1.3 Характеристика вспомогательного оборудования
К вспомогательному оборудованию относятся фильтровальные установки, насосы для перекачки электролитов, различные ёмкости для хранения, транспортировки и корректировки растворов, а также сушильное оборудование и источники питания ванн.
Рисунок 1.6 – фильтр-пресс рамного типа.
Фильтровальные установки предназначены для очистки электролитов от различных загрязнений. Электролиты очищают от механических загрязнений при помощи периодической или постоянной фильтрации. Периодическая фильтрация осуществляется через суконный рамочный фильтр. Для фильтрации электролитов применяют аэрофильтры и переносные фильтры рисунок 1.6.
Наиболее тщательная очистка электролита может быть достигнута при помощи фильтр-пресса, состоящего из чередующихся рам и плит, между которыми проложена фильтровальная ткань [1].
Система фильтрации Titan – семейство автоматических систем фильтрации возвращаемых промывных вод, в которых используются постоянные фильтры взамен обычных сменных фильтрующих элементов, использование которых ведет к образованию производственных отходов. Компьютер поддерживает постоянные характеристики потока, при которых поры фильтра практически не забиваются. Программа обеспечивает минимальную скорость загрязнения фильтра. На рисунке 1.7 представлена установка Titan.
Рисунок 1.7 – Фильтровальная установка Titan
Системы фильтрации Titan специально сконструированы для использования с большинством растворов, включая обезвреженные сточные воды, растворы обезжиривания, гальваностоки. Эти системы поддерживают скорость фильтрации до 113,550 л/ч для обработанных стоков, 45,420 л/ч для гальваностоков и 10,219 л/ч для растворов обезжиривания. Система может обрабатывать растворы обезжиривания при температуре до плюс 880С. Коалесцентные системы используются для разделения систем жидкость/жидкость не эмульсионного типа, при температуре до плюс 650С. Они отделяют масла от промывных вод, растворов обезжиривания, гальванических ванн и различных сточных вод [14].
Как для фильтрации, так и для перекачки растворов необходимы насосы. Различают насосы двух основных типов: динамические и объемные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него. Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, подразделяются на лопастные (центробежные и осевые) и насосы трения (вихревые и струйные). В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при изменении замкнутого объема жидкости, который периодически сообщается со входом в насос и выходом из него. Группа объемных насосов включает насосы, в которых жидкость вытесняется из замкнутого пространства телом, движущимся возвратно - поступательно (поршневые, плунжерные, диафрагменные насосы), или имеющие вращательное движение (шестеренчатые, пластинчатые, винтовые насосы).
В зависимости от характера перекачиваемого электролита применяют кислотостойкие или щелочестойкие насосы. Наиболее часто применяют насосы ХД – центробежные для химических производств с горизонтальным подводом жидкости по оси, центробежные погружные насосы ХП, центробежные герметичные насосы ЦНГ, насосы – дозаторы НД.
Центробежные химические насосы ХД применяют для подачи кислот, щелочей и солей. Производительность таких насосов 5-100 м3/ч, допустимая высота всасывания 5-6 м водяного столба. На рисунке 1.8 центробежный насос.
Рисунок 1.8 – Центробежный насос
Насосы центробежные погружные ХП применяют для перекачивания химически активных чистых и загрязненных жидкостей с температурой до 80оС. Содержание абразивных включений в перекачиваемой жидкости должно быть не более 0,2% по массе и размером частиц до 0,2 мм. В частности, насосы ХП в цехах гальванопокрытий применяют для перекачивания из сборников кислых и щелочных промывных стоков, загрязненных шламом и фильтрующими материалами, углем, асбестом. Производительность таких насосов 5-25 м3/ч, напор не превышает 25 м водяного столба.
Насосы центробежные герметичные ЦНГ взрывозащищенного исполнения, применяют для перекачки электролитов хромирования и концентрированной серной кислоты. Производительность их 10 м3/ч, допустимый напор 21-55 м водяного столба.
Насосы-дозаторы НД – одноплунжерные горизонтальные насосы простого действия с подачей, регулируемой вручную при остановленном электродвигателе. Насосы-дозаторы применяют для объемного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий с концентрацией неабразивной твердой фазы до 10% по массе при температуре до 200оС. В гальванических цехах эти насосы применяют для выполнения корректировочных работ по подаче кислых и щелочных растворов. После окончания перекачки жидкостей, склонных к выделению солей и кристаллизации, необходимо промыть насос, что предупреждает преждевременный износ плунжера и уплотнения. Производительность таких насосов 0,6-2,5 м3/ч, максимальное давление нагнетания 1Мпа.
Для сушки деталей в автоматических линиях применяют открытые сверху сушильные камеры, удобные для загрузки и выгрузки. Сушка в них осуществляется обдувом деталей горячим воздухом. Сушильные камеры выполняются двух видов: для сушки деталей на подвесках и насыпью.
В настоящее время получают распространение сушильные камеры для сушки деталей непосредственно в барабанах без перегрузки. Камера сушильная состоит из корпуса, двух электрокалориферов, вентилятора, воздуховодов, подъёмного лотка, пневмоцилиндра и поста управления пневмоцилиндром. Корпус оборудован опорами-ловителями для фиксации подвесочных рам. Сушка деталей производится в камере нагретым воздухом. Камера позволяет производить сушку деталей на подвесках. Стенки камеры теплоизолированы материалами из стекловолокна. Рабочее давление сжатого воздуха, подводимого к пневмоцилиндру 0,5 МПа [16,18]. На рисунке 1.9 представлена сушилка для сушки в барабанах[9].
1 – внутренний корпус; 2 – внешний корпус; 3 – нагреватели; 4 – вентилятор; 5 – барабан; 6 – обрабатываемые детали; 7 – место подачи подогретого воздуха.
Рисунок 1.9 – Установка фирмы Schering для сушки деталей в барабанах.
Для питания гальванических ванн используется постоянный ток, получаемый от источников питания – полупроводниковых выпрямителей. От технических характеристик источников питания зависит эффективность технологического процесса: качество гальванопокрытий, производительность, экономические показатели.
Источник питания VEB GALVANOTECHNIK LEIPZIG рисунок 1.10. Параметры 20 В, 1500А, не поддерживает реверса. Масса выпрямителя 980 кг.
Рисунок 1.10 – Источник питания
Выпрямитель состоит из трансформатора, преобразующего ток высокого напряжения (220 или 380 В) и малой силы в ток низкого напряжения и большой силы, и электрических вентилей главным образом на основе тиристоров, преобразующих переменный ток в постоянный.
Наиболее распространены выпрямительные агрегаты серии ВАК и ВАКР (В – выпрямительный, А – агрегат, К – кремниевые вентили, Р - реверсивный). Агрегаты имеют ручное плавное регулирование выпрямленного напряжения, автоматическую стабилизацию выпрямленного напряжения и тока с точностью стабилизации ±5%, плотности тока с точностью стабилизации ±10%. Реверсивные агрегаты серии ВАКР, кроме того, могут работать в следующих режимах: ручное и автоматическое реверсирование выпрямленного тока, длительная работа с любой полярностью выпрямленного тока. Ориентировочный срок службы агрегатов 15-20 лет. Вероятность отказа при работе на протяжении 500 ч не ниже 0,75.
В связи с возросшими требованиями к качеству гальванопокрытий и с развитием новых комплектующих изделий (сильноточных тиристоров, микросхем и т.п.) была разработана и активно внедряется в производство новая серия преобразователей типов: ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ (Т - тиристорный, Е - естественное охлаждение, В - водяное охлаждение тиристоров, Р - реверсивный, И — импульсный). В выпрямителях этой серии существенно улучшены технические показатели: повышена точность стабилизации напряжения и тока до ±3 %, а плотности тока - до ±6 %, снижена пульсация выпрямленного тока, предусмотрено дистанционное и программное управление выпрямителями, повышен КПД на 1-1,5 %, уменьшены габаритные размеры, унифицированы схемные и конструктивные решения агрегатов и их узлов, что в свою очередь улучшило их ремонтоспособность. Диапазон ручного регулирования тока и напряжения от 10 до 100%. Реверсивные агрегаты позволяют получать постоянный ток с автоматической и ручной сменой его полярности. В агрегатах предусмотрена раздельная установка значений постоянного тока и напряжения каждого направления с длительностью от 2 до 200 с (дискретность 2 с) прямого тока и от 0,2 до 20 с обратного тока (дискретность 0,2 с). Импульсные агрегаты ТВИ обеспечивают на выходе как импульсный ток, так и постоянный. Длительность импульсов тока от 0,01 до 0,1 с и пауз между ними от 0,03 до 0,5 с. Импульсные агрегаты в зависимости от типа комплектуются дополнительными устройствами: пультом дистанционного управления, пультом программного управления, сглаживающим реактором.
Варьируя только электрическими параметрами, можно повысить производительность гальванического процесса в 1,5-1,7 раза. Это стало возможным при использовании тиристорного источника тока (ТИТ). Он позволил получить новую форму тока – синусоидальную с отсечками. Покрытия при этом отличаются высокой плотностью, твердостью до 50-60 ед. HRZ, мелкозернистостью и износостойкостью в 1,2-1,3 раза превышающей другие гальванические покрытия[18].
Известно устройство для автоматического регулирования средней плотности тока в гальванической ванне. Оно содержит регулируемый источник тока, подключенный к аноду и катоду, блок управления источником тока и датчики средней плотности, объединенные в две группы. Особенностью устройства является то, что с целью повышения точности регулирования средней плотности при обработке деталей сложной формы путем учета изменения поляризационного потенциала в процессе электролиза, оно снабжено тремя дифференциальными усилителями, программным задатчиком плотности тока и блоком сравнения [19].
Известно устройство для питания гальванических ванн импульсным током, которое относится к гальванотехнике и может быть использовано для питания гальванических ванн импульсным током. Устройство содержит последовательно соединенные между собой узел коммутации, содержащий тиристор, коммутирующий конденсатор и тиристорный переключатель с согласующими элементами и регулируемым блоком задержки. Данное устройство позволяет получать плавно регулируемую частоту и скважность импульсов тока, стабильно поддерживать их временные характеристики, что позволяет более точно устанавливать максимально допустимую плотность тока гальванической ванны и тем самым интенсифицировать процесс [20].
Для использования в гальванотехнике, в частности для питания гальванических ванн при нанесении одно- и многослойных гальванических покрытий, известен электро-преобразователь. Расширение функциональных возможностей достигается за счет того, что управляющая ЭВМ согласно заданной программе записывает в регистр коды, соответствующие величине входного тока, а таймеры – коды, определяющие длительность импульсов прямого, обратного тока и паузы между ними. Повышение надежности достигается за счет включения одного из тиристоров в момент закрывания транзисторного ключа и замыкания дросселя на нулевой вывод источника питания, что устраняет коммутационные всплески напряжения и уменьшает величину помех [21].
Также известно о производстве нового типоряда индукционных расходомеров типа МАГ 6000 для систем водоснабжения и водоподготовки. Принцип комплектования измерительных систем модульный, в состав комплекта входят непосредственно датчик расхода, преобразователь первичного сигнала с цифровой индикацией и др., выходной сигнал может иметь аналоговую или цифровую форму. Предусмотрено выполнение широкого ряда опций, в частности, производится непрерывное фиксирование количества прошедшей воды, при этом показания могут сбрасываться на пульт по сигналу от внешнего пульта, имеются датчики уровней расхода для систем регулирования [22].
Известна блок-схема устройства, позволяющего осуществлять мониторинг, автоматический контроль и регулирование всех технологических параметров процесса гальванического осаждения металла, что, в конечном итоге, обеспечивает высокое качество наносимых покрытий. Принцип действия устройства основан на использовании набора мониторов, отслеживающих значения всех параметров, определяющих режим процесса, в том числе концентрацию всех основных компонентов ванны осаждения и выдающих управляющий сигнал при отключении того или иного параметра от заданного уровня. Указанные сигналы служат для управления клапанами, подающие необходимые реактивы в бак для смешивания, откуда они и поступают в ванну. Система секторов служит для контроля температуры, рН и концентрации тех или иных ионов в ванне. Устройство включает в себя циркуляционную линию для очистки электролита от твердых примесей и разложения тех или иных органических компонентов под действием Н2О2 [23].
С целью расширения технологических возможностей и повышения эффективности процесса удаления газов, аэрозолей и испарений известен способ для регулирования количества отсасываемого воздуха в бортовых отсосах гальванических ванн и установка для его осуществления. Установка для гальванохимической обработки и горячей промывки содержит ванны, бортовые вентиляционные отсосы, оснащенные поворотными заслонками и внешними исполнительными органами для фиксированного поворота последних вокруг своих осей. При этом каждый из бортовых отсосов оснащен элементом с термодеформируемой поверхностью, в качестве которых используют материалы с термомеханической памятью [24].
В гальванических цехах для нагрева растворов в ваннах используют в качестве теплоносителя насыщенный и перегретый пар, электроэнергию и горячую воду. При рабочих температурах раствора 80-90°С и ниже применение пара является предпочтительным как наиболее дешёвого и безопасного способа нагрева.При нагреве ванн нагревательным элементом, помещённым в раствор, используется змеевик. Змеевики могут выполнятся сварными из отдельных труб или гнутыми из одной трубы. Для изготовления змеевиков применяют различные материалы – низкоглеродистую сталь, коррозионно-стойкую сталь, свинец, титановые сплавы, латунь. Змеевики должны быть легкосъёмными для выполнения их ремонта или чистки самой ванны.
Также может осуществляться нагрев трубчатым электронагревателями. ТЭН должен обязательно соответствовать той среде, для работы в которой он предназначен.
Известен способ для защиты трубчатых электронагревателей (ТЭН) от перегрева в гальванической ванне и эффективности нагрева жидкой среды ванн. Способ защиты ТЭН включает поддержание рабочего и контроль аварийного значения уровня жидкости в ванне, при достижении которого отключают ТЭН от источника питающего напряжения. При этом дополнительно контролируют предаварийное значение уровня жидкости[26]. На рисунке 1.11 представлено нагревательное устройство.
Рисунок 1.11 – Электронагревательное устройство
В гальваническом цехе кроме общей вентиляции из верхней зоны помещения и общего притока свежего воздуха большое значение для исключения опасных концентраций вредных веществ имеет местная вентиляция.
Удаление вредностей непосредственно от источников их возникновения – открытых поверхностей гальванических ванн – осуществляется ботовыми отсосами, устанавливаемыми между ваннами гальванической автоматической линии вдоль их длинных сторон. Они обеспечивают хорошие санитарно-гигиенические условия труда [17].
Принцип работы бортового вентиляционного отсоса заключается в том, что всасываемый с большой скоростью через его узкую заборную щель, образует над зеркалом ванны сильную горизонтальную струю. Эта струя препятствует проникновению через неё всасываемого раствора капель и заставляет часть их вернутся в ванну, а другая часть капель и газов увлекается этой струёй в бортовой отсос.
Насосы, подающие раствор в устройства очистки, смонтированы на ваннах обезжиривания, пена удаляется в карман. Предусмотрена периодическая фильтрация электролитов цинкования, по схеме: ванна – запасная емкость, запасная емкость – насос – ванна. Схемой предусмотрена подача электролита из запасной емкости непосредственно в ванну, минуя фильтровальную установку. Переход с работы по одной схеме на работу по другой осуществляется путем переключения соответствующих вентилей.
Достаточно новым является использование эрлифтов для перекачивания жидкостей. Эрлифт представляет собой две емкости. Внутренняя труба имеет сетку отверстий, благодаря чему воздух подаваемый в нее компрессором может вытесняться в межтрубное пространство и ,выталкивая жидкость, перемещает ее в нужном направлении. При этом не происходит контакта агрессивной жидкости с напорным оборудованием [13].
Промышленные сточные воды после обезвреживание и нейтрализации содержат остатки веществ в виде ила (например, гидроокись тяжелых металлов). Для их удаления предназначены установки осветления (седиментации), после чего вода может быть сброшена в канализационную сеть (остаток веществ менее 1 мл/л) или в природный водоем (остаток веществ менее 0,3 мл/л). Преимущества данных установок: небольшая занимаемая площадь, высокая производительность, непрерывное извлечение жидкого или и невозможность «прорывов» ила в осветленную воду, легкая компоновка с предварительными очистными сооружениями. Установка осветления включает в себя два отстойника и «осциллирующую систему отстаивания ила». В первом отстойнике отделяется уже 9% ила, второй отстойник нагружается только пылевидным илом. Осциллирующая система подводится непосредственно к месту отсасывания ила, что является значительным преимуществом. Выпускаются несколько типов установок различной производительности [6].
Известна конструкция аппарата – электрофлотокорректора для обработки металлсодержащих сточных вод. Горизонтальный аппарат состоит из мембранного электролизера, секции электрофлотационной доочистки и шламосбросного устройства. Аппарат работает в непрерывном режиме и обеспечивает утилизацию катионов металлов Cu, Ni, Zn, Cd, Cr, Al и др. индивидуально или в смеси в интервале исходных концентраций 20-300 мг/л в виде гидроксидов, обессоливание и возврат до 90% очищенной воды на повторное использование. При очистке щелочных вод регенерируется до 80-85% щелочи. Время обработки 15-20 мин. Удельные энергозатраты до 3,5 кВт.ч/м3. Основными преимуществами разработанной технологи и оборудования являются универсальность способа, эффективность в сочетании с высокой скоростью процесса, снижение солесодержания воды и возможность возврата очищенной воды и ценных компонентов в технологический цикл, уменьшение количества образующихся шламов [29].
Также существуют методы позволяющие использовать промывочную воду после ряда технологических операций повторно. Например, промывочную воду после операции травления подавать в ванну промывки после операции электрообезжиривания. Кроме вышеперечисленного можно использовать вторичную воду с одной линии, передавая ее на рядом стоящую линию или группу линий. Для подачи воды с одной промывной ванны на другую используют эрлифты, не требующие для их установки дополнительных площадей. Эрлифты представляют собой две соосные полиэтиленовые трубы с подводом сжатого воздуха. Они устанавливаются непосредственно на линии рядом с промывной ванной, в которой будет вторично использоваться промывная вода. Производительность эрлифта регулируется количеством и скоростью подачи сжатого воздуха [9].