Диплом Султан.output

где ген

где qводы – количество воды, уносимое с деталями;

скэ – удельная теплоемкость электролита при его конечной температуре.

Джоулево тепло:

	0,75∙ ген	∙	∙
QДж =		в	э	,
	60 ∙1000

– минимальное напряжение на генераторе тока;

э − продолжительность электролиза.

Часовые потери теплоты от охлаждения деталей:

нагробщ = дет ∙ сдет ∙ ( к − хол.в),

где сдет − удельная теплоемкость материала деталей:

тепловой поток для поддержания температуры раствора и компенсации потерь:

ПОД = потст + потобщ + потдет + потунос+ потнагр + потхол.в − дж

Определение длины змеевика

Средняя температура раствора в ванне:

	ср		к − н
	Тэ	=
			2

Средняя температура горячего теплоносителя:

т.н − т.н

Тсрэ = вх 2 вых,

где вхт.н, выхт.н − температура горячего теплоносителя на входе в теплообменник и выходе из него.

Определение коэффициента теплопередачи

Средний диаметр трубы:

	ср =	нар − вн	,
		2

где нар, вн − наружный и внутренний диаметр трубы.

91

Расход греющего пара при нагреве:

нагр		общ	· 1,05
	= нагр			,
г.п.		сп ∙ 0,95

где сп − удельная теплота конденсации пара.

Расход греющего пара при работе:

	раб	= пот · 1,05,
	г.п.		сп ∙ 0,95
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубы:
		общ		∙ 1000
	= 1,36 ∙ ∙ √	нагр				∙ 10,35 ∙ −0.25			,
1								вн

где – коэффициент, объединяющий физико-химические константы воды и пара;

F – поверхность теплообмена; l – длина трубы.

Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к раствору:

2	=	∙ в ∙ Тср0,25
				,
		нар
где в − коэффициент теплопроводности			воды при средней температуре
раствора.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

r= 2 + т ,

з т

где - з– среднее значение теплопроводности загрязнений стенки;

т – толщина стенки трубы теплообменника;

т – теплопроводность материала трубы теплообменника.

Коэффициент теплопередачи от конденсированного пара к воде:

92

1 K= 1 + + 1

1 2

Проверочное значение температуры стенки:

1	= т.н −			∙ ∆ср
пров	вх			1
2	= т.н	−	∙ ∆ср
пров	вых			2

Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны:

F= нагробщ ∙1000

∙Тср

Длина змеевика для нагрева:

L=
		ср	∙
Тепловой расчет
					Таблица 12
РАСЧЕТ ТЕПЛА НА НАГРЕВ РАСТВОРА ВАННЫ
Длина ванны (внутренний размер), м					1
Ширина ванны (внутренний размер), м					1
Высота ванны (внутренний размер), м					0,63
Толщина стенки ванны, м					0,005
Плотность материала ванны, кг/м3					7850
Толщина футеровки, м					0,005
Плотность материала футеровки, кг/м3					1,14
Высота раствора в ванне, м					1,1
Объём корпуса ванны, м3					0,025
Масса ванны, кг					199
Объём футеровки, м3					0,025
Масса футеровки, кг					0,005
Поверхность зеркала раствора, м2					0,71
Объем металла в деталях и анодах, м3					0,029
Общая поверхность стенок и дна ванны, м2					5,08
Объем раствора, м3					0,771
Удельная теплоемкость раствора при его нам. тем-ре, Дж/кг·К					4190
Плотность раствора, кг/м3					1260
Удельная теплоемкость материала корпуса ванны, кДж/кг·К					0,462
Удельная теплоемкость материала футеровки, кДж/кг·К					0,13
Начальная температура раствора, °С					18
Конечная температура раствора, °С					35
Масса р-ра, кг					832
Часовой расход тепла на нагрев раствора, Qp, кВт· ч					12,22
93

Расчет коэффициента теплоотдачи от раствора стенке

Температурный коэффициент объемного расширения, 1/К	5.70Е-04
Температура стенки со стороны раствора, °С	63
Кинематическая вязкость при при ср тем-ре р-ра, м2/с	415 Е+9
Коэф. динамической вязкости при при ср тем-ре р-ра, Па.с	406 Е+6
Удельная теплоемкость при ср тем-ре раствора, кДж/кг К	4,19
Коэффициент теплопроводности при ср тем-ре раствора, Вт/м·К	6.68Е-01
Критерий Грасгофа	1.26826Е+11
Критерий Прандтля	0,0033
Критерий Нуссельта	94,32
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке, Вт/м2·К	50,41
Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки воздуху
Температура наружной поверхности стенки ванны, °С	20
Температура воздуха, °С	18
Общий коэф.теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/м2·К	9,88
Определение коэффициента теплопередачи
Коэфициент теплопроводности материала ванны, Вт/м·К	17,5
Коэфициент теплопроводности материала футеровки, Вт/м·К	34,9
Коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К	8,25
Расчет потерь теплоты за счет теплопроводности,
Конвекции и лучеиспускания через стенки
Часовые потери тепла через стенки и дно ванны, кВт	0,08
Расчет потерь теплоты за счет испарения
Скорость движения воздуха над поверхностью электролита, м/с	0.5
Влагосодержание воздуха непосредственно над поверхностью электролита при температуре
раствора, кг/кг	0,034
Влагосодержание окружающего воздуха, кг/кг	0,0065
Часовые потери теплоты за счет испарения, кВт	0,32
Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции, кВт	0,01
Общие часовые потери теплоты с поверхности раствора, кВт	0,33
Уд. теплоемкость воды, кДж/кг К	4,19
Температура добавляемой холодной воды, °С	9
Час. потери теплоты от добав. хол. воды взамен испаряемой. кВт	0,01
Часовые потери теплоты на нагрев стенок ванны, кВт	0,05
Тепловой поток для нагрева р-ра и компенсации потерь. кВт	2,69
Удельная теплоемкость раствора при его кон. тем-ре, кДж/кг·К	4,18
Количество воды, уносимое с деталями, кг/с	0,03
Тепловые потери от уноса раствора из ванны, кВт	2,63
Коэф., учит, долю эл.энергии, превращаемой в теплоту (0,6-0,9)	0,75
Джоулево тепло, кВт	1,338
Масса обрабатываемых деталей, кг/с	0,023
Уд. теплоемкость материала деталей, кДж/кг·К	0,50
Часовые потери теплоты на нагрев деталей, кВт	0,023
94

Тепловой поток для поддерж. тем-ры р-ра и компенс. потерь,кВт	-0,84
Определение длины змеевика
Средняя температура раствора в ванне, °С	19
Тем-paгорячего теплоносителя на входе в теплообменник, °С	110
Тем-paгорячего теплоносителя на выходе из теплообменника, °С	108
Средняя температура горячего теплоносителя, °С	109
Уд. теплоемкость воды при ср. тем-ре гор. теплоносит., кДж/кг·К	4,23
Температура конденсации греющего пара, °С	100
dtcp	81,1
Средняя температура р-ра, °С	28,9
Средний температурный напор в режиме нагрева, К	81,00

Определение коэффициента теплопередачи

Наружный диаметр труб, м		0,057
Внутренний диаметр труб, м		0,053
Средний диаметр труб, м		0,055
Уд. теплоемкость воды при ср. р-ра, Дж/кг·К		4180
Разность температур горячего теплоносителя, К		8
Коэф. динамической вязкости при ср.р-ра, Па.с		6.57Е-04
Коэф. объед.ф-х константы воды и пара		8,30
Поверхность теплообмена (задаемся), м2		1,60
Длина трубы (задаемся), м		2,00
Уд. теплота конденсации пара		2248,00
Расход греющего пара при нагреве кг/ч		5
Расход греющего пара при работе, кг/ч		1
а1 коэф. теплоотдачи от пара к стенке трубы, Вт/(м2·К)		1231
Коэф. теплопроводности воды при ср. р-ра, Вт/(м·К)		0,634
Критерий Нуссельта для раствора в ванне (задаемся)		124,34
а2 коэф. теплоотдачи от стенки трубы р-ру, Вт/(м2·К)		3207,00
Толщина стенки трубы теплообменника, м		0,002
Теплопроводность материала трубы теплообменника, Вт/(м·К)		34,9
Среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенки, Вт/(м2·К)		5800
Проверочное значение температуры стенки	1	67
Проверочное значение температуры стенки	2	91
Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны, м2		0,05
Длина змеевика для нагрева ванны, м		3,14

Для процесса электрохимического обезжиривания и нанесения никелевого покрытия по полученным данным SU1 выбираем стандартные плоские шины размерами 30x3 мм с сечением 90 мм2.Нагрузка постоянного тока - 400 А.

Источники питания

Выпрямители модельного ряда «Пульсар ПРО» выпускаются ООО

«Навиком» практически с начала 2000-х годов.

95

		Марка
		выпрямите				Масса
		ля		Мощность,
					Габариты	нетто, кг
		(буква Р		кВт
					ШхГхВ,	(в
		обозначает	Выходн	(нагрузки; в
	Операция				мм(размеры в	скобках
		возможнос	ой ток,	скобках –
					скобках – с	– с
		ть	А	потребляема
					реверсом)	реверсо
		исполнени		я)
						м)
		я
		реверсом)
	Эл. хим.
	обезжириван	Пульсар
	ие/
		ПРО (ПРО			280(320)х420х2
	никелирован		100	0,45(0,7)		12 (13,5)
		Лайт)			95
	ие
		100/6(Р)-54
	полублестящ
	ее
		Пульсар
	Никелирован	ПРО (ПРО
	ие	Лайт)	400	3,6 (5,6)	520х640х440	47 (50)
	блестящие	400/12 (Р)-
		54

3.13 Методы очистки сточных вод, содержащих кислоты, щелочи и ионы тяжелых металлов

Ионообменный метод Гетерогенный ионный обмен или ионообменная сорбция - это процесс

обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы - ионита. Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси, очищать воду до ПДК с последующим ее использованием в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

Главный недостаток технологии ионного обмена состоит в том, что для выделения из воды элементов или солей необходимы регенерирующие кислоты

96

или щелочи, которые впоследствии в виде солей поступают в окружающую среду, вызывая вторичное загрязнение последней.

Реагентный метод.

Химическая нейтрализация кислых и щелочных вод происходит по реак-

ции:

H+ + OH- =H2O.

Нейтрализация свободных минеральных кислот достигается добавлением растворенных в воде щелочных реагентов. Ионы тяжелых металлов при нейтрализации превращаются в труднорастворимые гидроокиси, выпадающие в осадок:

Ме2++2OH- =Ме(ОН)2,

Ме3++ЗОН- =Ме(ОН)3.

Преимущества, простота эксплуатации, возможность автоматизации непрерывной очистки до ПДК.

Недостатки: непригодность использования очищенной воды в оборотном цикле из-за большого солесодержания. Потребность в значительных площадях для шлам отвалов.

Сорбционный метод

Используется как для обезвреживания сточных вод от органических веществ.

При фильтрации сточных вод через сорбент (активированный уголь, циолит) на его поверхности сорбируются ИТМ. Сорбент после определенного времени использования необходимо регенерировать. Очистка сточных вод производится на гранулированных адсорберах с полотым, взрыхленном и псевдоcжиженным слоем. Также применяются аппараты на пылевидных сорбентах либо с перемешиванием воздуха, либо намывные фильтры.

Преимуществом данного метода является отсутствие вторичных загрязнений, возможность рекуперации собранных веществ и высокая, до 95%, степень очистки, а недостатком - значительная стоимость сорбентов и необходимость узла регенерации.

97

Мембранный метод

Мембранная же технология основана на применении мембран, которые способны задерживать практически все многовалентные катионы. Для удаления ионов никеля и меди может применяться гиперфильтрация (обратный осмос). Процесс гиперфильтрации состоит в отделении воды от ИТМ через полупроницаемую мембрану. Диаметр пор такой мембраны составляет 0,001 мкм. Вода подается под давлением 60 - 100 атм. Гиперфильтр задерживает 50-70 % примесей. Поэтому применение мембран для очистки промывных сточных вод и регенерации электролитов представляется наиболее перспективным.

3.14 Выбор способа очистки сточных вод

Для очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов применяю реагентный способ, после которого воды направляются на доочистку ионообменным методом.

Схема очистки сточных вод реагентным методом.

Схема установки реагентного метода очистки сточных вод.

98

1 - Щелочь; 2 - окислитель; 3 - кислота; 4 - восстановитель; 6 - очистка от ионов тяжелых металлов; 7 - нейтрализация; 8 - отстаивание; 9 - обезвоживание; 10 - флокуляция; 11 - шламонакопитель; 2_ - стоки тяжелых металлов; 3 - кислые стоки; 4 - щелочные стоки; _5 - стоки содержащие ионы тяжелых металлов.

Очистка кислотно-щелочных сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, по классической схеме входит в общую схему канализации периодического обезвреживания ионов тяжелых металлов. Каждый вид стоков канализируется отдельно во избежание смешивания, которое может привести к образованию токсичных веществ.

Схема доочистки сточных вод ионообменным методом.

Схема ионообменной установки для очистки сточных вод

1 — емкость усреднения состава; 2 — гравийный фильтр; 3 - аппарат с активированным углем, 4 — катионообменник; 5,6 - анионообменники; 7 - сборник чистой воды для промывки колонн; 8 - усреднитель

Стоки из емкости 1 для усреднения состава и частичного отделения механических примесей направляются в усреднитель 8.

Из аппарата 8 стоки насосом подаются в песчано - гравийный фильтр 2 для очистки от механических примесей. Следующая ступень - очистка активированным углем в аппарате 3 от масла продуктов, ПАВ, биологических примесей и т.д.

99

Отфильтрованная вода направляется в катионообменник 4, заполненный смолой КУ-1. По достижении на выходе концентрации сорбируемых ионов 0,02-0,03 мг.экв/л катионит подвергается регенерации.

Освобожденная от катионов вода поступает в анионообменники 5 и 6, заполненные смолами АВ-17-8, АН-221 и др. При содержании сорбируемых анионов на выходе из аппарата 0,05-0,1 мг/л анионит регенерируют.

Сточные воды направляются на производство (в систему оборотного водоснабжения), а промывные - в сборники концентратов для химического обезвреживания и, в нашем случаи, для извлечения меди и никеля.

100