Российское общество гальванотехников
и специалистов в области обработки поверхности
карта сайта
Гальванотехника и обработка поверхности №1 за 2017
Содержание
журналов:

Подписка >>
Выпуск № 1 за 2017 год

Торговый Дом “ЭЛМА”: надёжные насосы, фильтровальные установки, нагреватели, мешалки из композита
перейти в каталог...
Каталог производителей и продукции для гальваники
Материалы и химикаты
для гальванопокрытий
» цинкование » хромирование » меднение » никелирование » оловянирование » кадмирование » драгметаллами » для электроники
Конверсионные пк
» оксидирование » фосфатирование » хроматирование » хромитирование Анодирование
Нанесение покрытий на:
» титан и его сплавы » алюминий и его сплавы » ЦАМ » магний и его сплавы » нержавейку Гальванопластика Нанесение покрытий на
изделия заказчика
Оборудование и приборы
» гальванические линии » ванны из пластика » вентиляция » фильтры, насосы, ТЭНы » выпрямители » измерительные приборы » ячейки Хулла Проектирование и реконструкция
гальванических производств
Решение экологических проблем Автоматизация процессов
Покрытия сплавами
» на основе меди » на основе никеля » на основе олова » на основе цинка
Хим. покрытия
» золотые » медные » никелевые Подготовка поверхности Аноды

Rambler's Top100

Вопросы – Ответы

Нагрев раствора химического никелирования паровой рубашкой

Вопрос.

Здравствуйте. Скажите можно ли заполнить пространство между внутренней и внешней ванной паром при химическом никелировании (паровая рубашка). Если нет, то почему. И как рассчитывается расход пара паровой рубашки при хим. никелировании.

 

Ответ.

При обогреве растворов паровой рубашкой форма ёмкости (реактора), как правило, должна быть цилиндрической или сферической формы. Дело в том, что при температуре промышленного пара 120 или 130°С его давление составляет от 2 до 3 атмосфер, соответственно. Для эффективного нагрева раствора химического никелирования до температуры выше 90°С температура греющего пара должна быть не менее 120°С. Если пар с такой температурой и соответствующим давлением подать в ёмкость с прямоугольными стенками, то вероятность, что её раздует, очень велика.

В том случае, если никелирование проводится в низкотемпературных растворах, то рубашку можно заполнить водой, а её подогрев проводить с помощью ТЭНа.

Ванны химического никелирования могут нагреваться либо непосредственно ТЭНами, либо с помощью паровой или водяной рубашки, либо погружными или выносными пластиковыми теплообменниками.

Достоинством парового обогрева является:

  • бóльшая греющая поверхность и, соответственно, более низкая температура греющей поверхности, что снижает вероятность саморазложения раствора из-за перегрева;
  • меньшие расходы на теплоноситель, так как нагрев ТЭНами, как правило, дороже.

Недостатками парового нагрева раствора являются:

  • необходимость устройства паровой рубашки, подведения пара и отвода конденсата;
  • сложность устройств автоматического поддержания температуры рабочего раствора;
  • требуется наличие на предприятии самого пара;
  • предъявляются более высокие требования к прочности корпуса ванны, так как пар подаётся под давлением;
  • требуется установка конденсатоотводчика (устройство, которое пропускает только конденсат и не пропускает пар), для исключения вероятности неполной конденсации пара (пролётный пар).

Достоинства непосредственного обогрева ТЭНами:

  • простота конструкции ванны (отсутствие рубашки);
  • простота и удобство регулирования температуры;
  • отсутствие коммуникаций для подвода пара и отвода конденсата.

Недостатки непосредственного обогрева ТЭНами:

  • Более высокая температура поверхности ТЭНов, что может привести к инициированию саморазложения раствора химического никелирования вблизи и на поверхности ТЭНа.

Достоинства подогрева теплообменниками:

  • простота конструкции ванны (отсутствие рубашки);
  • большая величина поверхности теплообменника по сравнению с поверхностью ТЭНа, что позволяет снизить температуру теплообменника и таким образом снизить вероятность саморазложения раствора.

Недостатки подогрева теплообменниками:

  • если в теплообменник подаётся пар, то требуются коммуникации для подвода пара и отвода конденсата;
  • более сложная и дорогая запорно-регулирующая арматура для автоматического поддержания температуры;
  • необходимость установки конденсатоотводчика.

При расчёте расхода пара для первоначального разогрева раствора и поддержания рабочей температуры необходимо учитывать расход тепла на разогрев раствора и потери тепла через стенки ванны и зеркало электролита.

Расчёт расхода теплоты на разогрев ванны

Количество теплоты Qраз, необходимое для разогрева ванны, рассчитывается по формуле:

Qраз = Q1 + Q2 / 2 ,

где Q1 – расход теплоты на разогрев раствора, материала, из которого изготовлена сама ванна, и на разогрев футеровки ванны;

Q2 – тепловые потери за время разогрева ванны.

В процессе разогрева ванны температура повышается от цеховой до рабочей, поэтому принимается, что в процессе разогрева средняя величина тепловых потерь равна (Q2 / 2).

Величину Q1 определяют как:

Q1 = (V1 · c1 · γ1 + c2 · m2 + c3 · m3)•(tк - tн),

где V1, c1, γ1 – объем, удельная массовая теплоемкость и плотность нагреваемого раствора, соответственно;

c2 и c3 – теплоемкости материалов корпуса ванны и футеровки (для стали - около 500 Дж/кг•град., для винипласта – около 1630 Дж/кг•град., для полипропилена и поливинилиденфторида – 1930 Дж/кг•град.;

m2 и m3 – массы корпуса ванны и футеровки;

tк и tн – конечная и начальная температуры раствора.

 

Для ориентировочных расчётов для разбавленных растворов (с общей концентрацией компонентов до 100 г/л) допустимо принять плотность и теплоемкость воды 1000 г/л и 4180 Дж/кг•град.

Для концентрированных растворов теплоемкость можно рассчитать по принципу аддитивности:

с1 = ∑ сi · рi ,

где сi u рi – соответственно, теплоемкости и массовые доли компонентов раствора, включая воду.

Количество теплоты, расходуемой на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду, складывается из потерь теплоты Q3, отдаваемой нагретой жидкостью через стенки ванны, и потерь теплоты Q4 через зеркало электролита за счёт испарения:

Q2 = Q3 + Q4 ,

Потери теплоты через стенки ванны:

Q3 = k · Fk · tp · (tк - tн) ,

где k - коэффициент теплопередачи через стенки ванны от раствора в ванне к воздуху;

Fk – поверхность корпуса ванны;

tр – время разогрева (обычно 3600—7200 с).

Коэффициент теплопередачи может быть рассчитан как:

коэффициент теплопередачи через стенки ванны от раствора в ванне к воздуху ,

где α1 и α2 – коэффициенты теплоотдачи на границе поверхности стенки с раствором и с воздухом (при свободном движении раствора и воздуха соответственно α1 = 900 Вт/м2·град, α2 = 6 Вт/м2·град);

δ – толщины слоев стенки, м;

λ – теплопроводность отдельных слоев стенки, Вт/(м·град):

для стали – 46; для полипропилена – 0,163—0,22; винипласта – 0,15—0,16; асбеста, иногда используемого для наружной изоляции ванн, – 0,15; минеральной ваты – 0,05.

Пример расчёта коэффициента теплопередачи для полипропиленовой и поливинилиденфторидной ванны с толщиной стенки 15 мм, толщиной теплоизоляционного слоя минеральной ваты 50 мм и толщиной теплоизоляционного кожуха 5 мм:

пример расчёта коэффициента теплопередачи

Если нет минеральной ваты и кожуха, то

пример расчёта коэффициента теплопередачи

Коэффициенты α1 и α2 могут быть определены по эмпирическим уравнениям с учетом величины критериев Грасгофа и Прандтля. Однако иногда расчет по этим уравнениям затруднен из-за отсутствия в технической литературе целого ряда справочных величин, используемых в уравнениях. По этой причине нередко теплопотери Q3, а также и Q4 определяют приближенно путём перемножения величины теплоотдающей поверхности (корпуса ванны Fk или зеркала электролита Fз) на величину удельных потерь теплоты q через стенки ванны или через зеркало электролита и на время разогрева ванны tр:

Q3 = q3 Fk tр

Q4 = q4 F3 tр

Величина удельных потерь теплоты q3 (Вт/м2) через стенки ванны в интервале температур t в ванне 40—100°С равна:

q3 = b0+ b1 · t ,

Значения коэффициентов b0 и b1 в уравнении
(только для стальных ванн!)
КоэффициентТолщина теплоизоляционного слоя, мм
0255075
b0
b1
-397 
15,23
-40,54 
2,435
-24,85 
1,357
-13,92 
0,909

Удельные теплопотери q4, (Вт/м2) через зеркало электролита в интервале его температуры t = 30—100°С могут быть вычислены по эмпирическому уравнению

q4 = 82 + 0,0115 · t3

Расход теплоты на поддержание рабочей температуры.

Количество теплоты Qраб, необходимое для поддержания рабочей температуры в ванне химической обработки, складывается из расхода теплоты Q2 на компенсацию тепловых потерь в окружающую среду и расхода теплоты Q5 на нагрев приспособлений с деталями, периодически поступающих в ванну.

Таким образом,

Qраб = Q2 + Q5

Расчёт величины Qраб удобно вести на 1 час. В этом случае величины Q2 и Q5 могут быть вычислены по уравнениям:

Q2 = 3600 ·(q3 · Fk + q4 · F3);

расход теплоты на нагрев приспособлений с деталями, периодически поступающих в ванну

где с4 и с5 – удельные теплоемкости материалов приспособления и обрабатываемых деталей;

m4 и m5 – массы приспособления и обрабатываемых деталей одной единичной загрузки;

– количество загрузочных единиц, обрабатываемых в ванне за 1 час;

Расчёт поверхности паровой рубашки или парового теплообменника

При разогреве ванны интенсивность тепловыделения значительно выше, чем в период поддержания рабочей температуры. Поэтому расчёт греющей поверхности рассчитываются, исходя из величины Qраз.

Минимально необходимая греющая поверхность Sгреющ равна:

расчёт греющей поверхности

где k – коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к нагреваемому водному раствору, Вт/(м2 град);

Δtср – средний температурный напор, град;

τр – время разогрева ванны, с.

Величина k зависит от характера движения жидкости в ванне и толщины теплопередающей стенки. В случае вынужденного движения электролита в ванне k = 800—3500, а при свободном движении k = 300—1200 Вт/(м2 град). При расчете рекомендуется использовать следующие значения k:

  • при отсутствии перемешивания в ванне – 800—1000 Вт/(м2 · град);
  • при перемешивании – 1400—1500 Вт/(м2 · град).

Средний температурный напор в нагреваемых ваннах вычисляют по формуле:

средний температурный напор в нагреваемых ваннах ,

где и tн – начальные температуры пара и нагреваемого раствора, соответственно;

и tк – конечные температуры конденсата и раствора.

Обычно температуры пара и конденсата одинаковы, так как теплосодержание конденсата существенно ниже теплоты испарения.

Расход пара в период разогрева составит:

расход пара в период разогрева ванны паровой рубашкой ,

где Iп и Iконд – соответственно удельное теплосодержание (энтальпия) греющего пара и конденсата (Iп = 2726 кДж/кг; Iконд = 546,8 кДж/кг).

Аналогично часовой расход пара на поддержание рабочей температуры будет равен:

часовой расход пара на поддержание рабочей температуры ванны с паровой рубашкой ,

Мамаев В.И.

24.04.2015

Курсы повышения квалификации
в I полугодии 2017 года
Новые материалы на сайте
Книги по гальванике (скачать)
Тезисы докладов конференции «Покрытия и обработка поверхности» – 2015, 2014, 2013
«Вопросы – ответы»
Чёрное блестящее покрытие
Покрытие титаном
Растрескивание и отслоение от стали цинкового покрытия с ЛКП на деталях с винтовым соединением
Покрытие алюминия для работы в сильнощелочной среде
Вопрос о Курсах повышения квалификации по гальванике
Рекомендуемые книги по гальванике и гальванотехнике
Оксидирование алюминия и его сплавов. Скопинцев В.Д. (2015)
Никелирование. Мамаев В.И., Кудрявцев В.Н. (2014)
Сборник практических материалов для работников гальванических цехов (2012)
Цинкование. Техника и технология. Окулов В.В. (2008)
Фосфатирование. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. (2008)
Электролитическое хромирование. Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. (2007)
Промывные операции в гальваническом производстве. Виноградов С.С. (2007)
Организация гальванического производства. Оборудование, расчёт производства, нормирование. Виноградов С.С. Изд. 2-е, под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева (2005)
Экологически безопасное гальваническое производство. Виноградов С.С. Изд. 2-е, под ред. проф. В.Н. Кудрявцева (2002)
ООО «Навиком» представляет выпрямители «Пульсар СМАРТ»

 

ООО «Точность» – пружины, шайбы, кольца из ленты и проволоки

© Российское общество гальванотехников - www.galvanicrus.ru, 2007—2017