Совершенствование процесса фильтрации и отгонки сероуглерода с целью снижения вредности производства и повышения качества вискозного волокна

За более чем столетнюю историю химических волокон их роль в производстве материалов и изделий, необходимых для обеспечения жизни людей, стала неоспоримой. Выпуск химических волокон год от года увеличивается, и поэтому понятен интерес к перспективам их развития, появлению новых видов и возможностей замены одних видов волокон другими. 1

На протяжении 90-х годов химические волокна получили в мире дальнейшее развитие - увеличивались объемы производства, совершенствовались их эксплуатационные свойства, создавались новые виды волокон.

Несмотря на то, что темпы роста производства основных групп химических волокон были ниже, чем в 80-е годы, объем их мирового производства к середине 90-х годов фактически превысил уровень производства натуральных волокон.

Опережающий темп роста производства химических волокон связан с увеличением численности народонаселения земного шара и возрастанием потребности в текстильных материалах.

В отличие от синтетических волокон в мировом производстве целлюлозных волокон в 90-е годы не обнаружено динамики роста. Несмотря на преимущество целлюлозных волокон в отношении возобновляемой сырьевой базы, существующие технологии их получения порождают проблему защиты окружающей среды, для чего требуются дополнительные производственные расходы. Поэтому, несмотря на имевший место вискозный бум в начале 90-х годов, в Западной Европе не создавались новые установки, а вместо этого были лишь загружены существующие мощности.

В странах Восточной Европы произошло существенное свертывание производственных мощностей, они загружены в лучшем случае наполовину. В то же время в странах Дальнего Востока планируется ввод в действие новых мощностей.

Производство натуральных волокон: хлопка, джута, льна, шерсти и натурального шелка - достигло 26-27 млн. т., и примерно столько же производится химических волокон. Производство натуральных волокон постепенно приближается к своему пределу, который оценивается в 30-35 млн. т. Следствием этого является то, что все потребление в будущем должно удовлетворяться за счет химических волокон путем постоянного наращивания их выпуска.

При анализе развития производства химических волокон необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на этот процесс, в том числе совершенствование технологий, снижение энерго- и материалоемкости, снижение вредности производства, расширение ассортимента и появление новых видов волокон.

Вискозные волокна в настоящее время являются одним из важнейших видов сырья для текстильной промышленности 2. Перспективы их развития, определяются тем, что они являются заменителями хлопка и используются как добавки к синтетическим волокнам. Применение вискозного волокна основывается на следующих преимуществах:

по сравнению с синтетическими волокнами: комфортность изделий - высокая гидрофильность в сочетании с мягкостью, легкость в окраске и набивки тканей и трикотажных полотен, отсутствие электризуемости, хорошая теплостойкость;

по сравнению с хлопком: широкий диапазон резки и линейной плотности, возможность окрашивания в массе, высокая технологичность переработки, большая однородность волокна и получаемой пряжи.

В первые годы 21 столетия наметилась тенденция к увеличению производства химических волокон, в том числе и вискозных волокон, что видно по статистическим данным за 2003 год по сравнению с 2002 годом 3:

Выпуск продукции производств вискозного волокна в России составляет:

ОАО "Вискозное волокно" г. Балаково; 2002г - 10325т., 2003г - 15555 т.,

ООО "Красноярские волокна"; 2002г - 18т., 2003г - 31 т.,

ОАО "Рязанское химволокно"; 2002г - 22722т., 2003г - 23455 т.,

ОАО "Сибволокно"; 2002г - 908т., 2003г. - 2468т.

Для того, чтобы повысить качество химических волокон за счет устранения внешних дефектов, достижения равномерности и стабильности физико-химических показателей, улучшения качественных характеристик необходимо усовершенствование технологии получения волокон, что и предлагается в данном дипломном проекте.

1. Информационный анализ

1.1Литературный обзор с обоснованием выбора технического решения

1.1.1 Основные направления совершенствования способов получения вискозных волокон

Вискозный процесс является многостадийным, энерго- и материалоемким и пока еще вызывает существенные экологические затруднения.

Однако развитие современных процессов получения вискозных волокон позволяет значительно снизить присущие им недостатки за счет использования новых решений в технологии и аппаратуре. 4

Одной из ответственных стадий в технологическом процессе является стадия приготовления щелочной целлюлозы, где, в основном, закладываются предпосылки высокого качества вискозы. Стадия приготовления щелочной целлюлозы называется стадией мерсеризации, из-за того, что на этой стадии происходит обработка целлюлозы 18% раствором NaOH. Совместно с ПКБ "Пластмаш" и заводом "Сибволокно" разработаны новые установки непрерывной мерсеризации различной производительности (30-60 т/сут) вискозной нити и волокна, имеющие следующие отличия от действующих 8:

периодический роспуск целлюлозы в специальных аппаратах с загрузкой целлюлозы кипами (а не листами) с постоянной продолжительностью мерсеризации независимо от изменения производительности установки при эксплуатации;

высокий уровень стабилизации состава щелочной целлюлозы до и после отжима (колебание содержания альфа - целлюлозы не превышает 0,5%);

высокая степень измельчения щелочной целлюлозы при одноступенчатом измельчении (75-85 г/л насыпной массы);

автоматизированная система управления, работающая на современном программном обеспечении;

возможность механизированной замены комплексного перемешивающего устройства (роторного агрегата) при ремонте мерсеризатора.

Возможен метод двойной мерсеризации целлюлозы с двумя отжимами после первой (предварительной) и второй (окончательной) мерсеризации, которую целесообразно проводить после предсозревания. В этом случае появляется возможность удалить из щелочной целлюлозы низкомолекулярные фракции, образующиеся в процессе окислительной деструкции целлюлозы. Достоинствами метода является то, что щелочная целлюлоза характеризуется более низким содержанием гемицеллюлоз и более высокой реакционной способностью, что должно облегчить получение высокопрочных вискозных волокон, по сравнению со щелочной целлюлозой полученной традиционным способом. Кроме того, при двойной мерсеризации сокращается расход сероуглерода при ксантогенировании. Это приводит к снижению содержания свободной щёлочи в щелочной целлюлозе, и, следовательно, к уменьшению расхода сероуглерода на побочные реакции. Однако, при этом способе мерсеризация и особенно регенерация щелочи осложняется. Резко увеличивается мощность содовой станции, где готовятся два рабочих раствора мерсеризационной щелочи и собираются два раствора отжимной щелочи. 9

В вискозе, применяемой для производства штапельного волокна, содержится 9-10% целлюлозы и 5,5-6,0% едкого натра, то есть на 1 кг целлюлозы приходится примерно 0,6 кг едкого натра. В щелочной целлюлозе содержание едкого натра не превышает 0,47 кг/ кг (15/32%). Недостающие 0,13 кг/ кг обычно вносят с растворительной щелочью. Такой способ производства щелочной целлюлозы представляет интерес, в котором сразу получают щелочную целлюлозу, содержащую всё количество едкого натра, необходимое будущей вискозе. Такой процесс реализован в аппаратах ВА. Полученная щелочная целлюлоза содержит 26,5% целлюлозы и 16,0% едкого натра. Этот способ характеризуется высокой экономичностью, однако, широкого распространения не получил из-за периодичности процесса и недостаточной фильтруемости вискоз. Съем профильтрованной вискозы, получаемой в аппаратах ВА, не превышает 1,2 м³ с 1м³ фильтрующей поверхности, тогда как в обычном процессе он достигает 2,0 - 2,5 м³/м^2.

Для снижения межмолекулярного взаимодействия и облегчения перевода в растворимое состояние щелочную целлюлозу подвергают ксантогенированию. Под ксантогенированием понимают комплекс химических и физико-химических процессов, протекающих при взаимодействии щелочной целлюлозы с сероуглеродом. Процесс ксантогенирования протекает в гетерогенных условиях многофазной системы.

В общем случае в начале процесса можно выделить следующие фазы:

газовая многокомпонентная фаза переменного состава, состоящая из паров сероуглерода, воды и азота;

две жидких фазы - сероуглерод и многокомпонентная щелочная фаза, состоящая из аморфной набухшей целлюлозы, едкого натра, воды и небольшого количества сероуглерода;

твердая фаза, состоящая из кристаллических или близких по своей степени упорядоченности к кристаллическим участкам щелочной целлюлозы.

В зависимости от содержания целлюлозы в реакционной массе и, соответственно, её гетерогенности различают следующие разновидности процесса ксантогенирования:

сухое ксантогенирование; содержание целлюлозы 28-35%;

мокрое ксантогенирование; содержание целлюлозы 18-24%;

эмульсионное ксантогенирование; содержание целлюлозы 1-5%.

Наибольшее распространение получило сухое ксантогенирование, которое иногда называют ксантогенированием в волокнистом состоянии. Процесс ведут при достаточно высокой температуре 26-35 ⁰С, так что значительная часть сероуглерода находится в газообразном состоянии.

Мокрое ксантогенирование, рекомендуемое для ускорения процесса и повышения качества вискозы, проводят обычно при более низких температурах (18-24⁰С) с добавкой дополнительной щелочи. Сероуглерод находится в большей мере в жидкой фазе.

Эмульсионное ксантогенирование чаще применяют в исследовательских целях, например, для определения реакционной способности целлюлозы. Практически весь сероуглерод находится в эмульсированном состоянии в виде жидкой фазы.

В промышленности основным является способ сухого ксантогенирования в ксантогенераторах периодического действия.

Для интенсификации процесса ксантогенирования целесообразен переход к непрерывному ксантогенированию. Это возможно при переходе к мокрому ксантогенированию или проведении сухого ксантогенирования при повышенной температуре и упругости паров с использованием эффекта дополнительного ксантогенирования во время растворения ксантогената.

Продолжительность мокрого ксантогенирования может быть сведена до 30 мин. Однако, для осуществления непрерывного ксантогенирования по мокрому способу необходимы интенсивные смесители непрерывного действия, например, шнеки, которые в следствие высоких напряжений сдвига нельзя выпускать в расчете на производительность выше, чем 10-15 т/сут по целлюлозе.

Второе направление - сухое ксантогенирование при повышенной температуре и упругости паров сероуглерода - оказалось более перспективным. Оно реализовано в промышленном масштабе фирмой "Кемтекс". В ксантогенатор производительностью 50-60 т/сут по целлюлозе щелочная целлюлоза подаётся в циклон и через герметичный бункер поступает на ленту транспортера, расположенную в герметичной ёмкости. На ленту сероуглерод подаётся через дозатор. Частично проксантогенированная щелочная целлюлоза пересыпается на нижнюю транспортёрную ленту, на которой продолжается ксантогенирование. Общая продолжительность ксантогенирования 30 мин. Ксантогенат пересыпается в углубление, в котором он с помощью мешалки смешивается с растворительной щелочью, подаваемой через дозатор и поступает на измельчитель. Образовавшаяся суспензия подаётся на растворение и фильтрацию. [10]

Ксантогенат целлюлозы растворяют в разбавленном растворе едкого натра, и при достаточной концентрации образуется вязкий раствор, называемый вискозой, который используется для формирования волокна. [11]

Процесс растворения ксантогената целлюлозы - одна из важнейших стадий вискозного производства, где формируется структура вискозы. От того, насколько полно осуществлено растворение ксантогената целлюлозы, в большей степени зависят параметры проведения последующих стадий: фильтрации вискозы и формования волокна. Современный промышленный способ растворения ксантогената целлюлозы практически не отличается от способа 40-50 летней давности и характеризуется большой продолжительностью (3-6ч)

В настоящее время на предприятиях для вискозного волокна применяются растворители ксантогената целлюлозы разной конструкции 12,13,14: вертикальные, горизонтальные, объемом от 7 до 40 м^3, с одной, двумя или тремя мешалками. С увеличением частоты вращения мешалки резко сокращается время получения гомогенной вискозы.

Основным путем интенсификации процесса растворения ксантогената целлюлозы было создание растирателей - лопастных, дисковых, центрифуг [15].

С начала 70-х годов широко используются конструктивно более современные аппараты роторного типа: роторно-импульсивные (РИА), гидродинамические (ГАРТ), роторно-пульсационные (РПС или ПРГ).

При изучении влияния температуры на растворение ксантогената целлюлозы был сделан вывод, что температура должна меняться в течение процесса: от высокой в самом начале растворения - к низкой при его завершении. Данный двухстадийный процесс растворения ксантогената целлюлозы заслуживает внимания, поскольку достигается максимальное растворение ксантогената целлюлозы с одновременной интенсификацией процесса. Широкому его внедрению препятствует относительная сложность управления процесс-

сом.

Принципиально новое решение процесса непрерывного получения растворов полимеров предложено исследователями в смежной области - производстве синтетических волокон при растворении карбоцепных полимеров - поливинилхлорида и сополимеров поливинилнитрила [16,17]. При этом в аппаратах непрерывного действия производится кратковременная (4-40 с) обработка суспензии полимера в растворителе при градиентах скорости сдвига процесса 1000-8000 с^-1, создаваемых в узком кольцевом зазоре между корпусом быстровращающимся ротором. Такая обработка обеспечивает получение гомогенного прядильного раствора, имеющего более низкую оптическую плотность по сравнению с растворами, приготовленными периодическим способом.

Растворители непрерывного действия обеспечивают равномерную "сдвиговую" обработку раствора и его равномерный и быстрый нагрев до требуемой температуры, причем разогрев происходит за счет преодолевания сил вязкого трения раствора при высокоинтенсивной обработки в адиабатических условиях (до 96% подводимой энергии расходуется на нагрев раствора). Обработка в указанном выше диапазоне градиентов скорости сдвига обеспечивает перевод растворов полимеров в режим аномально вязкого течения, при котором происходит значительные изменения их структуры, что в конечном итоге, выражается в снижении структурной вязкости растворов в 6-10 раз. Процесс растворения при высоких градиентах скорости сдвига принципиально отличается от обычного растворения в бак с мешалками.

Аппарат непрерывного действия роторно-пульсационного типа ПРГ - 320 для растворения полимеров при высоких градиентах скорости сдвига представляет собой горизонтальный аппарат, состоящий из корпуса с центроосевым патрубком входа и радиальным патрубком выхода обрабатываемой среды. Внутри корпуса консольно на приводном валу закреплён ротор, представляющий собой диск с отверстиями, по обе стороны которого расположены роторные решётки. В корпусе и фланце корпуса привода крепится статор. Роторные и статорные решётки представляют собой полые цилиндры с радиальными прямоугольными прорезями. Роторные решётки располагаются между статорными решётками с радиальным зазором 1 мм. Числом прорезей на внутренних роторной и статорной решётках ровно 30, на всех последующих - 30. Из соображенной прочности, цилиндры выполнены переменной толщины - от 14 мм на внутренней до 9 мм на наружной и статорной решётках.

На диске ротора смонтирована крыльчатка, представляющая собой непрофилированные лопасти, предназначенные для улучшения условий всасывания, дробления комков твёрдой фазы и создания напора для транспортировки обрабатываемой среды.

Во входном патрубке аппарата смонтирована крестовина, служащая совместно с крыльчаткой, ступенью предварительного измельчения крупных включений обрабатываемой среды.

Для уплотнения вала используется сальниковое уплотнение, в качестве уплотняющего и охлаждающего материала, в котором применена набивка марки АФТ по ГОСТ 5152-77. Для повышения долговечности и надёжности уплотнение выполнено с подвижной втулкой, позволяющей сократить нагрузку на втулку и тем самым уменьшить её выработку.

Аппарат ПРГ - 320 смонтирован на общей с электродвигателем раме, вращение от электродвигателя передаётся через упругую муфту. В раме предусмотрены дополнительные отверстия для установки в случае необходимости сменного электродвигателя.

Поступающая во входной патрубок обрабатываемая среда подвергается предварительному грубому измельчению при прохождении через крестовину и осевые зазоры между лопастями крестовины и крыльчатки. Заполняет рабочие полости по обе стороны роторного диска, дополнительно измельчается в радиальном зазоре между лопастями крыльчатки и внутренней статорной решёткой. Благодаря форме лопастей решёток принудительно "втирается" в зазоры статорной решётки и под действием напора, создаваемого насосом на входе в аппарат, а также развиваемого крыльчаткой, проходит последовательно через прорези роторных и статорных решёток (тонкое измельчение), а затем удаляется через выходной патрубок.

При вращении ротора происходит последовательное совмещение и перекрытие прорезей, что вызывает высокочастотную пульсацию потока, высокие градиенты скоростей сдвига, гидравлические удары и другие гидродинамические воздействия, что в совокупности с механическим срезом обеспечивает высокую интенсивность заданных процессов.

Такие аппараты было предложено применять и для растворения ксантогената целлюлозы [13].

Большие возможности совершенствования процесса растворения ксантогената целлюлозы, его значительной интенсификации, снижения металлоёмкости и энергозатрат открывается при применении растворителей роторно-пульсационного действия в вискозном производстве. При этом становится реальным совершенствование всего технологического процесса подготовки вискозы, а именно: снижение его стадийности, уменьшение длины вискозопроводов, оптимизация температурного режима и так далее. Так гомогенность вискозы, поступающей на формование, в большей степени от технологических условий и подготовки к формованию, последовательности отдельных операций, а также от способа проведения фильтрации.

Этот процесс необходим в любом случае, так как в вискозе, независимо от способа проведения растворения ксантогената целлюлозы и подогрева вискозы, всегда присутствуют механические примеси, внесенные с целлюлозой, растворами и из коммуникаций. Поэтому заключительной стадией, которая определяет гомогенность вискозы, поступающей на формование, является процесс фильтрации.

Гель - частицы и микрогель - частицы вызывают различные нарушения в процессе формования: засор фильер, обрыв элементарных волокон, неравномерность их свойств по длине и другие.

Имеющиеся в литературе данные о влиянии размера гель - частиц, содержащихся в вискозе, на засор фильер - самые разноречивые, что объясняется разной их природой и, соответственно, разными свойствами, гель - частицы размером до 40 мкм могут менять свою форму под действием градиентного поля в отверстие фильеры, вытягиваться вдоль оси отверстия и, не засоряя его, попадать в формующееся волокно. При этом ухудшаются свойства свежесформованного или готового волокна по прочностным характеристикам. [14]

Твёрдые же частицы (механические примеси) такого размера вызывают закупорку отверстий фильеры, что приводит к обрыву элементарного волокна. Засор фильер могут вызвать гель - частицы самого разного размера - от 30-40 до 5-8 мкм и даже от 1 до 2 мкм.

Достаточно подробно изучено влияние гель - частиц на фильтруемость вискозы. Плохо фильтруемая вискоза содержит в 10 раз больше гель - частиц по сравнению с хорошо фильтруемой. Установлена зависимость между числом гель - частиц порядка 40 мкм и закупоркой отверстий фильер. Установлено, что гель - частицы менее 10 мкм практически не задерживаются в процессе фильтрации, а между гель - частицами размером ~ 25 мкм и фильтруемостью вискозы существует прямая зависимость.

В работе [15] приведены данные о влиянии общего числа гель - частиц с разными размерами на дефектность и прочность готового волокна. Влияние гель - частиц на число дефектов волокон изучено также в работе [14]. Приведенные данные свидетельствуют о том, что при формовании вискозы через фильеру с диаметром отверстий 50 мкм наличие в ней гель - частиц размером больше или равно 40, числом более 10 штук в 1мл вискозы приводит к обрыву элементарных волокон и получению ворсистой комплексной нити.

Микрогель - частицы неблагоприятно влияют на физико-механические свойства волокон. По данным авторов [16] между прочностью волокна и средним диаметром микрогель - частиц существует прямая зависимость. Так при увеличении среднего размера микрогель - частиц с 0,1 до 2 мкм прочность готового волокна снижается более, чем на 30%.

Приведённый выше краткий анализ литературных данных показывает, что гель - частицы и микрогель - частицы и механические примеси, содержащиеся в вискозе, существенно влияют на стабильность процесса формования и качественные показатели полученных волокон. Из-за их наличия вискоза подвергается многократной фильтрации, что значительно усложняет технологический процесс получения и переработки вискоз и ухудшает технико-экономические показатели. Поэтому большой интерес представляют работы, направленные на улучшение качественных показателей вискозы по гомогенности до фильтрации и, в первую очередь, исследующие влияние на гомогенность вискозы различных способов и технологических условий процесса растворения.

Очистка вискозы от примесей и нерастворившихся частиц ксантогената целлюлозы является важной стадией процесса получения и подготовки вискозы, от эффективности которой в значительной мере зависит процесс формования и качества готовой продукции.

Для фильтрации вискозы перед формованием широко используется нетканый материал "гамджа", изготовленный из отбеленной хлопковой ваты и марли. Вследствие дефицитности хлопковой ваты и марли необходимо создать нетканый материал с фильтрующими свойствами на уровне гамджи.

Наиболее широко за рубежом для фильтрации прядильных растворов применяются различные нетканые материалы, изготовленные по иглопробивному способу, что обусловлено их высокой грязеёмкостью, низким гидравлическим сопротивлением и хорошей устойчивостью к стиркам.

Для замены хлопчатобумажной гамджи на отечественных предприятиях разработан нетканый иглопробивной фильтр - материал из смеси поливинилхлоридного волокна и хлопка в соотношении 75: 25. Применение небольшого количества хлопка в смеси волокон позволяет повысить способность фильтр-материала сорбировать органические примеси вискозы, а также уменьшить или вообще исключить течи вискозы по кромкам материала в процессе фильтрации.

Опытно - промышленной проверкой [17] иглопробивного материала "Эврика" показана реальная возможность замены "гамджи" на этот материал без ухудшения качества вискозы и готового волокна и без внесения изменений в технологический процесс фильтрации.

Внедрение фильтровального материала "Эврика" на предприятиях позволит исключить из использования для процесса фильтрации вискозы 300 т. хлопка - сырца и 1 млн. м. марли.

Механизм фильтрации вискозы отличается от механизма обычных процессов осветлительной фильтрации тем, что происходит в основном во внутренних слоях фильтрующей перегородки. В зависимости от применяемого фильтр - материала и числа стадий фильтрации удаляются частицы всех размеров до 5-6 мкм, в том числе частицы, диаметр которых значительно меньше диаметра пор фильтрующей перегородки. С уменьшением их размера доля частиц, отделяемых в процессе фильтрации, уменьшается.

Увеличение мощности производств вискозных волокон вызывает необходимость разработки новых высокопроизводительных и экономичных процессов фильтрации и новых фильтровальных перегородок. В связи с этим всё больше внимания уделяется изучению теоретических основ процесса фильтрации вискозы [18].

С целью интенсификации процесса фильтрации целесообразно усовершенствовать конструкцию фильтр - прессов.

Для обеспечения необходимой чистоты вискозы фильтрация обычно проводится в несколько стадий, традиционно в основном применяются рамные фильтр - прессы. Фильтрация вискозы на рамных фильтр - прессах требует большого расхода хлопчатобумажных материалов, таких как байка, бязь, шифон, гамджа и других. Кроме того перезарядка фильтр - прессов требует применения тяжелого ручного труда во вредных условиях, больших производственных площадей, а также имеет большую металлоёмкость.

Дисковые фильтры с намывным слоем, применяемые для фильтрации вискозы, работают по непрерывной схеме, автоматизированы, расход фильтрующего материала (мелконарезанное гидратцеллюлозное волокно) гораздо меньше. Но из-за нерешенных проблем регенерации фильтрующего материала, они не нашли широкого применения. Наибольший интерес представляют фильтры, в которых фильтрующая перегородка постоянно очищается от загрязнений. Их представителями являются следующие типы аппаратов:

патронные фильтры [19, 20] ;

свечевые фильтры [21] ;

механизированные фильтр - прессы с обратной промывкой [22] ;

ситовые фильтры с непрерывной регенерацией фильтровального слоя типа "Durso" [23].

Керамические патронные фильтры не нашли широкого применения при фильтрации вискозы из-за ряда конструктивных недостатков, трудностей полного восстановления фильтрующих свойств фильтрующей перегородки.

Свечевые фильтры также не рекомендованные для фильтрации вискозы из-за невысоких скоростей фильтрации, недостаточной чистоты фильтрата.

За рубежом в производстве вискозных волокон наиболее широкое применение нашли высокопроизводительные фильтры Швецкой фирмы "Sund" [24].

Разработанные фильтры самоочищающиеся непрерывного действия фирмой "Вискоматик" с фильтрующими поверхностями 1,25 и 0,5 м² широко используются в настоящее время за рубежом. Оптимальные величины входного и выходного давлений в фильтре составляет 0,86*10⁵ и 0,6*10⁵ Па. По данным проспектов фирмы при фильтрации вискозы фильтр работает в режиме постоянной скорости, которая достигает 5 м³/ м²*ч. Регенерация осуществляется обратным током фильтрата, поступающего из корпуса фильтра в регенерационный шток.

В США для фильтрации вискозы создан ситовый фильтр с поверхностью фильтрации 4,75 м² [25]. Фирма "Brunswick" - США предлагает самоочищающийся фильтр, обеспечивающий непрерывную очистку вискозы со средними скоростями фильтрации 1,0-1,5 м³/м²*ч. Фильтр состоит из цилиндрического корпуса и фильтрующего элемента, который представляет собой полый перфорированный цилиндр. Отложившиеся на поверхности фильтрующей перегородки гель - частицы и механические примеси удаляются обратным током фильтрата через полый шток. По данным фирмы, один фильтр поверхностью 5 м² заменит фильтр - пресс поверхностью 160 м³.

Высокое качество и большое количество в производстве волокна требуют специальных фильтрационных систем, сконструированных с учетом высоких требований, предъявляемых к качеству конечного продукта.

Основываясь на вышеназванных фактах, система фильтрации фильтров KKF фирмы "Chemifasern Lenzing AG" (Австрия) [26] была усовершенствованна и отвечает следующим требованиям:

оптимальное корректирование качества;

автоматическая регенерация фильтра без прерывания процедуры фильтрации;

гибкость в модернизации существующих производственных линий;

высокая эффективность за счет низкой себестоимости технологического процесса;

малогабаритная установка и небольшая зона технического обслуживания;

высокая эффективность эксплуатации за счет автоматического регулирования уплотнительной системы;

устранение воздухозаборника (деаэрированный) прядильный раствор;

усовершенствование производств линии по выпуску вискозного волокна за счет сочетания установки фильтрации и системы регулирования давления;

минимальные потери за счет оптимальной системы регенерации;

безопасность в эксплуатации благодаря закрытой системе.

Система фильтрации KKF это полностью автоматизированная система непрерывного действия, функционирующая по принципу глубинной фильтрации. В качестве материала для фильтра используется металлическая ткань (ткань из металлического волокна), которая удерживает (фиксирует) частицы различных размеров и форм благодаря своему глубинному эффекту и заменяет стадии 1 и 2 фильтрации. По мере загрязнения в определенной степени, фильтр промывается обратным потоком, при этом происходит загрузка фильтра (новой фильтровальной среды). Обратный поток с примесями - загрязнениями, включениями - удаляется при помощи режекторного механизма, отбраковывается.

Неотфильтрованный материал проходит в камеру через входное отверстие при помощи подающего насоса. Сепарация происходит в то время, когда неотфильтрованный материал проходит из камеры в камеру. Между двумя этими камерами фильтрованный материал размещается на перфорированном барабане. Фильтрованный материал выгружается через выпускное отверстие и направляется в прядильную ванну (бак).

В случае максимальной степени загрязнения общая поверхность фильтровального материала очищается способом обратной промывки. Это происходит при передвижении выбрасывающего поршня от крышки к основанию и назад. Канальные отверстия между поршневыми кольцами, которые плотно прилегают к внутренней поверхности перфорированного барабана (держатель фильтровального материала) осуществляют обратную промывку минимального количества фильтрата, необходимого для промывания фильтровального материала от загрязнений (примесей). После промывания всей поверхности происходит перепад давления и выбрасывающий поршень остаётся в позиции "ожидания" до тех пор, пока не будет достигнут рассчитанный начальный момент для следующей промывки.

Анализ литературы показывает, что основной тенденцией в разработке оборудования для фильтрации вискозы является применение самоочищающихся фильтров, обеспечивающих достаточно высокое качество фильтрата, возможность многократной регенерации фильтрующей перегородки и высокую производительность аппаратуры.

Литературный обзор и исследования последних лет в области высокопроизводительных процессов и аппаратов, обеспечивающих получение гомогенных вискоз для формования волокон и комплексных нитей, показывает реальную возможность создания перспективной технологии процессов получения и подготовки вискозы к формованию, которая обеспечит высокие технико-экономические показатели производства.

Одним из основных этапов создания такой технологии является разработка и внедрение в производство высокопроизводительных растворителей непрерывного действия, в которых растворение ксантогената целлюлозы осуществляется в градиентном поле. Оно обеспечивает получение вискозы, в которой ксантогенат целлюлозы находится в тонкодисперсном состоянии (диаметр частиц меньше или равно 0,2 мм) с одновременным бесконтактны её подогревом до заданной температуры (~ 30-35 ⁰С), при этой температуре вискоза поступает в смесители с эмалированной поверхностью, работающий при давлении большем или равном 19,6*10⁴ Па. Такой способ смешения нескольких партий вискозы исключает возможность образования плёнок. Температура вискозы поддерживается за счет обогрева рубашки смесителя горячей водой, с той же температурой, что и поступающая вискоза.

Температура процесса растворения и смешивания рассчитывается так, чтобы по завершению этих процессов вискоза имела минимальную вязкость, с которой она направляется на следующие технологические операции - фильтрацию и обезвоздушивание.

Применение фильтров непрерывного действия с самоочищающейся фильтрующей перегородкой фирмы "Lenzing AG" позволит сократить количество фильтраций до двух, а, соответственно, и баковой аппаратуры, исключается применение остродефицитных и дорогих хлопчатобумажных тканей, сокращаются производственные площади.

Технологический процесс с применением растворителей роторно-пульсационного действия ПРГ-320 и фильтров KKF полностью автоматизирован.

1.2 Современные технологии получения гидратцеллюлозных волокон

В связи с поиском путей прямого растворения целлюлозы представляют интерес исследования способов повышения её растворимости в водно - щелочных растворах. Поскольку в растворах основного характера целлюлоза обладает нижней критической температурой смешения, одним из таких способов может быть охлаждение раствора. Однако снижение температуры растворения ограничено замерзанием водно - щелочных растворов, поэтому повышение растворимости целлюлозы в этих растворах можно достигнуть путем подбора оптимальных условий растворения при низких температурах. В частности, большое значение имеет добавка низкомолекулярных веществ, понижающих температуру замерзания растворителя и не ухудшающих растворения целлюлозы.

Добавление мочевины улучшает растворимость целлюлозы и при постоянном содержании едкого натра. Мочевина ослабляет межмолекулярные водородные связи и в присутствии этого вещества усиливается сольватация групп ОН целлюлозы, которая приводит к улучшению её растворимости.

Таким образом, оптимальное содержание едкого натра при понижении температуры растворения целлюлозы в водно-щелочных растворах и введения в раствор мочевины даёт возможность растворять сульфитную целлюлозу со средней степенью полимеризации 850 - на 56%, со степенью полимеризации 560 - на 65%, в то время как растворимость этой целлюлозы в 12,5% - ном растворе едкого натра при комнатной температуре составляет только 5 - 7% 4.

В последнее десятилетие появились новые технологии производства гидратцеллюлозных волокон лайоцелл (прямым растворением целлюлозы в N-метил-N-оксидах) и карбацелл (на основе карбомата целлюлозы). В настоящее время значительные успехи достигнуты в применении N-метилморфолин-N-метилоксида (NММО) в качестве растворителя целлюлозы.

Получение концентрированных растворов целлюлозы в этом случае позволяет создать технологию, альтернативную вискозной, и она уже реально существует в промышленном масштабе. Весьма важно то, что в результате разработки совершенных процессов регенерации удельный расход NММО минимизирован. Однако пока в развитии этого процесса имеется ряд трудностей, в частности, не удается получать волокна всего того ассортимента и с теми свойствами, которые присущи вискозным волокнам, особенно с хорошей деформативностью.

Очень высокая степень ориентации (при сухо-мокром формовании через воздушную прослойку), а поэтому пониженная деформативность (высокий модуль деформации и пониженное удлинение), ограничивают применение волокон лайоцелл по сравнению с вискозными волокнами. Их недостатком является также повышенная фибриллируемость в мокром состоянии и, следовательно, пониженная износоустойчивость.

Интересно провести аналогию с близкой ситуацией в развитии вискозного процесса от "шелка Лилиенфельда" с высокой прочностью и малой деформативностью, а также значительной фибриллируемостью, до современных вискозных волокон с широким заданным диапазоном свойств. Это было достигнуто путём применения добавок поверхностно-активных веществ в вискозу и осадительную ванну, варьирования условий осаждения и структурообразования, ориентационных и релаксационных обработок и так далее.

При дальнейшем развитии технологии волокон лайоцелл отмеченные особенности будут частично или полностью элиминированы, что, бесспорно, приведет к повышению потребительских характеристик этого типа волокон 5.

Актуальность создания новых видов конкурентоспособных текстильных материалов на основе отечественного волокнистого сырья очевидна по следующим причинам: утрата основной сырьевой базы нашего текстиля - хлопка; резкое сокращение выпуска вискозных волокон в силу исключительной вредности данного производства; очень низкая степень полезного использования льняного волокна (25-30%), что в совокупности с резким снижением его урожайности в последние годы существенно повышает стоимость готовых льносодержащих изделий.

Одним из возможных путей получения новых хлопкоподобных волокон является прямое растворение древесной целлюлозы в смеси метилморфолиноксид - вода с последующим формованием волокна из раствора. В нашей стране подобные исследования проводятся с начала 80-х годов ВНИИПВ (г. Мытищи), в результате чего предложена схема, основанная на получении высококонцентрированных (25% -ных)"твердых " растворов порошковой целлюлозы в ММО. Волокно, получаемое пока в лабораторных условиях, зарегистрировано под товарным знаком "орцел (R)". Отличительным признаком данной технологии является очень малое время растворения целлюлозы - 5-10 мин (за счет воздействия на систему целлюлоза - растворитель высокоинтенсивных сдвиговых напряжений в аппарате шнекового типа), в то время как по известным зарубежным аналогам время растворения составляет 1,5-2 часа.

К недостаткам нового процесса относится опасность перегрева системы целлюлоза - ММО из-за трудности эффективного отвода тепла от шнека, что приводит к частичной деструкции целлюлозы и, соответственно, к снижению физико-механических показателей. Кроме того, серьёзным недостатком гидратцеллюлозных волокон, свойственным и зарубежным аналогам, является высокая склонность к фибрилляции.

Промышленное освоение новой технологии потребует значительных капиталовложений и ещё нескольких лет работы. Ввиду сложности обеспечения отечественных инвестиций, ВНИИПВ активно прорабатывает вопрос привлечения зарубежных фирм к организации производства волокон "орцел (R)". Но, есть другая возможность ускорения практического применения новых гидратцеллюлозных волокон на текстильных фабриках Ивановского региона - это проведение промышленно-финансовой компании "Ивтекс" или каким-либо крупным текстильным предприятием маркетинговой оценки возможности закупки их в Европе и выпуска тканей нового ассортимента. Очевидно, что накопленный в ходе выполнения проекта опыт по особенностям получения и свойствам гидратцеллюлозных волокон также мог бы пригодиться.

Как уже отмечалось выше, предварительная активация целлюлозы позволяет целенаправленно изменять её физические и химические характеристики, резко увеличивает реакционную способность. Полученные результаты позволили не только оптимизировать процесс получения нового типа гидратцеллюлозных волокон, но и создают основу для серьёзного совершенствования технологии производства вискозных и ацетилцеллюлозных волокон.

Так, установлено, что в результате механической и химической дезинтеграции деструктируется, в первую очередь, наиболее длинные макромолекулярные цепи древесной целлюлозы. В результате деструкции по данному механизму экспериментальные образцы порошковой целлюлозы, полученные путём смешения 12 партий листовой целлюлозы с последующей дезинтеграцией, выравниваются по степени полимеризации и становятся более однородными по молекулярно-массовому распределению. Таким образом, становится возможным исключение брака при получении вискозных волокон из-за неоднородности разных партий целлюлозы.

Исследования, выполненные совместно с рязанским ПО "Химволокно", показали, что использование активированной порошковой целлюлозы для получения вискозы позволяет снизить удельный расход сероуглерода на 25-30%, едкого натра - на 20%, в ряде случаев исключить использование ПАВ, а также получить продукт высокой степени однородности и отличной фильтруемости приготовляемых из него растворов. При этом выявлена возможность значительного сокращения продолжительности ряда технологических операций (например, созревание вискозы, фильтрации) и, кроме того, ликвидации отдельных операций (например, измельчения щелочной целлюлозы).

Совместно со специалистами НИИ химии Саратовского госуниверситета установлена возможность обеспечения высокой скорости ацетилирования активированной порошковой целлюлозы при понижении температуры. Поскольку для промышленной проверки и воплощения этого комплекса работ не требуется серьёзного изменения аппаратурного оформления производства вискозного и ацетатного волокон, возможно уже в ближайший год-полтора будут получены на Рязанском производственном объединении "Химволокно" первые полупромышленные и промышленные партии волокон на основе активированной порошковой целлюлозы с улучшенными потребительскими свойствами.

И, наконец, ещё одна возможность использования активированной целлюлозы - в качестве текстильно-вспомогательных препаратов. В рамках проекта начаты работы по созданию шлихтующих, загущающих и аппретирующих составов на основе порошковой и микрокристаллической целлюлозы.

Ожидаемые результаты - снижение жёсткости обработанных текстильных материалов, повышение устойчивости их к механическим (многократный изгиб) и физико-механическим (пот, мыло, трение) воздействиям, упрощение расшлихтовки суровых и промывки напечатанных тканей, расширение отечественной базы ТВВ, снижение себестоимости обработки.

Разрабатываемые аппретирующие составы будут экологически чистыми (основная задача во всём мире), более экономичными, улучшает потребительские свойства материала.

К настоящему времени выявлены тиксотропные свойства смесей на основе порошковой целлюлозы и разработаны составы жидкофазных загущающих систем для печати текстильных материалов 6.

1.3 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов.

Таблица 2

Наименование сырья, материалов	Гос. стандарт, ТУ, регламент или методика на подготовку сырья	Показатели обязательные для проверки перед использованием в производстве	Регламентируемые показатели с допускаемыми отклонениями
Целлюлоза сульфитная	ГОСТ 5982- 84 1сорт	Массовая доля альфа-целлюлозы Динамическая вязкость Реакционная способность CS2/ NaOH Влажность Набухание Белизна Массовая доля золы	не менее 92% 240±25 МПа не> (80/11)% 6-10% 450-550% не < 90% не > 0,12%
Натр едкий технический	ГОСТ 2263- 79 диафраг- менный, марки РД-1	Массовая доля едкого натра Массовая доля железа в пере- счете на Fe2O3 Массовая доля хлорида натрия Массовая доля карбоната натрия	не < 40% не > 0,02% не > 3,8% не > 0,8%
Сероуглерод технический синтетический	ГОСТ 19213- 73 1 категория	Плотность при 200С Массовая доля нелетучего остатка	1,261-1,265 г/см3 не > 0,002%
		Показатель преломления Массовая доля сероводорода	1,625-1,629 отсутствует
Серная кисло- та техническая	ГОСТ 2184-77 улучшенная 1 сорт	Внешний вид Массовая доля моногидрата (H2SO4) Массовая доля свободного ангидрида Массовая доля железа Массовая доля оксилов азота (N2O3) Массовая доля остатка после Прокаливания Массовая доля свинца Прозрачность Цветность в мл раствора сравнения	не нормируется 92,5-94,0% не нормируется не >0,02% не нормируется не > 0,05% не нормируется не нормируется не > 6
Купорос цинковый	ГОСТ 8723- 82 1 сорт	Внешний вид Массовая доля цинка Массовая доля хлора Массовая доля фтора рН - 5% -ого раствора Массовая доля суммы кальция и магния	Кристаллы, чешуйки, порошок белого цвета не < 37% не > 0,4% не > 0,4% не < 4 не > 0,3
		Массовая доля двуокиси кремния растворимой Массовая доля железа Массовая доля марганца	не > 0,1% не > 0,03% не > 0,04%
Стеорокс 6 Стеорокс 920 по ТУ 6-14-778-83	ГОСТ 8990-75	Внешний вид Устойчивость 1% -ой водной дисперсии. Число омыления в мг едкого калия на г стеорокса Массовая доля золы Массовая доля железа рН - 1% водной суспензии Массовая доля влаги	Сиропообразная или пастообразная масса желтого или светло-коричневого цвета 80-88 не нормируется не > 0,5% не > 0,005% 7-9 не > 0,5%
Полиэтилен- гликоль-35 ТУ 14-719-82		Пермангонатное число на на- веску 1 гр 100% полиэтилен - гликоля-35 Гидроксильное число мг гид- роокиси калия на 1 гр поли- этиленгликоля-35 Массовая доля золы Массовая доля воды Массовая доля формальдегида	не < 2000 в пределах 72-78 не > 0,03% 35-40%
		Кислотное число, мг гидроокиси калия на 1 г полиэтиленгликоля-35 Цветность по платино- кобальтовой шкале Массовая доля железа	не > 0,001% не > 0,1% не > 35 не > 0,001%
Лаурилпири- диний сульфат	ТУ 6-14-711-86	Массовая доля лаурилпиридиний сульфата Внешний вид продукта при 20-250С Массовая доля железа	не < 40% однородная жидкость тёмно-коричневого цвета не > 0,01%
Умягченная вода	По регламенту ВУС	Общая жёсткость мгэкв/дм3 Массовая концентрация щёлочи мгэкв/дм3 рН Массовая концентрация железа

Страница:

•  1 
•  2 
•  3 

дипломная работа "Совершенствование процесса фильтрации и отгонки сероуглерода с целью снижения вредности производства и повышения качества вискозного волокна" скачать

Подобные документы

• Искусственные волокна

  Виды искусственных волокон, их свойства и практическое применение. Вискозные, медно-аммиачные и ацетатные волокна, целлюлоза как исходный материал для их получения. Улучшение потребительских свойств пряжи благодаря использованию химических волокон.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 02.12.2011
  

• Производство химических волокон

  Этапы производства химических волокон. Графит и неграфитированные виды углерода. Высокопрочные, термостойкие и негорючие волокна и нити (фенилон, внивлон, оксалон, армид, углеродные и графические): состав, строение, получение, свойства и применение.
  
  контрольная работа [676,2 K], добавлен 06.07.2015
  

• Химические волокна

  Классификация химических волокон. Свойства и качества искусственных их разновидностей: вискозы и ацетатного волокна. Полиамидные и полиэфирные их аналоги. Сфера применения капрона, лавсана, полиэфирного и полиакрилонитрильного волокон, акриловой пряжи.
  
  презентация [537,4 K], добавлен 14.09.2014
  

• Химическая технология текстильных материалов

  Технология обработки в отделочном производстве суровой вискозно-штапельной ткани. Технология подготовки тканей гидратцеллюлозных волокон перед крашением и печатанием. Особенности технологии и механизм заключительной отделки из гидратцеллюлозных волокон.
  
  контрольная работа [17,5 K], добавлен 23.07.2012
  

• Производство химических волокон

  Применение химических или физико-химических процессов переработки природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров) при производстве химических волокон. Полиамидные и полиэфирные волокна. Формования комплексных нитей из расплава.
  
  дипломная работа [1,5 M], добавлен 20.11.2010
  

• Волокна

  Стеклянное волокно, его применение. Общие сведения о базальтовом волокне. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна. Плотность и теплопроводность арамидных волокон. Основные свойства полиолефиновых волокон. Поверхностные свойства борных волокон.
  
  контрольная работа [491,1 K], добавлен 16.12.2010
  

• Классификация волокон

  Основу материалов и тканей составляют волокна. Друг от друга волокна отличаются по химическому составу, строению и свойствам. В основу существующей классификации текстильных волокон положено два основных признака - способ их получения и химический состав.
  
  курсовая работа [34,7 K], добавлен 15.12.2010
  

• Процесс получения и область применения базальтового волокна

  Месторождение базальтов, их структура и текстура, распространённость. История развития производства базальтовой теплоизоляции. Сравнительные характеристики базальтовых волокон. Технологический процесс получения волокна и изделия, получаемые из него.
  
  курсовая работа [159,2 K], добавлен 06.07.2014
  

• Классификация волокон

  Характеристика волокон синтетического происхождения. Положительные стороны и недостатки капрона, лавсана, спандекса. Классификация натуральных волокон. Описание хлопка и шерсти. Искусственные волокна органического и неорганического происхождения.
  
  презентация [828,3 K], добавлен 06.05.2015
  

• Технологическая схема производства хлебобулочных изделий с добавлением пищевых волокон

  Роль пищевых волокон в рационе человека. Характеристика технологической схемы и оборудования, необходимого для производства хлеба белого формового из пшеничной обойной муки с добавлением пищевых волокон, а именно отходов свеклосахарного производства.
  
  курсовая работа [32,9 K], добавлен 26.11.2014
  

Другие документы, подобные "Совершенствование процесса фильтрации и отгонки сероуглерода с целью снижения вредности производства и повышения качества вискозного волокна"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам