CC BY
75
ническими и эксплутационными подразделениями организаций, использующей Системы. Установленные программные модели на достаточно мощной вычислительной базе ОмГТУ (кластер, система хранения данных) могут оказывать удаленные услуги (SaaS) тепловым компаниям городам, различных регионов России, что приведет к снижению общих затрат и повышению надежности.
Литература
1. Файзуллин Р. Т. О решении нелинейных алгебраических систем гидравлики. // Сибирский журнал индустриальной математики, 1999. Т. 2, №2. С. 128-136.
2. Логинов К. В., Мызников А. М., Файзуллин Р. Т. Расчет, оптимизация и управление режимами работы больших гидравлических сетей // Математическое моделирование, 2006. т.18, №9. С. 92-106.
3. Мызников А. М., Файзуллин Р. Т. Уточнение коэффициентов сопротивления в сложных гидравлических сетях по результатам ограниченного числа измерений // Теплофизика и аэромеханика, 2005. т.12, №2. С. 483-486.
УДК 544.6
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МИНИМИЗАЦИИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ В ГАЛЬВАНОТЕХНИКЕ НА СТАДИИ ПРОМЫВКИ
В. А. Казаков, д. т. н., профессор Тел.:(8412) 56 23 21, e-mail: [email protected] О. С. Виноградов, к.т.н., доцент Тел.: (8412) 36 82 30, e-mail: [email protected] Н. А. Гуляева, к. т. н., доцент Тел.: (927) 383 7292, e-mail: [email protected] И. Г. Кревский, к.т.н., доцент Тел.: (905) 367 3233, e-mail: [email protected] Пензенский региональный центр высшей школы (филиал) Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства тел (8412)562321, e-mail: [email protected] www.rgu-penza.ru
The water economy can be achieved in electroplating by minimizing the waterconsuming
at the water-filtering stages. It is suggested to use software for optimizing the waste of electrolyte components and lavage water developed by the authors. It is based on modifying the autooperator route scheme in main and auxiliary operations.
Значительной экономии воды в гальваническом производстве можно добиться путем сокращения водопотребления на стадиях промывки. Предлагается применить разработанные авторами программные продукты для оптимизации (уменьшения) расхода компонентов электролита и промывной воды путем изменения схемы движения автооператора в основных и дополнительных операциях.
Ключевые слова — компьютеризация расчетов, гальваническое производство, сокращение водопотребления.
Keywords—computing automation, electroplating, reducing the water waste.
Статья подготовлена в рамках реализации проекта «Разработка теоретических основ по снижению вероятности техногенной катастрофы от гальванических производств» (госконтракт
14.740.11.0305 от 17 сентября 2010 ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)»
Рассмотрение проблемы экологической безопасности гальванических производств невозможно без комплексного анализа стадий нанесения покрытий. Наиболее опасные растворы используются на операциях травления, активации (кислоты) и при электроосаждении металлов и сплавов (соли тяжелых металлов, кислоты). Огромный объем промывных вод после каждой из операций приводит к уносу вредных компонентов в канализационную сеть.
Уменьшить экологическую нагрузку от гальванических производств можно за счет использования наименее опасных компонентов для приготовления растворов с использованием эффективной системы очистки и сокращения объема сточных промывных вод с максимальной регенерацией и рекуперацией компонентов [1].
Применение нестационарных режимов электролиза (импульсный ток, вибрация катода, омагничивание) позволяет использовать слабо концентрированные по ионам металлов растворы электролитов. Использование промывных вод в основных технологических ваннах, использование струйных систем промывок и разработка рациональных систем отмывки деталей - это реальные пути сокращения водопотребления в электрохимических цехах. Максимально полное решение вопросов экологической безопасности гальванического производства возможно в случае создания замкнутого водооборотного цикла.
Компьютеризация расчета расхода воды при различных схемах промывки позволяет не только выбрать наиболее эффективную систему отмывки деталей, но и значительно сократить водопотребление, что способствует переводу гальванического производства на экологически наименее опасный путь развития.
Для уменьшения уноса технологических растворов в проточные промывные ванны и, следовательно, для уменьшения загрязнения сточных вод и снижения потерь химикатов в гальванических линиях после технологической ванны и перед ванной проточной промывки устанавливают ванну улавливания, то есть непроточную ванну промывки.
Для быстрого расчета концентрации веществ в ванне улавливания в каждый час ее работы авторами разработана программа «Расчет концентрации веществ в ванне улавливания», в которой рассчитывается увеличение концентрации загрязняющего вещества за один час.
Определим эффективность работы ванны улавливания как долю задержанных веществ в общем количестве вынесенных веществ из технологической ванны за время ее работы:
с -V
а =-----У—уУ----100 (%)
q • • со тп
где а - эффективность работы ванны улавливания, %; су - концентрация веществ в технологической ванне, г/л; УУ - объем ванны улавливания, л; q - удельный унос раствора поверхностью деталей, л/м2; Б -производительность линии (ванны), м2/ч; со - концентрация веществ в технологической ванне, г/л; тП -продолжительность работы ванны улавливания, ч.
[бсГ
•I* Расчёт концентрации веществ в ванне улавливания
Файл Помощь
Концентрация веществ в технологической ванне Со. г/л
Объем ванны улавливания V. л.
Унос раствора др. л/ч. Г*
Продолжительность работы, ч. |Ю00
1000
Выберите вариант движения автооператора: Измененный маршрут
Г радиционный маршрут
Выберите действие: Очистить Выхоа
Результаты расчётов
час эо1=.гл«э<:в11 ^о і 2£74бдоХпмииииии час 982=37 51529646476270070000000000 час 983=37.53775870605664410000000000 час 984=37.56019850754909500000000000 час 985=37.58261589165743750000000000 час 986=37 60501088077666090000000000 час 987=37 62738349727938150000000000 час 988=37 64973376351586560000000000 час 989=37.67206170181405160000000000 час 990=37.69436733447957200000000000 час 991 =37.71665068379577620000000000 час 992=37 73891177202375250000000000 час 993=37 76115062140235010000000000 час 994=37 78336725414820190000000000 час 995=37,80556169245574620000000000 час 996=37.82773395849724890000000000 час 997=37 84988407442282610000000000 час 998=37.87201206236046560000000000 час 999=37 89411794441604960000000000 час 1000=37 91620174267337620000000000
Ті
ІІ
Рис. 1. Вид пользовательского интерфейса программы «Расчета концентрации веществ в ванне улавливания» с исходными данными и результатами расчета
«Г Расчёт концентрации веществ в ванне улавливания
Файл Помощь
Концентрация веществ е технологической венне Со, г/л
|аГ
О бьём еанны улавливания V, л I1000 Унос растворе &,я/ч. Р
Продолжительность работы, ч |ЮСО
и
Результаты расчётов
Выберите вариант движения автооператора: Т радиционкый маршрут | Изменённый маршрут |
Выберите действие:
Очистить Выход
час 684-29.71337Є532Є2Є36970000000000 час ЄВ5=29.74423230032604370000000000 час 686=29.77445784243356010000000000 час 687=29.30465318329426530000000000 час 686=29.33461837082334250000000000 час 689=29.36495341750583870000000000 час 690=29.33505835314669000000000000 час 681 =29.32513322582076320000000000 час 682=29 35517804787289830000000000 час 693=29 35519285501737840000000000 час 694=30.01517787734053730000000000
час 685=30.04513254479574220000000000
час 696=30 07505748730843370000000000 час 697=30.10495253477366010000000000 час 696=30.13481771705660350000000000 час 699=30.1 £465308339261080000000000 час 700=30 1 9445800536722360000000000 чае 701 =30 22423437101620740000000000 час 702=30.25398039062558180000000000 час 703=30.28369689393165020000000000 .. 7ЛЛ-1П її поі гоотттпппппп
и
Вид пользовательского интерфейса программы «Расчета концентрации веществ 1е улавливания» с найденной продолжительностью работы ванны улавливания ) достижения в ней половинной концентрации компонентов по сравнению с концентрацией в технологической ванне
На рис. 1 приведен вид пользовательского интер-фейса программы «Расчета концентрации веществ в ванне улавливания» с введенными значениями концентрации вещества в технологической ванне (со, г/л), объема ванны улавливания (V, л), уноса раствора поверхностью деталей ^-Б, л/ч) и заданной величины продолжительности работы ванны улавливания (тП, ч). После нажатия кнопки «Традиционный маршрут» в окне «Результаты расчета» появляются значения концентрации вещества в ванне улавливания через каждый час (шаг) ее работы
Перемещаясь с помощью бегунка вертикальной развертки по полученным данным в окне «Результаты расчета», можно найти продолжительность работы ванны улавливания до достижения в ней половинной концентрации компонентов по сравнению с концентрацией в технологической ванне. На рис. 2 показано, что в выбранных условиях расчетное время работы ванны улавливания до достижения в ней половинной концентрации компонентов по сравнению с концентрацией в технологической ванне составляет 694 ч. По прошествии этого времени загрязненную воду необходимо слить на утилизацию, а чистую воду залить в ванну улавливания. Загрязненная вода представляет собой в 2 раза разбавленный технологический раствор, утилизация которого не представляет больших трудностей.
Эффективность работы ванны улавливания составляет:
• 100 =
0,5 • сО • 1000 • 100
= 72,05 (%)
q • Г • сО ■тП 1 • сО • 694
9
то есть за 694 ч работы гальванической линии из технологической ванны поверхностью
деталей вынесено
q• Г• сО •Ти = 1 • 60• 694 = 41640(г) = 41,64 (кг)
из них 72 % рассмотренного компонента технологического раствора, или q • Г • сО •тП а 0,01 = 1 • 60 • 694 • 72,05 • 0,01 = 30000 (г ) = 30 (кг) = сУ • УУ
задержано в ванне улавливания и направлено на утилизацию.
ход 1
ход 2
ход 3
ход 4
П
Рис. 3.- Измененный маршрут движения деталей при промывке в ванне проточной промывки с предварительный промывкой в ванне улавливания: Т - технологическая ванна, У - ванна улавливания, П -ванна проточной промывки
Помимо традиционного существует измененный маршрут движения деталей, который представлен на рисунке 3. Стрелками 1, 2, 3 и 4 показана последовательность движения деталей: сначала детали промываются в ванне улавливания (ход 1), потом они обрабатываются в технологической ванне (ход 2), после которой детали еще раз промываются в ванне улавливания (ход 3) и затем переносятся в проточную ванну промывки (ход 4).
Известно [2], что при использовании ванны улавливания с измененным маршрутом движения деталей концентрация компонентов технологического раствора в ванне улавливания растет экспоненциально, но стремится достичь не концентрацию компонентов в технологической ванне (как при традиционном
с
а =
маршруте движения деталей), а половину их концентрации в технологической ванне. Следовательно, наступает такой момент, когда концентрация загрязнений в ванне улавливания, достигнув половинной концентрации компонентов технологического раствора, при дальнейшей работе не меняется. С этого момента и сколь угодно долго унос веществ из ванны улавливания остается постоянным и равным половинному уносу компонентов из технологической ванны. Таким образом, при измененном маршруте движения деталей смена загрязненной воды не требуется. После достижения половинной концентрации компонентов технологического раствора эффективность работы ванны улавливания становиться равной 50 % и в дальнейшем не меняется.
Несмотря на то, что при измененном маршруте движения деталей не требуется проводить расчеты периодичности смены загрязненной воды, разработанная программа «Расчета концентрации веществ в ванне улавливания» позволяет определить концентрацию веществ в ванне улавливания в любой момент времени и на любой стадии выполнения производственной программы нанесения покрытий. Для этого после ввода исходных данный нажимается кнопка «Измененный маршрут», и в окне «Результаты расчетов» появляются величины концентрации веществ в ванне улавливания через каждый час (шаг) ее работы.
Авторы считают, что в данной работе новым является разработанный программный продукт для оптимизации (уменьшения) расхода компонентов электролита и промывной воды путем изменения схемы движения автооператора в основных и дополнительных операциях. С помощью разработанной программы «Расчет концентрации веществ в ванне улавливания» возможно быстро и объективно определить концентрацию компонентов технологического раствора через каждый час ее работы как при традиционном, так и при измененном маршруте движения деталей, что позволяет:
1) отследить момент достижения в ванне улавливания половинной концентрации веществ по сравнению с концентрацией компонентов в технологическом растворе и при традиционном маршруте движения деталей произвести замену грязной воды на чистую;
2) получать высококонцентрированную отработанную промывную воду, утилизация которой вызывает меньше затруднений, чем переработка разбавленных промывных вод;
3) получать отработанную загрязненную промывную воду одинаковой концентрации, что делает стабильными как работу установок по переработке отработанных растворов, так и количество получаемых продуктов для последующей утилизации;
4) определить эффективность работы ванны улавливания, как за весь период ее работы, так и на любом этапе работы ванны;
5) получать промывную воду любой концентрации, требуемую для последующей регенерации и рекуперации.
Разработанное программное обеспечение предназначено как для использования на промышленных предприятиях, так и для обучения студентов дисциплинам, связанным с гальваническим производством, в том числе с использованием дистанционных образовательных технологий.
Литература
1. Казаков В. А., Виноградов О. С., Гуляева Н. А. Методические подходы к расчету экономии водоре-сурсов в гальваническом производстве.// РНЖ «Экономика и управление» №11 (61), 2010. - С.69-74.
2. Виноградов С. С. Промывные операции в гальваническом производстве. /Под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева.- М.: Глобус, 2007. - 157 с.
УДК 528.852
КОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ЛЕДЯНЫХ ПОЛЕЙ, ВОДНЫХ МАСС И ОБЛАЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
А. А. Бучнев, к. т. н., старший научный сотрудник Тел. (383) 330-7332, email: [email protected]
