Программный комплекс для моделирования

технологических процессов в гальванических производствах

Р.А. Домрачев
ст. преподаватель кафедры ТЭП, к.т.н.,
С.В. Шишкина,
зав. кафедры ТЭП, к.т.н, профессор,
Вятский Государственный Университет, tep@vgu.ru, г. Киров

В настоящее время гальванические производства в нашей стране характеризуются гораздо более высоким потреблением дорогостоящих и токсичных тяжелых металлов (ТТМ) и их соединений, по сравнению с аналогичными производствами в развитых странах. Это существенно повышает себестоимость продукции и снижает ее конкурентоспособность. Кроме того, в этих производствах используются большие объемы воды не ниже питьевого качества и образуются сточные воды, содержащие токсичные соединения. Дорогостоящая и часто малоэффективная очистка таких стоков также увеличивает затраты за счет экологических платежей и не снижает их экологической опасности. Поэтому снижение потребления ТТМ и воды позволит решить не только экономические, но и экологические проблемы этих производств. Создание системы унифицированных нормативов расхода материалов, пригодных для применения в любом гальваническом производстве, невозможно из-за разнообразия используемых технологий, которое, в свою очередь, обусловлено применением гальванотехники в большинстве отраслей промышленности для обеспечения надежности, высокого качества и товарного вида продукции.

В связи с этим перспективной задачей является разработка математического аппарата и алгоритмов описывающих технологические процессы и программного обеспечения, позволяющего быстро и с минимальными трудозатратами отслеживать структуру движения материалов в технологических процессах.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать алгоритмы моделирования любых технологических процессов в гальванических производствах;

- экспериментально исследовать влияние различных факторов (состав растворов, режимы технологических процессов, конфигурация обрабатываемых деталей и т.п.) на параметры, определяющие безвозвратные потери ТТМ: удельный унос электролитов и снижение массы покрытия в заключительных операциях;

- разработать программное обеспечение для моделирования и оптимизации технологических факторов в гальванических линиях;

- разработать систему анализа полученных расчетных данных с целью выработки рекомендаций по повышению эффективности технологических процессов и снижению поступления токсичных тяжелых металлов на очистные сооружения.

В результате был разработан программный комплекс для моделирования технологических процессов в гальванических производствах, который позволяет:

- рассчитать индивидуальные нормы расхода материалов в технологических процессах, проанализировать структуру расхода материалов, выявить причины их перерасхода и разработать мероприятия по их снижению, что позволит повысить экономическую эффективность гальванического производства;

- выявить причины повышенного поступления металлов в сточные воды и на основе этой информации разработать мероприятия по его снижению, что уменьшит экологическую опасность гальванического производства;

- провести все необходимые материальные расчеты при проектировании гальванических линий, определить нормативы расхода материалов, выбрать методы утилизации и рекуперации, повышающие эффективность использования ТТМ в технологических процессах, а также при проектировании очистных сооружений.

рис. 1 Ввод технологической информации о ванне

Программный комплекс имеет удобный интерфейс, рассчитанный на неподготовленного пользователя, и не вызывают проблем у технологов и студентов при проведении расчетов. Для большей наглядности гальваническая линия представлена в трехмерном виде. В программу вносится информация по каждой технологической операции (рис.1), по последовательности технологических операций (рис.2) и по движению промывной воды (рис. 3)

рис. 2 Ввод последовательности технологических операций

рис. 3 Ввод информации о последовательности движения промывной воды

Алгоритм программы основан на циклическом расчете материального баланса всех промывных ванн с учетом всех входящих и выходящих материальных потоков. Для каждой ванны моделируется как принос и последующий унос химикатов с подвеской перемещаемой автооператором, так и принос (в случае повторного использования промывной воды) и унос с промывной водой. Для технологических ванн моделируется процессы в них протекающие, которые влияют на ее материальный баланс. Критерием остановки расчета служит (по выбору пользователя) либо заданное время работы гальванической линии, либо превышение концентрации по заданному компоненту в указанной ванне.

Результаты расчета выводятся на экран в виде отчета (рис. 4), который содержит информацию о концентрациях компонентов в каждой ванне, израсходованных анодах и химикатах, указываются пути расхода металлов (на основные цели, корректировку, потери за счет покрытия неизолированных частей подвесок и т.п.) и количество химикатов, возвращаемых обратно в ванны за счет оптимизации технологического процесса, например, использования петлевой циклограммы и (или) повторного использования промывной воды.

рис. 4 Результаты расчета

Программный комплекс прошел апробацию на ОАО «ЭЛЕКТРОПРИБОР» (г. Чебоксары). С его помощью был решен ряд проблем, связанных с очисткой сточных вод многопроцессной гальванической линии.

Разработанный нами программный комплекс используется не только для оптимизации действующего производства, но и в учебном процессе – для проведения расчетов в курсовом и дипломном проектировании. Это позволяет снизить затраты времени на проведение рутинных расчетов, прививать студентам умение и навыки работы с компьютером. В дипломных работах студенты могут выполнить гораздо больший объем расчетов, провести их математическую обработку и всесторонний анализ. На основании полученной информации они решают вопросы о целесообразности рекуперации и утилизации дорогостоящих химикатов, разделения потоков сточных вод и об организации их очистки.

Работа выполнена при поддержке совета по грантам при Президенте РФ. Грант № 7081.2006.3.