Бессточная многопроцессная гальваническая линия. Компьютерный расчет массопотоков. Часть 1

Шишкина С.В., Домрачев Р.А., ВГУ, Фирсова Л.П. (Мир гальваники 2009)
С помощью расчетов компьютерной программы на действующем предприятии налажена сбалансированная работа бессточной многопроцессной гальванической линии

Гальванические цеха крупных предприятий чаще всего оборудованы линиями нанесения одного покрытия. Они занимают большие площади, требуют многочисленного персонала, с них сбрасываются большие объемы сточных вод, для очистки которых необходимы сложные и дорогостоящие очистные сооружения.

Такие решения неприемлемы для предприятий среднего и малого бизнеса, часто заинтересованных в применении гальванических покрытий для отделки изделий, повышения их потребительской привлекательности и конкурентоспособности. Здесь целесообразнее применение многопроцессных гальванических линий, отличающихся компактностью и экономичностью, которые должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить малоотходное функционирование.

Для таких линий необходима минимизация количества ванн подготовительных и заключительных операций, а также ванн промывки. В многопроцессных линиях возникают сложные траектории массопотоков, сточные воды имеют сложный состав и требуют подбора оптимальной технологии очистки от токсичных тяжелых металлов (ТТМ), обеспечивающей возможность использования оборотной воды.

На рис. 1 представлен общий вид многопроцессной линии (изготовитель – ООО Гранит-М), действующей на ОАО Электроприбор, г.Чебоксары. На линии производится нанесение покрытий никелем, цин-ком, хромом, сплавом олово-висмут, а также пассивация медных деталей, химическое оксидирование алюминия, осветление алюминия и силумина.

Подача свежей воды происходит в 6 ванн промывки после финишных обработок и далее действием эрлифтов перемещается в определенной последовательности в другие ванны промывки, где используется повторно. Сигнал к началу действия эрлифтов поступает с кондуктометрических кон-центратомеров, установленных в ваннах конечных промывок и срабатывающих при превышении в этих ваннах ПДК опасных компонентов.

Многократное использование промывной воды и применение каскадных промывок приводят к тому, что сточные воды имеют небольшой объем (таб. 1) и сложный состав. Это делает целесообразным применение для очистки сточных вод от ТТМ широко распространенного реагентного метода, технология которого хорошо отработана. В качестве подщелачи-вающего реагента применяется натриевая щелочь, для ускорения осаждения – флокулянты. Получаемый осадок содержит практически чистые гидроксиды ТТМ, что снижает его конечную массу и облегчает переработку на предприятиях, принимающих гальваношламы.

После обезвоживания на фильтрпрессе и непродолжительного досушивания шлам направляется переработчику.

Для очистки осветленной части очищаемого стока, представляющей собой раствор солей щелочных металлов, применена вакуумная выпарная установка (ВВУ) модели Q-50, изготовитель – ЗАО «Атомэнерго» (Санкт-Петербург), (рис.2). Это позволяет осуществить возврат воды на промывные операции.

Работа установки Q-50 основана на том, что сжатие паров фреона в теплообменнике сопровождается их нагреванием, вследствие чего нагревается раствор в нижнем выпарном баке, где поддерживается вакуум 0,8 – 0,95 ата и происходит кипение при температуре 40 – 45 ºС. Расширяясь в теплообменнике верхнего бака, пары фреона охлаждают его поверхность и на ней происходит конденсация. Из выпарного аппарата периодически отводится кубовой раствор с общим солесодержанием 30 – 35 вес. %. Анализ этого раствора с помощью атомно-адсорбционного спектрофотометра Сатурн-2 показал, что по степени токсичности он может быть отнесен к 4 классу опасности (малоопасные вещества).

Конденсат подается в накопительный бак и оттуда - на гальванический участок. Таким образом, отвод сточной воды с многопроцессной линии в систему канализации отсутствует.

Небольшой объем сточных вод с линии позволяет минимизировать объемы оборудования, используемого в составе очистной установки и занимаемые им площади. Однако это приводит к необходимости постоянного соблюдения материального баланса системы гальванический участок – установка очистки сточных вод.

Особенность работы многопроцессной линии заключается в том, что некоторые покрытия наносятся постоянно, со стабильным значением обрабатываемой поверхности в единицу времени, другие – не каждый день и даже не каждый месяц. Однако при возникновении необходимости нанесения таких покрытий в течение короткого времени обрабатывается большое количество деталей. Количество и состав промывных вод зависят от текущей производительности и баланс системы гальванический участок – установка очистки сточных вод может нарушаться.

Для эффективного управления работой бессточной многопроцессной гальванической линии в среде Borland Delphi 7.0. разработана компьютерная программа расчета материальных потоков для всех ванн. Для хранения и оперативного изменения технологической информации разработаны базы данных, в которые внесены составы технологических ванн, последовательность технологических операций, пути движения промывной воды. Разработан удобный интерфейс (рис.3), который позволяет наглядно отобразить структуру гальванической линии и движение материальных потоков.

Редактирование циклограммы (последовательности технологических операций) осуществляется с помощью кнопок:

  • добавление,
  • вставка,
  • удаление ванны из циклограммы,
  • очистка циклограммы.

Номер ванны (для вставки или добавления) вводится в поле «Циклограмма» (рис. 3).

Компьютерная программа основана на циклическом расчете материального баланса всех промывных ванн с учетом всех входящих и выходящих материальных потоков (рис. 4).

Масса солей в ваннах (M'i) в каждом новом цикле изменяется по сравнению с предыдущим ее значением (Mi) на величину ΔMi, которая учитывает как принос (ΔMдi-1) и унос (ΔMдi) солей на поверхности деталей, так и поступление (ΔMпi+1) и унос (ΔMпi)солей с промывной водой в случае проточной промывки (рис. 2):

M'i = Mi + ΔMi, (1)

ΔMi = ΔMдi-1–ΔMдi+ΔMпi+1–ΔMпi, (2)

ΔMдi-1 = (Mi-1/Vi-1) ∙ q ∙ S ∙ Δt, (3)

ΔMдi = (Mi/Vi) ∙ q ∙ S ∙ Δt, (4)

ΔMпi+1 = Q ∙ (Mi+1/Vi+1) ∙ Δt, (5)

ΔMпi = Q ∙ (Mi/Vi) ∙ Δt, (6)

Аналогичным образом рассчитывается поступление примесей ванны покрытий.

Компьютерная программа позволяет:

  • рассчитать изменение концентрации ионов металлов в ваннах промывки во времени за любой период при любой производственной программе;
  • определить, в каких ваннах и в течение, какого периода концентрация по отмываемому компоненту станет выше ПДК;
  • рассчитать расход воды (пример – в таб. 1) при изменении производительности по какому-либо покрытию или последовательности технологических операций;
  • рассчитать концентрацию ионов металла в сточной воде, отводимой на очистку, т.е. оценить безвозвратные потери ТТМ.