму Іmax на ванні, для чого враховують можливі відхиленняповерхні оброблюваних деталей в більший бік коефіцієнтом К2, якийберуть рівним 1,15 – 1,2. Тому Іmax = К2. І
Всі розрахунки виконані на ЕОМ ідодаються нижче.
Після вибору джерел постійного струмуодержані результати зведені в таблицю 4.4.
Таблиця 4.4 – Джерела постійногоструму гальванічної дільниці
Ванни
(операція) Напруга на ванні, В
Сила струму />, А Тип випрямляча Номінальна напруга Номінальний струм Кількість випрямл. Електрохімічне знежирення 4.327703 100.98
ТЕ1 — 400/12Т 12 400 1 Індіювання 1.286322 28.611 ТЕ1 – 400/12Т 12 400 1
4.5 Розрахунок пристроїв длянагрівання електролітів і витрат енергоносіїв
Значна кількість ванн гальванічногоцеху працює при високих температурах. Для нагріву електроліту до робочоїтемператури найчастіше використовують водяну пару, нагрівальним пристроємслужить металевий змійовик.
Для визначення розмірів змійовика інеобхідної кількості пари треба врахувати статті витрат та приходу тепла,необхідно скласти рівняння теплового балансу для розігріву ванни та її робочогостану.
Перед проведенням розрахунків слідвизначити на підставі попередніх розрахунків і довідкових матеріалів:
які ванни необхідно нагрівати і їхкількість на даній операції;
чи має ванна футеровку,теплоізоляцію;
довжину L, ширину B, висоту H ванни;
робочу температуру ванни Т, оС;
теплоємність електроліту CR, Дж/кг.град;
об’єм електроліту V, дм3,його густину GR, кг/дм3;
теплоємність матеріалу корпусу ванниСК (Дж/кг.град) та його густину GV (кг/дм3 );
товщину стінок ванни D, мм;
масу деталей одного завантаження ванниз підвіскою М1 та їх теплоємність CD;
діаметр труби змійовика D1, мм;
силу струму I і нагрівну напругу наванні E з розрахунків напруги на ванні.
Якщо гальванічна ванна працює зпідвищеною нагрівною напругою та великою силою струму, може виникнути потреба вїї охолодженні в процесі роботи. Для цього треба знати, з якою температуроюбуде подаватися охолоджуюча вода в змійовик і виходити з нього. Рекомендуєтьсятемпература охолоджувальної води на виході на 10 – 15 оС нижчетемператури ванни.
Данні, що вводяться в комп’ютероператором DATA, необхідно підготувати у вигляді таблиці 3.5.
Всі інші необхідні параметривводяться в програму по запиту комп’ютера оператором INPUT в процесі виконаннярозрахунків.
Таблиця 4.5 — Вихідні данні.Найменування ванн Теплоємність розчину, Дж/кг.К
Густина розчину кг/см3
Температура ванни, оС
Ширина
ванн, дм Електрохімічне знежирення 3885 1,08 60 7,1 Промивка гаряча 4190 1,0 60 5 Промивка тепла 4190 1,0 60 5
Кількість тепла на розігрів ванни
/>,
де Q1 — тепло на розігрів корпусуванни й розчину, кДж
/>;
Q2 — тепло на компенсацію витрат донавколишнього середовища через стінки та поверхню розчину ванни, кДж;
/>,
де KS – коефіцієнт теплопередачі зурахуванням наявності теплоізоляції та футеровки.
Кількість тепла для підтриманняробочої температури, кДж
Q3 = CD. M1. 60. (T – 20)/R,/>
/>,кДж,
де Q3 — тепло для розігріву підвіскиз деталями;
Q4 – джоулево тепло;
R – прийнятий темп роботи лінії, год.
Кількість пари для розігріву ванни,кг
/>,
де 2122 дж/кг — кількість тепла, щовіддається парою при переході до конденсату з температурою 130 оС.
Витрати пари на роботу ванни, кг:
/>.
Поверхню змійовика визначають затеплом для розігріву ванни, м2
/>,
де К — коефіцієнт теплопередачі відзмійовика до розчину, орієнтовно його значення можна прийняти 950 Дж/м2.град.сек;
TS – середня температура
/>
Довжина труби змійовика залежить віддіаметра D1:
/>.
Для виготовлення нагрівниківгальванічних ванн використовують стальні труби з умовним проходом 32, 38мм.
При цьому дуже важливим є те, щопочаткова швидкість пари UP не повинна перевищувати 30 м/с.
/>,
де 1,618 – густина пари, кг/м4.
Якщо швидкість пари буде більшою 30 м/с,необхідно збільшити діаметр змійовика.
Якщо кількість джоулевого теплаперевищує втрати його через стінки ванни і поверхню електроліту, ваннунеобхідно охолоджувати. Для цього використовують, як правило водопровідну абоартезіанську воду. Температура водопровідної води залежить від пори року іколивається в межах 10 – 25 оС. При розрахунках приймаємо їїтемпературу 20 оС.
Температура артезіанської води 10 –12 оС і для розрахунків приймаємо верхню межу.
Обчислення витрат води за 1 год. наохолодження виконуємо за формулою
P2 = 1,1 QA/ (4,19 (T5 – T2)),
де Т5 і T2 – температура води післяохолодження на виході і для охолодження на вході змійовика.
Погодинні витрати пари для нагрівуванн або води для охолодження перераховуються на річну
Всі розрахунки виконані на ЕОМ ідодаються нижче.
5. ОХОРОНА ПРАЦІ
5.1 Загальна характеристика умов виконаннятехнологічного процесу
Охорона праці – це система правових,соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних,лікувально-профілактичних заходів та засобів, направлених на збереження життя,здоров’я, працездатності людини в процесі трудової діяльності [10].
Технологічні процеси хімічнихвиробництв і дослідження в хімічних лабораторіях найчастіше є вибухово- іпожеже небезпечними, відбуваються при високих температурах і тиску; речовини, якізастосовують,і супровідні продукти, що попадають в робочу зону, можуть бутишкідливими і високотоксичними. Тому необхідно зробити аналіз небезпечних ішкідливих виробничих факторів під час реалізації технологічного процесу або підчас проведення експериментальних досліджень, визначити і обґрунтувати заходи іулаштування захисту обслуговуючого персоналу, гарантуючи безпечні і нешкідливіумови та високу продуктивність праці.
Аналіз небезпечних та шкідливихвиробничих факторів, які є наявними в умовах технологічного процесу, наведені втаблиці 5.1.
Таблиця 5.1 – Перелік шкідливих танебезпечних факторів та їх джерела
Небезпечний (шкідливий) виробничий фактор
ГОСТ 12.0.003-74* [11] Нормативно-технічний документ, що регламентує вимоги безпеки Джерело виникнення Дія фактора на організм людини Нормативний показник та його значення Висока електрична напруга, 380В. ПУЕ – 87 [12], ГОСТ 12.1.030-81* [13] Випрямляч, бортовий відсмоктувач Термічна, біологічна, електролітична та механічна дія
Постійний/ перемінний струмом
1.Пороговий ощутимий 5-7 мА/ 0.6-1.6 мА
2.Пороговий невідпускаючий 50-80 мА/ 10-15 мА
3. Фібріляційний 300 мА/ >50-100 мА
4. Верхня межа фібріляційного струму 5А Запиленість ГОСТ 12.1.005-88 [14], ГОСТ 12.1.007-88 [15] Приготування електролітів табл. 4.2
ГДК в повітрі робочої зони, мг/м3 (табл. 4.2) Шум ГОСТ 12.1.003-83* [16], ДСН 3.3.6.037-99 [17] Бортовий відсмоктувач, вентиляційна установка, випрямляч Психологічна та фізіологічна дія, пошкодження органів слуху. Шумова хвороба
Рівень шуму LA, дБА LA=80 дБА. Рівень звукового тиску Lр, дБ
Вибухова та пожежна небезпека (Н2 та ін.) ГОСТ 12.1.004-91* [18], ГОСТ 12.1.044-89* [19] Гальванічна лінія Опіки верхніх та нижніх дихальних шляхів та інших частин тіла, вибух Див. табл. 4.3 Вібрація ГОСТ 12.1.012-90 [20], ДСН 3.3.6.039-99 [21] Вентилятор, бортовий відсмоктувач, випрямляч Постійна дія загальної та локальної вібрації викликає вібраційну хворобу, діє на центральну нервову систему
Віброшвидкість V, м/с віброприскорення а, м/с2 або їх логарифмічні рівні LV, La, дБ LV=92 дБ
Шкідливі речовини (HCl, NaOH,Na3PO4 та ін.) ГОСТ 12.1.005-88 [14], ГОСТ 12.1.007-88 [15] Гальванічна лінія, розчини електролітів Див. табл. 4.2
ГДК в повітрі робочої зони, мг/м3 (табл. 4.2) Несприятливий мікроклімат (підвищена температура поверхні обладнання та матеріалів.) ГОСТ 12.1.005-88 [14], ДСН 3.3.6.042-99 [22] Гальванічна лінія Порушення терморегуляції організму людини
Оптимальна припустима температура t, оС, відносна вологість φ, %, швидкість руху повітря V, м/с
Токсикологічні характеристика речовинта матеріалів, які є в проектованому виробництві, наведена в таблиці 5.2.
Таблиця 5.2 – Характеристика речовинта матеріалів виробництва.Назва речовини Клас небезпеки ГОСТ 12.1.007-88 [14]
ГДК в повітрі робочої зони, мг/м3 ГОСТ 12.1.005-88 [14] Характер дії речовини на організм людини Перша допомога та міри безпеки Їдкий натр 2 0,5 Різні хронічні поразки, небезпека попадання в очі. Пропікає при контакті зі шкірою, після опіків утворюються рубці Рясний струмінь води впродовж 10 хв. Примочки 5% розчином HCl. Очі закрапувати 2% розчином новокаїну. Захисні окуляри, рукавички. Три-натрій-фосфат 2 1 Викликає запалення шкіри, кров оточення, кришення зубів.
При потраплянні на шкіру промити холодною водою або слабким розчином CuSO4. Респіратори, спецодяг. Соляна кислота 2 1 Роздратовує, припікає слизову оболонку верхніх дихальних шляхів. При роздратуванні дихальних шляхів – свіже повітря. Захисні окуляри, маска. Рідке скло 3 2 Силікати практично не впливають обетоксично. Роздратовує слизову оболонку, спричиняє опіки очей, на шкірі стовщення та з`явлення. Протигаз марки БКФ, респіратори типу «Айстра», «Пелюсток» та інш., захисні окуляри, після роботи-теплий душ. Пірофосфат калію 2 1 Роздратовує та припікає шкіру При потраплянні на шкіру промити холодною водою. Використовувати рукавички, спецодяг. Хлорид амонію 4 20 Роздратовує слизову оболонку дихальних шляхів та очей. Загальнотоксична дія. Сльозотеча, задуха. Використовувати захисні окуляри, протигаз КД, КД8, В. Винна кислота 2 1 Роздратовує слизову оболонку дихальних шляхів. Захисні окуляри, маска. Хлорид індію 3 0.1 Впливу на шкіру нема. Викликає розлади ШКТ та нервової системи, болі в суглобах та кістках, руйнує зуби, серцеві болі, загальна слабкість при потраплянні у легені. При наявності пилу – респіратори, маски.
Характеристика пожежно вибухової тапожежної небезпеки речовини та матеріалів, а також категорія й групавибухонебезпечних сумішей наведена в таблиці 5.3.
Таблиця 5.3 – Характеристикапожежно-вибухової та пожежної безпеки речовин та матеріалів.Найменування речовини Характеристика пожежної та вибухової небезпеки Показники пожежної та вибухової небезпеки ГОСТ 12.1.044-89* [19] Категорія та група вибухонебезпечності ГОСТ 12.1.011-78* [23]
tвсп, оС
tсм.смоС НКМР, % об. ВКМР, % об.
Водень Н2 ГГ - 510 4,09 80,0 ІІ С, Т2
Соляна кислота при контакті зметалами виділяє пожежовибухонебезпечний водень.
Відповідно до НАПБ Б.03.002-2007 [24]приміщення цеху по вибуховопожежній та пожежній небезпеці відноситься доприміщень класу А завдяки тому, що в технологічному процесі виділяється горючийгаз – водень. Ступень вогнестійкості будови відповідно до ДБН В.1.1-7-02[25]-І,ІІ.
Клас зон в приміщенні відповідно доНПАОП 40.1-1.32-01 [26] – 2.
По ступеню небезпеки ураженняелектричним струмом приміщення цеху відповідно ПУЕ – 87 [12] відноситься доособливо небезпечних, завдяки тому, що на дільниці присутні хімічно-активніречовини, які руйнують струмопровідні частини обладнання.
Ширина санітарно-захисної зонивідповідно до ДНАОП 0.03-3.01-71 [27] – 50 м.
5.2 Промислова санітарія
індій хімікат хлориднакислота
Метеорологічні умови обранівідповідно до ГОСТ 12.1.005-88 [14] та ДСН 3.3.6.042-99 [22] з урахуваннямкатегорії робіт та період року, наведені в таблиці 5.4.
Таблиця 5.4 – Припустимі параметриметеорологічних умовКатегорія робіт по енерговитратам Період року
Температура, оС Відносна вологість, не більше, % Швидкість повітря, не більше, м/с Середньої важкості ІІ б теплий 16-27
70 при 25 оС 0,2-0,5 холодний 15-21 75 0,4
Для збереження параметрівмікроклімату у цеху передбачені наступні заходи:
1) відповідно до СНіП 2.04.05-91*[28] застосовуються вентиляції та опалення у холодний період року;
2) застосування засобівіндивідуального захисту (спецодяг, гумові чоботи та рукавиці, окуляри);
3) ванни футеровані фторопластом;
4) накриття ванн кришками.
Характеристика виробничого освітленняприведена в таблиці 5.5.
Таблиця 5.5 – Характеристикавиробничого освітлення (ДБН В.2.5-28-2006 [29])Характеристика зорової роботи Розмір об'єкта розрізнення, мм Розряд та підрозряд зорових робіт Природне освітлення Штучне освітлення
Аварійне освітлення, Еав, лк Вид
/>, % Вид
Еmin, лк Джерело світла, тип світильника Середньої точності 0,5-1 IV в (фон-середній, контраст-середній) суміщене 0,9 комбіноване 400 Люмінесцентна лампа ЛД80-4, НОГЛ-80 7,5 загальне 200
Примітка: Джерела світла тасвітильники для аварійного освітлення ті, що для робочого, але відміченіспеціальним знаком.
Завдяки тому, що приміщення цехузнаходиться в IV поясі світлового клімату, то
/>
де m – коефіцієнт світового клімату,дорівнює 0,9 (вікна на північ);
N – номер групи забезпеченостіприроднім світлом (табл. 5.5. [29]).
/>
5.3 Пожежна безпека
Причинами пожежі є наявність надільниці хімічно-активних речовин, які псують струмопровідні частини обладнання,а також
Згідно НПАОП А.01-001-2004 [30], ГОСТ12.1.004.-91* [18] пожежна безпека в цеху забезпечується системами попередженняпожежі, протипожежного захисту, організаційно-технічнимизаходами, вибухонебезпека згідно ГОСТ 12.1.010-78*()
Заходи систем й протипожежногозахисту:
— наявність засобів повідомлення пропожежу (електрична пожежна сигналізація, телефонний зв'язок);
— автоматичні засобипожежегасіння-спринклерні;
— застосування засобів пожежегасіння(зовнішній та внутрішній водопровід);
— первинні засоби пожежегасіння .
Таблиця 5.6 Перелік первинних засобівпротипожежного захисту.Приміщення
Площа, м2 Первинні засоби пожежетушіння Кількість, шт. Вогнегасний ефект Гальванічний цех кат. А. 400-500 вогнегасник вуглекислотний ВВК-5 2 Охолодження. Вогнегасник повітряно-пінний ВВК-10 4 Ізоляція. Ящик з піском 1 Ізоляція.
Висновок: наведені вище заходидозволяють забезпечити безпечні та нешкідливі умови праці на дільниці, якапроектується.
6. ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ
6.1 Розрахунок потреб дільниці вхімікатах і анодах
Потреба в матеріалах визначається наоснові питомих норм витрат, розрахованих у технологічній частині проекту.
Розрахунок витрат на матеріалиприведений в таблиці 6.1.
Таблиця 6.1-Вартість матеріальнихресурсівНайменування сировини Витрати матеріалів, кг Ціна, грн./кг Вартість, грн
на 1 м2 на рік
на 1 м2 на рік 1.Натр їдкий 0.0144 29.664 1.00 0.0144 29.664 2.Тринатрійфосфат 0.0096 19.776 1.00 0.0096 19.776 3.Силікат натрію 0.0048 9.888 4.44 0.021 43.9 4.Знежирювач ДВ-301 0.00072 1.4832 14.8 0.0106 21.95 5.Соляна кислота інгібована 0.1496 308.176 0.96 0.144 297.7 6.Хлорид індію 0.002875 5.9225 5227 15.03 30956.9 7.Пірофосфат калію 0.0345 71.07 94.5 3.26 231.688 8.Винна кислота 0.004025 8.2915 37.3 0.15 309.27 9.Хлорид амонію 0.0046 9.476 64.4 0.3 610.25 10.Аноди сталеві 0.00115 6.51 5.95 0.01 38.73 11.Аноди індієві 0.0510288 111.3 4030 217.73 481098.8 Разом 236.68 481098.8
6.2 Визначення потреби енергетичнихресурсів
Витрати енергії всіма споживачами нагальванічній лінії розраховані з допомогою ЕОМ. Також розрахована загальнакількість води та пари, які використовуються на технологічній лінії. Витратиенергоресурсів, також їх вартості наведені в таблиці 6.2.
Таблиця 6.2Види енергії Одиниця виміру
Ціна за одиницю,
грн. Витрати Сума, грн..
на 1м2 на рік
на 1 м2 на рік Електроенергія кВт*ч 0.75 0.288328 595 0.2162 446.25 Пар т 83 0.006 71.726 0.498 5953.25 Вода холодна
м2 1.80 1.083 2231.46 1.95 4016.63 Разом 2.6642 10416.13
6.3 Визначення кількості працюючих
Визначення кількості основнихробітників виходячи з норм обслуговування, на 4-5 м довжини стаціонарної лінії один робітник. Облікова кількість робітників дорівнює:
Робл = Ряв.Кп,
Кп– коефіцієнт переходувід явочного числа робітників до облікового (можна прийняти 1.1).
Облікове число допоміжних робітниківвизначається за нормативами. В даному випадку процент відношення допоміжнихробочих до основних складає 45%. Але для однієї лінії стаціонарних ваннвистачить два робітника (Робл.доп = 2).
Кількість робітників згідно існуючимнормам обслуговування лінії стаціонарних ванн-3 людини, в 2 зміни.
Таким чином облікова кількістьосновних робітників дорівнює:
Робл.осн.= 6. 1.1 = 7робітників.
6.4 Розрахунок витрат на оплату праці
Розрахунок основного фонду заробітноїплати основних робітників здійснюють укрупнено, використовуючи наступні дані:
Зосн = Робл.Тст. Fеф. Кдп, де
Робл – облікова кількістьосновних робітників ;
Тст – годинна тарифнаставка робітника, що відповідає розряду, грн..;
Fеф – ефективний річнийфонд робочого часу робітників (для гальваників можна прийняти рівним 1820годин);
Кдп – коефіцієнт надбавокі зарплат (1.2-1.4).
При розрахунку річного фонду оплатипраці основних робітників необхідно врахувати додатковий фонд оплати праці(який можна прийняти в розмірі 10-15 % від основного фонду оплати праціосновних робітників):
Зр = Зосн +Здод.
Відрахування на соціальні заходиберуться згідно існуючого законодавства від річного фонду оплати праці основнихі допоміжних робітників можна представити у вигляді таблиці 6.3.
Таблиця 6.3 – Розрахунок річногофонду оплати праці основних і додаткових працівників.Найменування професії Облі-кова кіль-кість робітників, чол Тарифний роз-ряд Тарифн ставка, грн./год Ефектив-ний фонд часу 1 роб., грн./ рік Фонд зар-платні за тари- фом, грн. Доп-лати і над-бавки, грн. Фонд сновної зар- платні, грн. Допо-міжна оплата праці, грн. Річний фонд оплати праці, грн Основні робітники Гальванік 7 3 9 1820 114660 22932 137592 13759 151351 Разом 114660 22932 137592 13759 151351 Допоміжні робітники Черговий електрик 1 5 11.4 1820 20748 4149.6 24897 2489.7 27387 Черговий слюсар 1 5 11.4 1820 20748 4149.6 24897 2489.7 33633 Разом 41496 8299.2 49795 4979.5 54774 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Розрахунок капітальних витрат таамортизаційних відрахувань. Первісні інвестиції (капітальні вкладення), що забезпечуютьреалізацію проекту, визначаються за формулою:
К = Куст + См.т.,
де Куст – цінаустаткування, грн.
С м.т – монтажні, транспортніта інші витрати, грн..
Монтажні і транспортні витрати можнаприйняти 40% від вартості придбаного устаткування.
На дільниці працює лінія стаціонарнихванн. Вони виготовлені із Ст3 і футеровані вініпластом.
Амортизаційні відрахування складаютьдля електрохімічного устаткування 24% від його вартості.
Тоді: К = 1.4. 21000 =29400 грн.,
А = 0.24. 29400 = 7056грн.
6.5 Розрахунок витрат утримання іексплуатації устаткування
Таблиця 6.4 – Кошторис витрат наутримання і експлуатації устаткування.Найменування витрат Витрати, грн. 1.Оплата праці робітників, що обслуговують устаткування: 1.1. Основна зарплатня допоміжних робітників 49795.2 1.2.Додаткова зарплата допоміжних виробників 4979.52 1.3.Відрахування на соціальні потреби 21909.9 2.Амортизаційні відрахування 7056 3.Витрати на проведення поточного ремонту устаткування 700 4.Утримання та нагляд за устакуванням 210 5.Витрати на внутрішньозаводські переміщення вантажу 1790.8 6.Інші витрати 1728.8 Разом 88170.22
6.6 Підрахунок собівартості електрохімічногопокриття
На підставі включених розрахунків упопередніх розділах визначається собівартість електрохімічного покриття річноговипуску на 1 м2.Калькуляція собівартості розраховується за формоютабл.6.5.
Таблиця 6.5-Калькулюваннясобівартості електрохімічного покриття.Найменування статей витрат Витрати, грн.
на 1 м2 на рік 1.Матеріальні витрати 236.68 481098.8 2.Паливно-енергетичні витрати 2.6642 10415.88 3.Основна зарплатня виробничих робітників 66.8 137592 4.Додаткова зарплатня робітників 6.68 13759.2 5.Відрахування на соціальні потреби 10.63 21909.9 6.Витрати на утримання та експлуатацію устаткування 0.102 210 7.Загальновиробничі витрати 33.4 68796 8.Інші не враховані витрати 0.58 1211.33 9.Адмінісрмтивно-господарчі витрати 35.68 73499.31 10.Виробнича собівартість 392.47 80849.24
6.7 Розрахунок економічноїефективності заходів, запропонованих у проекті
Уданому розділі оцінюєтьсяефективність інвестування засобів на поліпшення технологій.
Економічний ефект НТР визначається заформулою:
Ет = Рт – Зт,
Де Рт – грошова оцінкарезультатів впровадження методів НТР за розрахунковий період, грн.;
Зт – грошова оцінка витратна впровадження методів НТР за розрахунковий період, грн..
Результат від впровадження заходівНТР для кожного року визначається за формулою:
Рt = (Cп – Ср). ВП,
де Сп, Ср –відповідно собівартість покриття на підприємстві й бакалаврській роботі, грн.;
ВП – річний випуск продукції, м2.
Розрахунок витрат для кожного рокувизначається за формулою:
Зt = Ht +Kt,
де Ht – поточні витратипри виробництві покриття, без обліку амортизаційних витрат на реновацію, грн.;
де Кt інвестиційнівитрати, грн..
Розрахунковий період у сфері новоїтехніки приймається рівним нормативному строку її служби, обумовленому нормоюамортизаційних відрахувань. При впровадженні нової технології, нових матеріаліві методів організації виробництва Т=3 роки.
У результаті покращення процесунанесення індієвого покриття собівартість 1 м2 покриття знизилася на51.3 грн. проти заводської, котра складала 443.77 грн. Зниження собівартостідосягнуто за рахунок використання каскадної ванни промивки після ваннитравлення, що знизило витрати води та підвищило якість промивки, а також ваннуловлювання індію, що знизило втрати індію. Також обрано електроліт, що працюєбез підігріву, це зменшило витрати на устаткування та електроенергію, а такожне складний за складом.
Таким чином результат у застосуваннілінії нанесення покриття дорівнює:
Pt = (443.77-392.47).2060 = 105678 грн.
Розрахунок сумарного інтегральногоефекту від впровадження пропонованого виду гальванічного покриття представленийу формі табл. 6.6.
Таблиця 6.6 Розрахунок економічноїефективності від впровадження нового технологічного процесу в гальванічномуцеху.Назва показника Роки розрахункового періоду 1 2 3 4 5 Обсяг інвестицій 29400 Вартісна оцінка результатів 105678 105678 105678 105678 Витрати експлуатації -20400 81114.22 81114.22 81114.22 81114.22 Інтегральний ефект -29400 24563.78 24563.78 24563.78 24563.78 Коефіцієнт дисконтування 1.0 0.9091 0.8264 0.7513 0.6830 Інтегральний ефект з урахуванням приведення -29400 22330.93 20299.5 18454.76 16777.06 Сумарний інтегральний ефект -29400 -7069.06 13230.45 31685.22 48462.28
Річний економічний ефект дорівнює:
Et = Ei/T =48462.28/5 = 9692.45 грн.
Коефіцієнт ефективності дорівнює:
Ep = Et / K=9692.45/29400 = 0.33
Eн =0.15
Термін окупності дорівнює:
Ток=1/Ер=1/0.33 = 3.06 років.
ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ЯкименкоГ.Я., Артемінко В.М., Технічна електрохімія. Ч. З. Гальванічні виробництва:Підручник/ За ред. Б.І. Байрачного. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2006. – 272 с.
2. ДосоянМ.А. Технология электрохимических покритий: Учеб. для средних специальныхучебных заведений/ М.А. Досоян, И.Я. Подольская, Е.В. Сахарова, — Л.:Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. – 391 с.: ил.
3. БайрачнийБ.І., Ляшок Л.В. Рідкісні розсіяні і благородні елементи. Технологіявиробництва та використання
4. Гальваническиепокрытия в машиностроении. Сравочник. В 2-х томах/ Под ред. М.А. Шлунгера. –М.: Машиностроение, 1985 – Т.1. 1985. – 240 с., ил.
5. МельниковП.С. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. – М.: Машиностроение,1979. – 296 с., ил
6. Каталогтехнологий для Химко-гальванических производств и підготовка передокрашиванием. ООО “Сонис”.
7. ШмелеваН.М. Контролер работ по металлопокрытиям. М.: Машиностроение, 1980. – 176 с.,ил.
8. Оборудованиецехов электрохимических покрытый: Справочник/ В.М. Александров, Б.В.Антонов,Б.И. Гендлер и др.: Под ред. П.М. Вячеславова. Ленингр. отд-ние, 1987. – 309с.: ил.
9. ЯкименкоГ.Я., Харченко Е.П. Алгоритми і програми розрахунків в технічній електрохімії.Ч. 1. Гальванічні виробництва: Навч. посібник,– Харків: НТУ “ХПІ”, 2002, 234 с.
10. ГОСТ12.0.003-74*. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.-Введен 01.01.76.
11. Макаров Г.В.и др. Охрана труда в химической промышленности. – М.: Химия.1989.- 568 с.
12. Основиохорони праці: навчальний посібник / за ред… проф. В.В.Березуцького.-Х.: Факт,2005.-480 с.
13. ДНАОП0.03-3.01-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. –Действует с 01.01.72
14. ГОСТ12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочейзоны. – Введен с 01.01.89.
15. ГОСТ 12.1.007-88.ССБТ. Вредные вещества. Классификация. Общие требования безопасности. – Введенс 01.01.89.
16. НАПББ.03.002-2007. Норми визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніхустановок за вибухонебезпечною і пожежною небезпекою.– ДІЄ с 03.12.2007.
17. ГОСТ12.1.004-91*. ССБТ Пожарная безопасность. Общие требования. – Введен с 1.07.95
18. ГОСТ12.1.044-89*. ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатурапоказателей и методы их определения. –Введен с 1.01.91
19. ГОСТ 12.1.011-78*.ССБТ. Смеси взрывоопасные. Класификация и методы устранений.-Введен.01.01.79.
20. ГОСТ12.1.010-78*. ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования. – Введен с 01.01.79.
21. Правилаустройства электроустановок. ПУЭ-87. – М.: Энергоатомиздат,1987.-648 с.
22. Справочникпо технике безопасности / сост. П.А. Долин. – М.: Энергоатомиздат,1987.- 824 с.
23. СНиП2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование. — М.: Стройиздат,1992.-64 с.
24. ЛазаревН.В. Вредные вещества в промышленности. Ч.1.Органические вещества. –М.: Химия,1976. – 400 с.
25. ЛазаревН.В. Вредные вещества в промышленности. Ч.2.Неорганические вещества иметаллические соединения. – М.: Химия,1976.-320 с.
26. ДБНВ.2.5-28-2006. Природне і штучне освітлення. – К.: Мінбуд, 2006.-78 с.
27. ГОСТ12.1.003-83*. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. –Введен с 1.07.89.
28. ГОСТ12.1.012-90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. – Введен с01.01.91.
29. ГОСТ12.3.002-91*. ССБТ. Процессы производственные.Общие требования безопасности. –Введ.01.01.92.
30. ГОСТ12.2.003-91*.ССБТ. Оборудование производственное.Общие требования безопасности.– Введ. 01.01.92.
31. ГОСТ12.1.030-81*. ССБТ. Элетробезопасность. Защитное заземление. Зануление. — Введен с 01.01.82.
32. НПАОП40.1-1-32-01. Правила будови електроустановок. Електрообдаднання спеціальныхустановок –. Діє з 01.01.02.
33. ГОСТ12.1.018.-93. ССБТ. Пожаровзрывобезопасность статического электричества.Общиетехнические требования. – Введен.01.01.94.
34. ДБНB.1.1-7-02. Пожежна безпека об’єктів будівництва – Діє з 01.01.03.
35. ДСТУ2272-2006. ССБП. Пожежна безпека. Терміни та визначення – Діє з 01.01.07.
36. ЩербинаЯ.Я. Основы противопожарной техники. – Вища школа, 1989.-265 с.
37. НАПБА.01.001-2004. Правила пожежної безпеки в Україні. – Діє з 22.06.05.
38. ДСН3.3.6.037-99. Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку – K,1999.
39. ДСН3.3.6.039 — 99. Санітарні норми виробничої загальної та локальної вібрації. — К.: 1999.
40. ДСН3.3.6.042-99 Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень — К.: 2000
41. ДСТУ2273-2006. ССБП. Техніка пожежна. Терміни та визначення. – Діє з 01.01.07.
ВИСНОВОК
У даному проекті розроблена дільниця нанесенняфункціонального покриття індієм. Оскільки продуктивність 2000 м2/рік,то для організації виробництва була вибрана лінія ванн стаціонарного типу.Обробка деталей проводиться на підвісках розміром 250х600х200 мм. У ваннізнаходяться одна катодна штанга на яку завішується дві підвіски. Середнєзавантаження на одну підвіску становить 16.5 дм2. Річна кількістьзавантажень складає – 12484.8. Розраховано такт роботи лінії: він складає 35хв. Виходячи з такту роботи лінії та тривалість технологічної операціїнанесення покриття прийнято одну ванну індіювання, для всіх інших операційвикористовується також по одній ванні. Розраховані розміри електрохімічних тахімічних ванн вони складають 800х710х1000 мм та 800х500х1000 мм, відповідно.
Індієве покриття наноситься на деталіз вуглецевої сталі. Поверхня деталі має жирові забруднення та шар оксидів, длявидалення яких застосовуємо електрохімічне знежирення у стандартному розчині тахімічне травлення у розчині хлоридної кислоти з інгібітором КІ-1. Осадженняпокриття проводиться з пірофосфатного електроліту індіювання, якийхарактеризується високою якістю покрить. Даний електроліт є нетоксичним тапростим за складом і забезпечує високий вихід індію за струмом.
На електронній обчислювальній машинівиконані розрахунки витрат хімікатів та матеріалів на запуск лінії та виконаннярічної програми; витрат води на промивні операції; витрат електроенергії наелектрохімічні процеси та розрахунок пристроїв нагрівання електролітів і витратенергоносіїв.
Розроблені заходи з охорони праці,які дозволяють створити безпечні умови праці на дільниці.
Виконане техніко-економічне обґрунтуванняпроекту, розрахована собівартість 1 м2покриття, якастановить 392.47 грн. та термін окупності капітальних витрат на виробництво, щоскладає 3.06 роки.