вначале нейтрализуется азотная кислота, а затем образуется осадок гидроокиси цинка. После полной нейтрализации гидро­окись цинка отфильтровывается в специальных фильтрах, а очи­щенная вода выпускается в канализацию.

Техническая характеристика машины ФТЭ-50Н

Машина

7.3. Расчет системы охлаждения травильной машины фтэ-50н

Особенностью работы травильной машины является выделе­ние энергии в результате экзотермической реакции травления. В качестве травящей эмульсии используется азотная кислота с защитным препаратом «Рубин». Для поддержания оптималь­ной температуры травления +27°С необходимо постоянно ох­лаждать раствор эмульсии.

189

7.1. Технологические режимы работы травильных машин

Показатели работы на машинах

Режимы работы

новых скоростных

ранее выпускавшихся

Состав травящего раствора при об­щем объеме 80 л:

3,0 14,3

27 1200

1,5—5

2,0 14,3

35 1800

10

защитный препарат «Рубин», л азотная кислота плотностью 1,35 г/см, л

Температура раствора, °С Скооость вращения насоса в рабо­чем режиме, об/мин Технологический напор, см

растворе объемом 80 л вытравливать 8 пластин с сюжетом га­зетной полосы вместо 6 пластин, которые вытравливались при прежних режимах. Это обеспечивает возможность уменьшения расхода травящего раствора. Для реализации этой возможно­сти оператору необходимо в процессе травления периодически корректировать состав травящего раствора за счет корректи­рующей добавки кислоты.

При новых условиях травления требуется меньшее количе­ство кислоты для корректировки раствора. Продолжительность травления формных пластин с комбинированным сюжетом со­ставляет на новых машинах: для первой пластины — 8 мин, для второй — 9 мин, для третьей—10 мин и т. д. Важнейшей осо­бенностью работы новой машины является то обстоятельство, что технологический напор раствора на формную пластину на протяжении всего процесса травления поддерживается постоян­ным и равен ориентировочно 10 см.

Наличие в травильном отделении центральной емкости с кислотой и системы трубопроводов централизованной подачи, по которым раствор подается к каждой машине, улучшает тех­нику безопасности и облегчает труд травильщиков.

Поскольку в настоящее время остро стоит вопрос о защите водной среды от промышленных отходов, необходимо принимать меры по очистке сточных вод из цинкографии, так как они со­держат токсичные и вредные вещества: кислоты, соли, поверх­ностно-активные вещества, углеводородные растворители.

В установках для очистки и нейтрализации промстоков от вредных веществ эмульсионного травления на первом этапе применяется отстаивание, во время которого более легкие ПАВ и углеводороды всплывают наверх и отделяются от водной фазы. Оставшийся раствор нейтрализуют в специальном резер­вуаре раствором едкого натра до рН около 8,5—8,8. При этом

188

Размер

обрабатываемых

формных пластин, мм: максимальный минимальный толщина

Регулирование частоты вра­щения насоса, об/мин:

в режиме эмульгирования в режиме травления

Стабильность вращения при­вода насоса, %

Положение струйных отвер­стий распределителя относи­тельно зеркала травящего раствора

Объем травящего раство­ра, л

Высота струй травящего раствора над распределителем, мм (при частоте вращения на­соса 1800 об/мин)

Диапазон регулирования

температуры травящего раст­вора, °С

Автоматизированные опера­ции

Общая установленная мощ­ность, кВт

Напряжение сети, В

Габаритные размеры, мм:

длина ширина высота Масса, кг

500—650

90-120

От 1,5 до 2,0

Бесступенчатое

От 600 до 700

От 1000 до 2000

±1

Затопленное

Переменный: от 40 до 120 160

От 22 до 35

Терморегулирование раствора,

цикл травления

11

380

Силовой Пульт Холо-

шкаф управ- дильная

ления машина

1330	740	400	1000
1620	400	480	430
1100	1010	1400	70
660	90	40	210

К оличество тепла, которое нужно отвести от раствора, мож­но определить, исходя из производительности машины —6 пла­стин в час (формат 500X600 мм) и теплового эффекта химиче­ской реакции травления:

Zn + 2HN0₃ = Zn(N0₃)₂ + H₂ f . (7.1)

Тепловой эффект реакции можно определить по формуле

АЯ=2Я₁-2Я₈, (7.2)

где АЯ-тепловой эффект реакции, кДж/моль; ЕЯ! —сумма энтальпии исходных продуктов, кДж/моль; 2Я₂ —сумма эн­тальпии продуктов реакции, кДж/моль.

Ztfj - Я°₂₉₃ Zn + //§93 HNO3 (7.3)

2Я₂ = Щ₉з Zn (N0₃)₂ -f Щ₉₃ Я₂, (7.4)

где

= 0;

я§₉₃г_п

//§9з Ш0₈=—170,2 кДж/моль; Я§₉з Zn(N0₃) - - 970 кДж/моль; Я§₉₃Н₂==0.

АЯ = 0 + 2(-170,2)-(-970)-0-629,6кДж/моль.

Молярная масса цинка M_Zn составляет 65,37 г. Это значит, что при растворении 65,37 г цинка выделится энергия, равная тепловому эффекту химической реакции —629,6 кДж.

По экспериментальным данным, при травлении одной пла-стикы формата 500X600 мм при глубине травления 350 мкм в среднем растворяется 320 г цинка —m_Zn. Зная производитель­ность машины, определяем количество энергии, выделяющейся за 1 с:

Q

^Zn /?ср

А#,

A4_Zn-3600

(7.5)

-средняя производительность машины в час. 320-6

где Я_ср

Q

•629,6-5,14 кВт.

65,37-3600

Это и будет требуемой хладопроизводительностью холо­дильной установки. Охлаждение можно производить как холо­дильным агрегатом с испарителем, так и змеевиком с холодной водопроводной водой, погруженным в ванну с раствором. Выбор останавливают на более рациональном варианте.

Основными уравнениями для расчета тепловых аппаратов являются:

уравнение теплопередачи

Q=KF(T_X-TJ, (7.6)

где К — коэффициент теплопередачи, кВт/м² К; F — площадь теплообмена, м²; Т\ — температура горячей жидкости, К; Т₂ — температура холодной жидкости, К, уравнение теплового баланса

Q = UMTi-T5) = UMT2-T2), <⁷'⁷)

где Wi и W₂ — водяные эквиваленты, кВт/К;

W = V-p-c,

где V — объемный расход, м³/с; р — плотность, кг/м³; с — теп­лоемкость, кДж/кг-К.

Индексы: V— температура на входе в змеевик; Г" — тем­пература на выходе из змеевика.

Охлаждение производится змеевиком, сконструированным по принципу «труба в трубе», и встречным движением хлад­агента и охлаждаемой среды. Из конструктивных соображений диаметр змеевика охлаждения принимается около 25 мм. В свя­зи с тем что температура вдоль поверхности теплообменника изменяется незначительно, можно заменить средиелогарифмиче-ский температурный напор среднеарифметическим. При этом вносится погрешность не более 3%. Таким образом получим

Д*=-1-(Д*'+ДГ), (7.8)

где Д/'= Т[ — Т₂ и Д*"= П —П.

Расчет параметров змеевика охлаждения проводится по той же методике, которая рассмотрена в п. 6.2, применительно к системе термостатирования проявочных машин. В качестве охладителя можно выбрать холодную воду или специальный хладагент. Если провести расчет змеевика с использованием в качестве охладителя воды при /=15°С, то длина змеевика по­лучится более 40 м. Змеевик такой длины в травильной машине ФТЭ-50Н разместить невозможно.

Поэтому в травильных машинах, как правило, используют хладагент — хладон-12 с температурой кипения минус 20 °С. В этом случае температуру испарителя можно принять неизмен­ной по всей длине (Т₂=—20°С). Тогда температурный напор составит

Ы^Т₁ — Т_а = 27 — ( — 20) = 47°С. (7.9)

По формуле (7.6) находим величину K-F:

/(F=-Ј- = AH=0,ll кВт. (7.10)

190

191

Коэффициент теплоотдачи от кипящего фреона или хладона определяется экспериментально и составляет 0,5-4-0,7 кВт/м²°С. Тогда коэффициент теплопередачи на едини­цу длины трубы будет равен:

К, ! = 6,23- Ю-³ кВт/м°С.

___!___ _1_ 0,027 1

0,46:0,027 2:0,3 " 0,025 ⁺ 0,5-0,025

В результате длина змеевика будет равна / KF 0,11 _1Q

/ ₌ = ! гк/ 18 M.

Ki 6,23-Ю-³

С учетом коэффициента запаса общая длина змеевика ох­лаждения принимается равной 20 м.

Включение и выключение электронагревателя и холодиль­ного агрегата осуществляется электронным регулятором темпе­ратуры, датчик которого непосредственно погружен в травящий раствор. На терморегуляторе устанавливается необходимая ра­бочая температура раствора, которая поддерживается на про­тяжении всего процесса травления с точностью ±1°С.