CC BY
62
хлопковое волокно активизируя гидродинамическую обстановку в рабочем растворе и в межволоконном пространстве, что также способствует повышению эффективности процесса.
Таким образом, разработанное устройство позволяет сократить продолжительность процесса варки целлюлозы, например, при производстве медицинской гигроскопической ваты, что существенно снижает затраты электроэнергии, а кроме того решает проблему экологичности процесса, поскольку требуемые качественные показатели готового продукты обеспечиваются при существенном снижении концентрации химических реагентов в рабочем растворе и сточных водах. Совмещение процесса варки и отбелки хлопкового волокна позволяет повысить эффективность варки и отбелки за-счет сокращения общей продолжительности процесса и решать проблему ресурсо- и энергосбережения и экологичности процесса подготовки хлопкового волокна.
Библиографические ссылки
1. Егоров, П.Н. Технология ваты./ П.Н. Егоров, Г.А. Вайнштейн. М., 1955. С 117.
2. Авторское свидетельство СССР, МПК Б 21 С 7/00, № 319658, 1970.
3. Кошелева, М.К. Варочный котел периодического действия, патент на полезную модель № 99488, приоритет от 06.07.2010 г./М.К. Кошелева [и др.]; опубликовано 20.11.2010 г. Бюл. № 32.
4. Кошелева, М.К. Установка для отварки и отбелки хлопкового волокна, патент на полезную модель № 99487, приоритет от 06.07.2010 г. / М.К. Кошелева [и др.]; опубликовано 20.11.2010 г. Бюл. № 32.
5. Кричевский, Г.Е. Химическая технология текстильных материалов / Г.Е. Кричевский. М.: РосЗИТЛП, 2000. С. 376
6. Авторское свидетельство СССР, МПК Б21 С 7/00, № 423903, 1972.
УДК 677.016.253
М.К. Кошелева, С.Н. Шацких, А.П. Кереметина, Г.В. Бильман, А.В. Ямышев
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия ГОУ СОШ № 1145 имени Фритьофа Нансена, Москва, Россия
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ
РАСШЛИХТОВКИ И ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ ПОСЛЕ МЕРСЕРИЗАЦИИ
Curve dependences of degree of washing of a cotton fabric without an intensification and with an intensification ultrasound are received. Economic efficiency of application of a new technological mode of washing is calculated. It is shown that reduction of duration of processes leads to decrease in the expense of the electric power, water, ecological and industrial safety of these
technological processes raises.
Получены кривые зависимости степени промывки хлопчатобумажной ткани без интенсификации и с интенсификацией ультразвуком. Рассчитана экономическая эффективность применения нового технологического режима расшлихтовки и выщелачивания. Показано, что сокращение продолжительности процессов приводит к снижению расхода электроэнергии, воды, повышается экологическая и производственная безопасность этих технологических процессов.
Отделка тканей в значительной степени определяет качественные показатели готовой продукции, ее добротность и внешний вид, которые должны отвечать требованиям эстетики. Качество отделки оказывает существенное влияние на конкурентоспособность готовой ткани и на ее спрос.
Целью операций отделки является очищение ткани от имеющихся на ней загрязнений, примесей различного происхождения, придание тканям своеобразного внешнего вида, придание различных свойств (малосминаемо-сти, малоусадочносчти и др.) и др. Отделка хлопчатобумажных тканей состоит из сложного комплекса механических, химических и влажно-тепловых обработок, для проведения которых используется большое разнообразие оборудования и химических реагентов, которые ухудшают условия производственной и экологической безопасности.
Одним из путей повышения производственной и экологической безопасности является совершенствование технологических режимов, например, их интенсификация. В условиях красильно-отделочного производства большинство мокрых обработок тканей химическими реактивами или красителями требуют последующей промывки и сушки тканей, интенсификация этих процессов оказывает существенное влияние на экономическую эффективность всей отделки тканей. По затратам рабочего времени, размерам занимаемых площадей, количеству потребляемой энергии и воды процессы сушки и промывки тканей в красильно-отделочном производстве занимают первое место. Интенсификация процессов сушки, промывки (выщелачивания), расшлихтовки и др. имеет большое значение с экологической точки зрения, поскольку позволяет уменьшить объем сточных вод и содержание в них вредных примесей при промывке, то есть перейти к малоотходной технологии, снизить время воздействия опасных производственных факторов, уменьшить выделение паров вредных веществ в воздух рабочей зоны и в атмосферу.
В работах академика Сажина Б.С. с сотрудниками [1,2] установлено, что наиболее энерго- и водоемкие процессы сушки, промывки и пропитки имеют в общем случае S-образную кривую кинетики, которая описывается обобщенным уравнением массопередачи [3]. Показано, что при внешней задаче массообмена процесс можно интенсифицировать за счет активизации гидродинамической обстановки в аппарате (использования активных гидродинамических режимов - АГР). При смешанной и внутренней задаче массообмена интенсифицировать процесс можно, в основном, за счет наложения физических полей (инфракрасное излучение, ультразвук, омагничивание и др.). Интенсификация - это важнейшая составляющая эффективности технологического процесса, имеющая целью повышение его производительности
за счет увеличения скорости процесса и сокращения его продолжительности без увеличения удельных затрат при условии выполнения технологической задачи, определяющей качество готового материала. Для выбора способа интенсификации технологического процесса, в том числе процесса промывки, необходимо уточнить технологическую задачу, т. е. определить лимитирующее сопротивление [1,2].
В работах [1, 2, 4] показано, что лимитирующим скорость процесса и определяющим тип задачи массообмена является диффузионное сопротивление, определяемое критическим размером пор (критическим радиусом или диаметром). Анализ хлопчатобумажной ткани как объекта промывки показал, что критический радиус пор, определяющий тип задачи массообмена, составляет 0,6-0,8 нм, что свидетельствует о большом внутридиффузионном сопротивлении во втором периоде промывки.
Одним из способов интенсификации процесса промывки хлопчатобумажных тканей является использование ультразвука. Этот способ интенсификации промывки нашел широкое применение во многих отраслях промышленности. Однако применительно к промывке текстильных материалов этот способ интенсификации изучен недостаточно, хотя работы, которые ведутся в этой области, говорят о высоких показателях интенсификации промывки текстильных материалов. Интенсификация процессов промывки хлопчатобумажных тканей с применением ультразвука позволяет сократить продолжительность промывки, снизить содержание в промывном растворе и сточных водах концентрацию моющих средств.
Ультразвук играет значительную роль в интенсификации технологических процессов, поскольку приводит к существенному уменьшению продолжительности удаления различных технологических загрязнений из текстильных материалов. Процесс интенсификации при использовании ультразвука - это сложный физико-химический процесс, в ходе которого в промывном растворе возникает целый ряд эффектов. Прежде всего - это эффекты механической природы, прежде всего это кавитация, переменное звуковое давление, радиационное давление акустические потоки.
Максимальную роль при удалении различных технологических загрязнений из текстильных материалов играет кавитация, при которой происходит захлопывание кавитационных пузырьков и образование интенсивных ударных воздействий. Мгновенное значение давления ударной волны, генерируемой при захлопывании кавитационых пузырьков, достигает нескольких тысяч атмосфер.
Интенсивное перемешивание, которое возникает при кавитации и при воздействии акустических течений приводит к уменьшению толщины диффузионного слоя, что увеличивает скорость массообменного процесса, при этом толщина диффузионного слоя обратно пропорциональна корню квадратному из относительной скорости движения фаз.
Задача массообмена при промывке смешанная, и можно комбинировать методы интенсификации, но ультразвуковое воздействие является весьма эффективным, поскольку и в первом периоде оказывает интенсифицирующее воздействие за счет активизации гидродинамической обстановки
при явлении кавитации.
Проведены экспериментальные лабораторные исследования кинетики расшлихтовки и промывки (выщелачивания) после мерсеризации (обработки раствором гидроксида натрия с целью улучшения потребительских свойств) легкой хлопчатобумажной ткани при различном модуле промывной ванны без интенсификатора и при использовании ультразвукового воздействия (УЗ) для интенсификации процесса.
Объектом исследования являлась суровая хлопчатобумажная ткань-типовой представитель легких хлопчатобумажных тканей. Характеристики объекта исследования приведены в таблице 1.
Табл. 1. Основные характеристики объекта исследования
Ткань м, г/м Линейная плотность Номер пряжи Толщина ткани, мм Ширина ткани, мм Переплетение
По утку По основе По утку По основе
Миткаль 101 251 208 40 60 0,42 120 Полотняное
На рис. 1 представлены кривые изменения степени промывки-выщелачивания объекта исследования без интенсификатора и с интенсификацией ультразвуком с рабочей частотой 20...35 кГц при соотношении массы промывного раствора и ткани равном 500. Анализ экспериментальных данных показал, что время промывки может быть сокращено более чем на 60%.
Рис. 1 Зависимость степени промывки (выщелачивания) хлопчатобумажной ткани без интенсификации и с интенсификацией ультразвуком при модуле промывной ванны ц=500
Сокращение времени промывки приводит к снижению расхода электрической энергии и промывной воды, что дает экономический эффект более 500 тысяч рублей на одну промывную линию в год. При этом, как видно из таблицы 2, улучшается производственная и экологическая безопасность, поскольку снижается концентрация моющих средств (ПАВ) в промывном растворе, сокращается количество и загрязненность сточных вод, уменьшается вредное воздействие ПАВ в рабочей зоне, в том числе за счет сокращения времени промывки.
Задача, положенная в основу полезной модели, заключается в обеспечении высокой эффективности процесса промывки (выщелачивания) хлопчатобумажных тканей, за счет интенсификации массообмена при существенной экономии электроэнергии, сокращении расхода промывных и сточных вод [5].
Табл. 2. Повышение производственной и экологической безопасности при совершенствовании технологии процесса промывки (выщелачивания) лёгких хлопчатобумажных тканей после мерсеризации
Промывка (выщелачива- Размер- По действующей технологии Новый режим (при использовании ультразвука) Сокращение времени вы-
ние) после мерсеризации ность щелачи вания
Расход про-
мывной воды м3/час 27,9 18,6 9,3
на одной линии
Фактическая
масса годового сброса сточной тыс. м3/год 55,60 37,05 18,55
воды
Концентрация
моющего сред- кг/м3 5 3 2
ства в промыв- воды
ном растворе
Фактическая
масса годового
сброса моюще- т/год 46 28 18
го средства в
сточные воды
Пьезоэлектрические преобразователи, расположенные в промывной ванне, способствуют интенсификации массобменного процесса промывки и повышению его эффективности, поскольку колебания ультразвукового диапазона частот, создаваемые пьезоэлектрическими преобразователями, способствуют разрушению диффузионного пограничного слоя в системе ткань -промывной раствор, активизируют гидродинамику процесса и повышают температуру промывного раствора за счет кавитации.
Предложенное устройство обеспечивает высокую эффективность процесса промывки хлопчатобумажных тканей, позволяет сократить продолжительность процесса промывки, расход промывной и сточной воды и электроэнергии, при сохранении высокого качества текстильного материала и обеспечении экологичности процесса промывки - одного из самых водо- и энергоемких процессов отделочного производства текстильной промышленности, во многом определяющего себестоимость и качество готового материала.
Промышленное использование данного устройства будет способствовать применению высокоэффективного, ресурсосберегающего, экологически чистого процесса на предприятиях текстильной промышленности, что имеет особое значение для отечественной текстильной промышленности в современных условиях.
Оценка эффективности технологического режима расшлихтовки показывает, что при его внедрении значительно снижается загрязненность сточных вод, т.к. в рецептуре технологического раствора уменьшается концентрация химических реагентов. Приведенная масса годового сброса загрязнений сокращается более, чем на 55 %.
Основные результаты работы.
Для повышения эффективности процессов расшлихтовки и выщелачивания использовалось ультразвуковое воздействие, выбранное с учетом задачи массообмена при удалении шлихты и гидрооксида натрия из хлопчатобумажной ткани. Показано, что интенсификация технологических процессов приводит к уменьшению расхода чистой воды, электроэнергии, количества и загрязненности сточных вод, при этом существенно улучшаются условия труда в рабочей зоне, вследствие снижения концентрации химических реагентов;
Получен патент на полезную модель «Устройство для промывки движущейся ткани»;
Научное значение работы состоит в том, что процессы расшлихтовки и выщелачивания рассматриваются с позиции теории массообмена, а выбор способа интенсификации осуществляется с учетом задачи массообмена, анализируется механизм действия ультразвука;
Практическое значение, работы заключается в том, что выбранный способ интенсификации позволяет ускорить процессы расшлихтовки и выщелачивания более чем на 60%, предложено устройство для его реализации в промышленных условиях.
Библиографические ссылки
1. Сажин, Б.С. Основы техники сушки/ Б.С. Сажин. М.: Химия, 1984.
2. Сажин, Б.С. Пути повышения эффективности процессов промывки текстильных материалов/ Б.С. Сажин, В.А. Реутский, М.К. Кошелева. М.: Лег-промбытиздат, 1988.
3. Сажин, Б.С. Сушка и промывка текстильных материалов: теория, расчет процессов/Б.С. Сажин, В.А. Реутский. М.: Легпромбытиздат, 1990.
4. Кошелева, М.К. Методические указания по выполнению учебно-исследовательской работе «Анализ текстильных материалов как объектов технологических исследований». / М.К. Кошелева. М.: МГТА им. А.Н. Косыгина, 1992.
5. Кошелева, М.К. Исследование кинетики процесса сушки материалов, различающихся своей структурой. / М.К. Кошелева Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М.: МТИ им. А.Н. Косыгина, 1975.
6. Кошелева, М.К. Устройство для промывки движущейся ткани. / М.К. Кошелева, A.A. Щеголев, A.B. Пичугин. Патент РФ на полезную модель, приоритет от 10.03.05.г., опубликовано 27.08.05., Бюл. №24.
УДК 677.016.253
М.К. Кошелева, А.А. Щеголев, С.Н. Шацких, А.П. Кереметина, А.В. Ямышев
Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина, Москва, Россия ГОУ СОШ №1145 имени Фритьофа Нансена, Москва, Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ПРОМЫВКИ ТОНКОСУКОННЫХ ШЕРСТЯНЫХ ТКАНЕЙ И ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ИХ ПРОМЫВКИ
Research kinetics process of cordlike periodic washing thin-cloth woolen fabrics with use of a mix of surface-active substances with a certain combination that gives synergistic effect is conducted. The rational combination of stages of multiphasic process of cordlike washing dense thin-cloth woolen fabrics that allows to reduce the general duration of process of washing is defined, to raise its ecological safety.
Проведено исследование кинетики процесса жгутовой периодической промывки тонкосуконных шерстяных тканей с использованием смеси поверхностно-активных веществ с определенным сочетанием, что даёт синергический эффект. Определено рациональное сочетание стадий многостадийного процесса жгутовой промывки плотных тонкосуконных шерстяных тканей, что позволяет сократить общую продолжительность процесса промывки, повысить его экологическую безопасность.
В настоящее время промывка шерстяных тканей осуществляется в водных промывных растворах. В качестве моющих веществ применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ) или их смеси (в тех случаях, когда смесь дает положительный, так называемый синергический эффект.)
При промывке загрязнение находится в текстильном материале в двух состояниях: растворенное в пропиточном растворе и сорбирование на поверхности волокон. Растворенное загрязнение с текстильного материала удаляется чисто механическим путем - заменой пропиточного раствора на
