《化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)案例》3800字

第第頁(yè)共22頁(yè)化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線設(shè)計(jì)案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u267571.1設(shè)計(jì)要求 150421.2工藝流程 1144591.3確定化學(xué)鍍工藝設(shè)備規(guī) 2321941.4物料計(jì)算 697581.5計(jì)算成本及利潤(rùn) 736241.6利潤(rùn)計(jì)算 101.1設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)綱領(lǐng)：300萬(wàn)只/年。設(shè)備年時(shí)基數(shù)：為全年工作時(shí)間扣除設(shè)備檢修及因此其他原因引起的停工時(shí)間，已知工作日251天（全南出去休假日和固定節(jié)日）。251×24－（251×24）×4％=5783h（4％為設(shè)備年時(shí)技術(shù)損失率）（3）已知化學(xué)鍍鎳中基本反應(yīng)原理如下：H2PO2-+H2O→HPO3-+3H++2e-（1-1）Ni2++2e-→Ni（1-2）1.2工藝流程化學(xué)鍍鎳工藝過(guò)程表如表1所示表3-1化學(xué)鍍鎳工藝過(guò)程表工序名稱材料組成工作條件備注名稱含量（g/L）T（℃）t（min）pH值除油乙醇室溫38粗化CrO3H2SO44035050~6010增加敏化時(shí)膠體吸附量敏化SnCl·2H2O37％鹽酸3050mL/L室溫89~10水解生成Sn(OH)Cl水洗浸洗三次活化Pdcl2鹽酸0.410室溫5使Pd2+還原成Pd還原NaH2PO220503使殘留在陶瓷表面的的Pd2+還原水洗浸洗三次化學(xué)鍍鎳NaHPO2Na3C6H5O7NH4CLNiSO4·7H2OBSO添加劑氨水231230200.133~4235水洗浸洗三次6.5吹干電吹風(fēng)檢驗(yàn)1.3確定化學(xué)鍍工藝設(shè)備規(guī)1.1.1確定每道工序槽體尺寸、材料和設(shè)計(jì)鍍槽1確定槽體材料和尺寸電鍍銅電鍍槽與電鍍槽的不同之處在于，它不需要外部電源，電鍍銅鍍層可以沉積在某些催化活性材料的表面上，因此所選材料必須是惰性的才能對(duì)電子作出反應(yīng)無(wú)銅板反應(yīng)可制成鐘形，圓筒形，方形等各種形狀，方形浴由于易于制造和操作方便而被廣泛使用PP塑料（聚丙烯）是一種高密度無(wú)側(cè)鏈的線性聚合物優(yōu)異的綜合性能，可在100℃以下的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，并且對(duì)化學(xué)鍍銅呈惰性。[9]因此車間采用PP塑料方形涂料罐。已知每年要求的產(chǎn)量是300萬(wàn)只，設(shè)備年時(shí)基數(shù)為5783h，化學(xué)鍍液負(fù)載量為0.6-1.5dm2/L計(jì)算時(shí)取1dm2/L。固定尺寸計(jì)算過(guò)程如下：車間每小時(shí)生產(chǎn)量為3000000/5783=520只/小時(shí)，化學(xué)鍍時(shí)間為58min，輔助時(shí)間取2min，即每小時(shí)出貨1批，則沒批貨產(chǎn)量為520/1=520只，已知化學(xué)鍍液負(fù)載量為0.2只/毫升，則所需鍍液體積為：V鍍液=520×0.2×0.001=0.208L根據(jù)所需鍍液體積，設(shè)計(jì)鍍槽的長(zhǎng)：1400mm；寬：800mm；高1000mm（取液面至槽沿的距離為100mm），數(shù)量為3。已知除灰過(guò)程所需時(shí)間為8min，設(shè)計(jì)槽體規(guī)格為1400mm×800mm×1000mm，數(shù)量為1。活化過(guò)程所需時(shí)間為5min，設(shè)計(jì)槽體規(guī)格為1400mm×800mm×1000mm，數(shù)量為1。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)過(guò)頂槽配置表如表3-2所示，槽位排序和工序一致。表3-2固定槽配置表工序工藝槽數(shù)（內(nèi)格）鍍槽規(guī)格/mm長(zhǎng)寬高材料1除油114008001000pp2三次浸洗214008001000pp3活化114008001000pp4三次浸洗214008001000pp5化學(xué)鍍鎳114008001000pp6三次浸洗214008001000pp鍍鋅槽由PP材料和20mm厚的板制成，工作溫度低，可長(zhǎng)時(shí)間設(shè)置在90℃，圖1是設(shè)計(jì)的鎳層槽的示意圖，加熱器內(nèi)置于槽中的隔板和下面的空氣被攪拌。過(guò)濾器將溶液從下方泵入板式槽的下部。圖3-1化學(xué)鍍鎳槽示意圖2確定加熱方式及加熱器規(guī)格加熱熔池所需的熱量包括加熱熔池所需的熱量，將工件送入儲(chǔ)罐和從儲(chǔ)罐中取出以獲取熱量以及儲(chǔ)罐側(cè)面的熱量。鍍液升溫每小時(shí)所需要的熱量Q1可由下式近似計(jì)算Q1=[V1d1c1(t2-t1)/h+V1q1]β(2-1)式中Q1—鍍液升溫每小時(shí)所需熱量，kJ/h；V1—鍍槽工作體積，L；d1—溶液密度，kg/L；c1—溶液比熱容t2—工作溫度，℃；t1—起始溫度，℃；h—升溫所需時(shí)間q1—單位體積溶液每小時(shí)散熱平均值，kJ/（L·h）；β—附加熱損失系數(shù)，有保溫層的槽取1.1-1.5，無(wú)保溫層的槽取1.15-1.3。保溫時(shí)每小時(shí)所需熱量Q2主要是零件進(jìn)槽時(shí)加熱所需的熱量，由下式計(jì)算。Q2=[W2C2（t2-t1）+V1q1]β（2-2）式中Q2—保溫時(shí)每小時(shí)所需熱量，kJ/h；w2—單位時(shí)間放入槽內(nèi)零件重量（包括掛具和吊籃)，kg/h；c2—工件比熱，kJ/（kg·℃），陶瓷取0.85；t1—零件入槽前的溫度，℃；q1—保溫時(shí)單位體積每小時(shí)耗熱量，kJ/（L·h）。電加熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)度高，熱效率高，加熱速度快，安全可靠，控制精度高，壽命長(zhǎng)，保溫成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于各種加熱場(chǎng)合。電加熱器功率的計(jì)算如下：N=Q/（η·ω·τ）（2-3）式中N—電加熱功率，kW；Q—溶液升溫或工作時(shí)所需熱量，kJ/h；η—效率，取0.81；ω—熱功當(dāng)量，ω=3594.8kJ/（kW·h）τ—預(yù)計(jì)加熱到工作溫度的時(shí)間。電解過(guò)程中，必須加熱5種活化液和化學(xué)鍍鎳涂層TT=4h，將每個(gè)浴液從20°C加熱到40°C，并計(jì)算出所需的熱量。已知：V1=1440L，d1c1=4.1，t2=40℃，t1=20℃，q1=18，β取1.15，代入式（2-1）得：Q1=[1440×4.18×（40-20）/1+1440×18]×1.15=1.7×105kJ/h則由式（2-3）計(jì)算所需的電加熱器功率為N=Q1/（3594.8×0.81×4）=14KW.選擇鹽城市鑫聯(lián)電器廠生產(chǎn)的功率為15Kw的氟化鐵龍膽加熱器，它是由優(yōu)質(zhì)的氟塑料材料制成，根據(jù)氟材料的理化特性，并加以改進(jìn)并開發(fā)具有高化學(xué)穩(wěn)定性，強(qiáng)酸，強(qiáng)堿性，氧化性，氧化性和王水溶液的材料，長(zhǎng)期安全健康，幾乎所有介質(zhì)都不會(huì)粘附在設(shè)備表面而不會(huì)引起污垢。[10]所需的電加熱裝置的數(shù)量為5。根據(jù)等式（2-2）和（2-3），在絕緣條件下，電加熱器的加熱功率約為2.5KW。3確定溶液攪拌方式及氣泵規(guī)格電鍍鎳板通常在空氣中攪拌，這有利于增加溶液中的溶解氧和氧化銅的氧化，從而提高鍍液的穩(wěn)定性，所用空氣必須為無(wú)油壓縮空氣，并提供通過(guò)高效節(jié)能的氣泵，壓縮空氣消耗量的計(jì)算方法是：每平方米液位約0.8m/min的壓縮空氣量，而壓縮空氣的壓力可計(jì)算為每米深度0.016MPa的量[9]。化學(xué)鍍銅槽需要打氣，已知液面面積為1.12m2，鍍液深度為0.8m,那么壓縮空氣的消耗量為1.12×0.8m2/min=0.9m2/min=54m/h,所需壓縮空氣的壓力為0.016MPa/mx0.9m=14.4kPa.根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇型號(hào)為XGB-1100旋渦式氣泵，該氣泵最大流量為180m/h,最大正壓為19kPa,功率為1.1kW,滿足生產(chǎn)線要求。所需氣泵數(shù)量為3。4確定抽風(fēng)機(jī)規(guī)格在需要配備通風(fēng)系統(tǒng)的有害氣體生產(chǎn)工廠或工作場(chǎng)所的生產(chǎn)中，每平方米側(cè)的一般過(guò)程運(yùn)行量可計(jì)算為3500-4000m3/h左右的廢氣量[15]。該生產(chǎn)線具有總電解量鍍鎳和除油每個(gè)需要通風(fēng)裝置的5個(gè)槽，每個(gè)槽的總側(cè)面面積為8m2，所需排氣總量為4000×8=32000m3/h，型號(hào)4-72-10C離心可以選擇風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的最大流量可以達(dá)到43722m/h，達(dá)到生產(chǎn)線的要求。1.4物料計(jì)算化學(xué)鍍鎳物料計(jì)算：本設(shè)計(jì)產(chǎn)量為年產(chǎn)300萬(wàn)只，每只陶瓷殼體鍍鎳面積為100cm2，鍍層厚度為0.4μm。M1=m1×(1+μ)M2=m2×(1+μ)M3=m3×(1+μ)M4=m4×(1+μ)M5=m5×(1+μ)M=M1+M2+M3+M4+M5M、M1、M2、M3、M4、M5分別為投入藥品實(shí)際質(zhì)量、檸檬酸鈉、七水硫酸鎳、氯化銨、次磷酸鈉、BSO添加劑的實(shí)際投入質(zhì)量。m、m1、m2、m3、m4、m5分別為投入藥品理論質(zhì)量、檸檬酸鈉、七水硫酸鎳、氯化銨、次磷酸鈉、BSO添加劑的理論投入質(zhì)量。μ為損失率約為5％。M1=320.2×(1+5％)=336.21kgM2=531.3×(1+5％)=560.50kgM3=801×(1+5％)=841.05kgM4=507.3×(1+5％)=532.66kgM5=108×(1+5％)=111.40kg投入量如下表3-3所示：表3-3藥品投入量理論投入量(kg)損失率(％)實(shí)際投入量(kg)檸檬酸鈉320.25336.21七水硫酸鎳531.3560.50氯化銨801841.05次磷酸鈉507.3532.66BSO添加劑108111.40總計(jì)2269.82381.291.5計(jì)算成本及利潤(rùn)1.5.1人員配備及工資計(jì)算車間人員主要包括車間監(jiān)控員和技術(shù)員，一臺(tái)監(jiān)控器，兩臺(tái)螺絲監(jiān)控器，十名技術(shù)員，監(jiān)控器的工資為每月6000元，副監(jiān)控器為每月5500元，技術(shù)操作員為每月4000元，表3-1人員和工資的計(jì)算。表3-4車間人員工資表職務(wù)月工資（元）人數(shù)年工資（元）班長(zhǎng)6000172000副班長(zhǎng)55002132000技術(shù)操作員4000104800001水消耗計(jì)算已知漂洗液處理工藝淡水產(chǎn)量約為1m3/h,由5.7知漂洗槽水消耗量約為1.44m3/h,則由漂洗過(guò)程產(chǎn)生的水消耗量約為0.44×4=1.76m3/h。采用敞開水槽表面散濕量的計(jì)算公式估算水的蒸發(fā)量W:w=(a+0.00363v)×10-5×(P2-P1)×F式中:a—不同水溫下擴(kuò)散系數(shù)，kg/(N·s),40℃下為0.0056；v—空氣流速，取0.3m/s:P2—相應(yīng)蒸發(fā)表而溫度下飽和空氣水蒸氣分壓力，pa；P1—相應(yīng)周圍空氣溫度下飽和空氣水蒸氣分壓力，pa;F—蒸發(fā)面積，m2。取溶液溫度為40℃,空氣溫度為20℃,則P2=7375.75pa,P1=2338.59pa。已知F=1.6×1×5=8m2，則w=(0.0056+0.00363×0.3)×10-5×(7275.75-2338.59)×8=2.6×10-3kg/s,即0.009m/h。則水消耗量為0.009+1.76=1.769m3/h,即年消耗量為1.769×5783=10230m3。水費(fèi)大概為3元/噸。2電消耗量計(jì)算鐵氟龍電加熱器總功率：75kW，JHZ-15-XY過(guò)濾機(jī)總功率：1.3kW，XGB-1100漩渦式氣泵功率：1.3kW，4-72-10C離心通風(fēng)機(jī)電功率：30kW。以上電器總用電功率為111.6kW。則電年消耗量為111.6×5783=645382.8kW·h。3化學(xué)藥品消耗計(jì)算電解過(guò)程主要包括除油，活化，還原和化學(xué)鍍膜四個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程的化學(xué)消耗量是分別計(jì)算的。計(jì)算依據(jù)：每種成分的總損失率為5％；添加成分可使化學(xué)鍍?cè)∵B續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。（1）化學(xué)鍍鎳工藝已知生產(chǎn)線綱領(lǐng)為300萬(wàn)只，每只鍍層面積約為100cm2，鍍層厚度為0.4μm，鎳鍍層密度取8.9g/cm3[11]，則年產(chǎn)鍍層質(zhì)量：m1=3000000×100×10-4×0.4×10-6×8.9×106=106.8kg；則鎳的年消耗量m=m1×1.05=112.14kg，即m七水硫酸鎳=560.7kg。由式（1-1）計(jì)算得：鍍鎳過(guò)程次磷酸鈉的年消耗量m1NaH2PO2=112.14×87×/58=168.21kg；已知每消耗1g鎳，就消耗檸檬酸鈉3g，5gNiSO4·7H2O，7.5g氯化銨，4.75g次磷酸鈉，則各物質(zhì)的年消耗量m檸檬酸鈉=3×112.14=336.42kg；m七水硫酸鎳=5×112.14=560.7kg；m氯化銨=7.5×112.14=841.05kg；m次磷酸鈉=4.75×112.14=532.66kg；生產(chǎn)線鍍液總體積V鍍液=4320L，并考慮到損失率為5％，則氨水的年消耗量為m氨水=4320×0.91×1.05=4127.76kg。BSO添加劑的年消耗量mBSO添加劑=4320×0.025×1.05=111.4kg。（2）除油工藝已知除油的乙醇每三天換一次。除油過(guò)程消耗乙醇量為m2乙醇量為m2乙醇=251/3×1120×2×0.91×=179073kg。（3）活化工藝計(jì)算依據(jù)：假設(shè)鈀離子在工件表面形成的是氮原子吸附層。已知車間生產(chǎn)綱領(lǐng)為3000000只，則鈀的年消耗量為m鈀=3000000×1×10-7/（Π×0.862×10-20×6.02×1023）×106.42×1.05=240kg，即m氯化鈀=400kg。m鹽酸=400×25=10000kg。（4）還原工藝計(jì)算依據(jù)：每消耗1gNi，就會(huì)消耗1.5g次磷酸鈉。則次磷酸鈉的年消耗量m次磷酸鈉=112.14×1.5=198.6kg。4總成本核算表3-4示出了用于生產(chǎn)鎳鍍層的工廠的成本計(jì)算結(jié)果。表3-4中的車間成本為辦公室的物料消耗，折舊成本，運(yùn)輸成本等，車間成本為剩余總成本的12％。表3-4化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)線成本計(jì)算結(jié)果列表序號(hào)消耗物單位單位/元消耗定額金額/元1NiSO4·7H2Okg2.2560.71231.542檸檬酸鈉kg3336.421009.23氯化銨kg1.3841.0510