CC BY
17
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ
А.А. Покровский, доцент, к.т.н., Н.А. Кропотова, преподаватель, к.х.н., Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
г. Иваново
В середине прошлого века исследования ряда ученых были направленные на получение полимерных материалов, обладающих характерными для натуральной кожи структурой и свойствами. К таким материалам относятся синтетические кожи на нетканых основах из тонких химических волокон. Так как натуральная кожа состоит из тончайших, перепутанных между собой коллагеновых волокон (микрофибрилл) и обладает хорошо развитой системой взаимосвязанных микро- и макропор, то разработка способа получения волокон матрично-фибриллярного строения явилась основой создания принципиально новых видов материалов.
Одна из заключительных стадий технологического процесса получения нетканого материала заключается в удалении органического растворителя из его основы, оставшегося в ней после экстракции матричного полимера. Данную стадию можно рассматривать как сушку материала. Одним из главных факторов, влияющих на выбор способа сушки материала, является использование в технологии производства синтетической кожи нового поколения в качестве экстрагентов матричного полимера (полиэтилена низкой плотности) алкилбензолов (толуол, изомерные ксилолы) и нормальных алканов (гептан, декан). Все используемые растворители оказывают наркотическое воздействие на организм человека и вызывают кожное раздражение. Это говорит о том, что остаточное содержание растворителя в материале должно быть нулевым. Токсикологические свойства, используемых реагентов, представлены в таблице [1-4].
Технология промышленной сушки и термообработки нетканых материалов применяет в основном два способа подвода тепла к материалу: кондуктивный и конвективный.
В нашем случае использование кондуктивного способа сушки неоправданно по причине ограничения температуры сушильных поверхностей ввиду пожароопасности используемых растворителей.
Использование горячего воздуха в качестве сушильного агента при конвективном способе сушки, также не оправдано ввиду образования пожаро-взрывоопасной смеси паров органического растворителя и воздуха. Дальнейшее разделение данной смеси затруднительно.
Таблица
Наименование вещества и его формула Предельно-допустимая концентрация (ПДК) Класс опасности
в рабочей зоне, мг/м3 в населенном пункте, мг/м3 в водоёме, мг/м3
Гептан СНз(СН2)5СНз 2000 — — 4
Декан СНз(СН2)вСНз — — 1,5 3
П-ксилол С8Н4(СН3)2 50 0,2 0,05 3
Толуол С8Н5СН3 50 0,6 0,5 3
Проведенные исследования показали, что процесс сушки нетканого материала от органического растворителя в наиболее экологически и пожаробезопасном варианте реализуется в токе водяного пара. Использование насыщенного водяного пара с температурой 100 0С требует последующей сушки материала от водяного конденсата. Применение же перегретого пара исключает эту необходимость. Для доказательства этих утверждений, выбора оптимального способа удаления растворителя и нахождения основных технологических параметров, влияющих на скорость процесса, были проведены экспериментальные исследования, направленные на изучение кинетики данного процесса в токе насыщенного и перегретого водяного пара.
Процесс удаления растворителя из кожи сопровождается образованием смеси практически взаимно не смешивающихся жидкостей - органического растворителя и воды. Данные жидкости способны смешиваться друг с другом на уровне, не превышающем 0,05 %. Для возврата дорогостоящего растворителя в технологический цикл водно-органическая смесь подлежит разделению с последующей декантацией. Для рекуперации растворителя, смешанного с водой, применимы методы адсорбции и ректификации [5]. Очищенная вода, ввиду жестких предельно-допустимых концентраций, пригодна лишь для технических целей. Поэтому, с учетом вредного воздействия на организм человека всех используемых реагентов и необходимости их дальнейшей рекуперации, следует, что решаемая нами задача заключается в отыскании оптимального способа, обеспечивающего полное удаление растворителя из нетканого материала.
На основе проведённых исследований можно сделать следующие основные выводы.
1. Экспериментально доказано, что использование насыщенного водяного пара для удаления органического растворителя из нетканого материала крайне неэффективно, так как место растворителя в поровом пространстве материала занимает конденсат водяного пара. Остаточная влажность материала составляет порядка 45 %. Это приводит к необходимости его последующей сушки от воды другим способом.
2. Удаление растворителя из материала наиболее целесообразно проводить в токе перегретого водяного пара. Данная стадия рассматривается нами как
процесс конвективной сушки капиллярно-пористого материала от двух компонентов, так как при воздействии на нетканую основу перегретого пара вначале происходит полное удаление органического растворителя, а затем воды, сконденсировавшейся в ее порах.
3. Повышение температуры перегретого пара приводит к резкому сокращению времени испарения, как растворителя, так и воды. Это ведёт к повышению эффективности сушки, которое сопровождается уменьшением удельного расхода водяного пара на единицу испарения органики. Увеличение расхода водяного пара, напротив, практически не влияет на кинетику процесса сушки. Следовательно, нет необходимости проводить весть процесс сушки кожи с одинаковыми параметрами водяного пара. На первой стадии, когда содержание растворителя в материале велико, имеет смысл применить перегретый пар с температурой, близкой к температуре кипения удаляемого растворителя, что при минимизации расхода теплоносителя позволит сохранить высокое качество материала.
Список использованной литературы
1. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования: ГОСТ 12.1.005-76 ССБТ.
2. Беспамятов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. - Л.: Химия, 1985.
3. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ.
4. Вредные вещества в промышленности. Справ. для химиков, инженеров и врачей. /Под ред. Н.В. Лазарева. - Л.: Химия, 1976.
5. Очистка производственных сточных вод. Учеб. пособие для вузов. /Под ред. С.В. Яковлева. - М.: Стройиздат, 1986.
