Проектирование прядильного цеха для производства вискозной текстильной нити

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Промышленность химических волокон развивается довольно быстро. Причинами этого развития является в первую очередь высокая экономическая эффективность данной отрасли промышленности, доступность исходного сырья и не зависимость производства от климатических условий, возможность значительного увеличения ресурсов и расширения ассортимента вырабатываемых изделий и, наконец, возможность получения волокон с новыми свойствами, позволяющими расширить области их применения.

Производство химических волокон требует значительно меньших капитальных вложений и трудовых затрат, чем производство пряжи из хлопка и шерсти, не говоря уже о натуральном шелке.

Вискозное волокно не обладает термопластичностью. Изделия из вискозного волокна могут использоваться при 100 - 120єС без снижения механических свойств в течение сравнительно непродолжительного времени. Вискозные нити меньше теряют в прочности при повышенных температурах, которые имеют место в процессе эксплуатации. При нормальной температуре прочность вискозных волокон значительно выше хлопковых.

Волокна используются главным образом для изготовления одежды; кроме этого, значительное количество их расходуется на изготовление всевозможных технических тканей и изделий, высокопрочной кордной нити, фильтровальных тканей, рыболовных снастей, веревок и канатов. Натуральных волокон недостаточно для удовлетворения всех возрастающих потребностей населения в текстильных товарах, а для технических изделий натуральные волокна во многих случаях непригодны, так как не обладают необходимым комплексом особых свойств (высокими термостойкостью, прочностью, хемостойкостью, биостойкостью и так далее). Кроме того, производство натуральных волокон является очень трудоемким и дорогостоящим.

В настоящее время искусственные и синтетические волокна являются не только полноценным материалом для изготовления высококачественных текстильных изделий, но и материалом, имеющим первостепенное значение для многих отраслей народного хозяйства.



1. Технологический процесс производства

1.1 Литературный обзор на тему: «Развитие производства вискозных волокон в мире»

История развития химических волокон показывает, что выпуск вискозных волокон не прекращается, а также находит решение многолетняя проблема рециклинга и обезвреживания выбросов. Созданы новые виды вискозных волокон хлопкоподобные (модальные), антимикробные, трудногорючие и многие другие.

Химические аспекты и основные физико-химические закономерности процессов получения вискозных волокон сложились достаточно давно. Однако технологии и аппаратура во многом устарели, а проблемы рециклинга химикалий и очистки выбросов, особенно газовых, рассмотрены недостаточно глубоко.

Уже в 2000г. на передовых предприятиях мира осуществляется почти полный рециклинг большинства исходных материалов, практически отсутствуют сточные воды и серосодержащие газы. Благодаря этому конкурентоспособность вискозного производства повышается наряду с другими альтернативными процессами изготовления гидратцеллюлозных волокон. Подавляющую часть (77%) производимых в мире целлюлозных волокон составляют вискозные. Значительное повышение интереса в последние годы к вискозным волокнам, особенно со стороны производителя текстиля, обусловлено их уникальными специфическими свойствами. Вискозные штапельные волокна являются наилучшим заменителем хлопка, поэтому расширяется их использование в смесях синтетическими и натуральными волокнами для изготовления одежды и бытовых текстильных изделий. Этот сектор будет определять дальнейшие перспективы развития мирового рынка вискозных волокон. Кроме того, вискозные текстильные нити остаются вне конкуренции для производства многих текстильных и технических изделий; вискозные кордные нити используются для изготовления покрышек гоночных и эксклюзивных автомобилей.

Основной тенденцией развития мирового рынка вискозных волокон в 1990-2006 гг. явилось расширение присутствия на нем стран азиатско-тихоокеанского региона. Масштабное расширение производственного потенциала по выпуску этих волокон обусловило увеличение доли региона на рынке с 36 до 77%.

Наиболее высокими темпами производства вискозных волокон в 1990-2006 гг. развивалось в Китае (+11% в год). Но с выходом Китая на мировой рынок вискозных волокон выявился ряд проблем, главным из которых является наличие большого количества мелких производителей (36 предприятий) и низкая конкурентоспособность продукции. С целью устранения этих проблем во второй половине 90-х гг. началась структурная перестройка, включающая в себя оптимизацию структуры компаний и размера мощностей, централизацию производства на основе крупнейших компаний, а также расширение сырьевой базы.

Доля Западной Европы в мировом производстве и вискозных волокон в настоящее время составляет 17%.

Производство вискозных волокон и нитей в стране в 2000-2006гг. развивалось неравномерно. В 2001 году произошел существенный спад их выпуска (на 34% по сравнению с показателями 2000года), а уже начиная со следующего года, оно стало неуклонно возрастать, превысив в 2006 году уровень 2000г. на 6%, что было связано с началом резкого оживления спроса на мировом рынке вискозных волокон и нитей, не прекращающегося и по сей день.

К сожалению, недостаточно высокое качество продукции выпускаемой на стремительно стареющих производствах, перманентно растущие тарифы естественных монополий и затраты на ремонт оборудования, отслужившего несколько проектных сроков, экологическая опасность устаревшей технологии, а также скачкообразное развитие производства вискозных волокон и нитей за рубежом на базе прогрессивных, экологически безопасных процессов сыграли решающую роль в сворачивании деятельности отечественных производителей вискозы.

Углубление вертикальной интеграции 1990-2006 гг. обусловило устойчивую тенденцию к снижению объемов мировой торговли химическими волокнами. Так, уменьшение объема мирового экспорта в рассматриваемый период составило в стоимостном выражении 43% , в том числе целлюлозных 39%. Сдвиги в товарной структуре мировой торговли химическими волокнами, коренным обзором изменили тенденции, существовавшие с начала международного обмена синтетическими и целлюлозными волокнами.

Основным импортером вискозного волокна из РФ является Турция. Это объясняется тем, что последние годы в этом государстве идет бурное развитие текстильной промышленности. В том числе расширяется производство текстильной продукции из вискозного волокна в связи с наметившейся тенденцией увеличения мирового спроса на одежду, изготовленную из вискозных тканей.

1.2 Выбор метода производства

Целлюлоза относится к группе полужесткоценных полимеров. Основной причиной повышенной жесткости является циклическое строение элементарных звеньев и наличие большого числа сильнополярных гидроксильных групп. Вследствие высокой жесткости цепей и сильного межмолекулярного взаимодействия целлюлоза не плавится и не растворяется. Поэтому целлюлозу обрабатывают раствором едкого натра, в результате чего образуется новое химическое соединение - щелочная целлюлоза. Затем проводят процесс ксантогенирования, и полученный ксантогенат целлюлозы уже растворяется в разбавленном растворе щелочи, образуя вязкий концентрированный прядильный раствор (вискозу), который и используется для формования волокна.

В производственных условиях химические волокна получаются двумя методами: формованием из вязких растворов или из расплавов полимеров.

Формованием из раствора вырабатываются искусственные и некоторые виды синтетических волокон (из полимеров и сополимеров акрилонитрила, поливинилового спирта, поливинилхлорида, перхлорвинила). Этим методам в настоящее время производится 75-80% химических волокон.

Различают два способа формования волокна из раствора: сухой и мокрый.

При сухом формовании волокна образуется в результате испарения при повышенной температуре органических растворителей из струек раствора, вытекающих из отверстия фильеры.

При этом химический состав полимера не изменяется.

Для возможно более полного улавливания растворителя волокно формуется в закрытом пространстве - в так называемой шахте прядильной машины. По сравнению с формованием из расплава этот способ менее экономичен, поскольку необходимо улавливать растворитель, кроме этого усложняется конструкция машины формования.

При мокром формовании волокно образуется в результате взаимодействия струек прядильного раствора с веществами, входящими в состав осадительной ванны (раствор, содержащий различные реагенты). В момент формования волокна этим способом имеют место физико - химические (высаживание полимера в виде волокон), а в ряде случаев химические процессы, приводящие к изменению состава исходного полимера.

В тех случаях, когда наряду с высаживанием полимера из раствора, происходят и химические реакции, процесс формования волокна может вестись двухванным и однованным способами.

Двухванным называется такой способ формования волокна, при котором физико-химические и химические процессы протекают раздельно. В первой ванне происходит высаживание полимера из раствора, а во второй (на прядильной или на отделочной машине) - химическое изменение состава полимера.

При формовании волокна однованным способом химические и физико-химические процессы протекают одновременно в одной ванне.

Также формование вискозного волокна можно проводить глубокованным и мелкованным способами.

Мелкованный способ формования, который называют иногда горизантальным способом, применяют при необходимости значительно увеличить путь в осадительной ванне. Этот способ чаще всего используется при формовании волокон и нитей повышенной линейной плотности, а также при производстве лент, соломки и волоса.

На практике чаще всего применяют глубокованный, так называемый вертикальный способ формования, при котором нить, в виде пучка волокон, выходящих из фильеры, поднимается вертикально вверх. Этот способ дает возможность при небольших размерах корыта осадительной ванны обеспечить равномерную циркуляцию раствора и создать благоприятные условия формования. Путь нити в ванне при этом обычно не превышает 20-40 см.

К недостаткам этого способа следует отнести ограниченность длины пути в ванне вследствие возрастания гидродинамического сопротивления толстого слоя жидкости и сложность конструкции корыта и червяка. Кроме того, возникают трудности при обслуживании узла формования и наблюдении за работой фильер. При вертикальном выходе из ванны нить увлекает за собой некоторое количество жидкости, образующей так называемую «шубу», которая в случае необходимости удаляется с помощью установленного на определенной высоте нитепроводника (крючка, палочки).

В данном проекте предложено использовать глубоковонное формование.



1.3 Выбор оборудования и его техническая характеристика

Вискозные текстильные нити формуют тремя способами, отличающимися в основном методом обработки нити после ее формования и аппаратурным оформлением процесса.

Бобинный способ производства текстильной нити благодаря простате конструкции машины и несложности ее обслуживания получил широкое распространение в 20-е и 30-е годы. Однако, несмотря на относительно высокую производительность и возможность увеличения скорости формования нити до 120 м/мин и более, бобинный способ не имеет перспектив на дальнейшее развитие. Это объясняется тем, что вискозная текстильная нить, получаемая на бобинных машинах, отличается неодинаковыми физико-механическими показателями в разных слоях паковки, что приводит к неравномерности окрашивания нити в пределах одной наковки.

Основной причиной неравномерности свойств нити являются разные условия ее усадки в различных слоях паковки в процессе довосстановления и сушки на бобине.

Непрерывный способ получения текстильной нити отличается тем, что сформованные нити непрерывно проходят с определенным натяжением по системе двойных валов и корыт с технологическими растворами, промываются водой, отделываются, сушатся и через крутильный механизм принимаются на специальную шпулю - копс. Все эти операции осуществляются на единой машине.

Машины непрерывного процесса имеют ряд преимуществ. А именно, обеспечивают высокую равномерность свойств нити, достигаемую постоянством условий вытягивания и релаксации, а высокий уровень механизации и автоматизации технологического процесса, способствует повышению производительности труда и качества получаемой продукции. Уменьшается число технологических переходов при получении нити и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Однако, несмотря на перечисленные преимущества машин, им присущ ряд недостатков, основными из которых являются сложность и высокая стоимость ремонта, высокая энерго- и металлоемкость.

Центрифугальный метод основан на том, что свежесформованная нить вытягивается между верхним и нижним прядильными дисками и через стеклянную трубку укладывается в центрифугальную кружку с одновременным подкручиванием. Центрифугальный способ, хотя и является наиболее распространенным, имеет ряд существенных недостатков, основными из которых являются низкая производительность машин и небольшая масса паковки, неравномерность нити по слоям намотки и вследствие этого неравномерность окрашивания, а так же трудность решения проблемы обезвреживания производства и многостадийность способа производства (полученная нить нуждается в дополнительных обработках, требующих значительных затрат ручного труда).

Достоинством центрифугального способа является то, что нить уносит из ванны небольшое количество химических реагентов. Кроме того, машины снабжены системой двухрежимной вентиляции, они удобны в эксплуатации и обслуживании.

Таблица 1

Техническая характеристика прядильной машины ПЦ-250-И2

Наименование оборудования	Характеристика оборудования
Количество прядильных мест	63,77
Расстояние между прядильными местами, м	0,25
Скорость выпуска нити, м/мин.	60-112
Толщина выпускаемой нити, текс	8,4-16,6
Тип дозирующих насосов	НШ-0,6И
Тип электроцентрифуги или электроверетена	ЭВ-3М
Вес паковки, кг	0,65-0,7
Вытяжка нити, %	0-30
Путь нити в осадительной ванне, м	0,3
Скорость центрифуг или веретен, об/мин.	8800

1.4 Сырье и основные материалы

Основным сырьем в производстве искусственных волокон является целлюлоза. Она представляет собой природное высокомолекулярное органическое соединение, относящееся к классу углеводов.

В производстве вискозных волокон применяется в основном сульфитная и сульфатная древесная целлюлоза; принципиально может быть использована так же целлюлоза из соломы и камыша.

Сульфитную и сульфатную целлюлозу получают путем выделения ее из древесины. Для этого содержащиеся в древесине лигнин, смолы и другие примеси переводят в раствор и удаляют из обрабатываемой массы.

Формование вискозных текстильных нитей проводят в осадительной ванне, которая состоит из серной кислоты, сульфата цинка и сульфата натрия.

К серной кислоте, применяемой в производстве вискозных волокон, предъявляются жесткие требования. Она должна быть бесцветной и прозрачной.

Серная кислота поступает на предприятие в железнодорожных цистернах; ее сливают в стальные емкости, расположенные на складах кислотной станции. Из этих емкостей серную кислоту центробежными насосами подают по трубопроводам в промежуточные баки, откуда она прерывно с помощью мерников-дозаторов поступает в осадительную ванну.

В промышленности серную кислоту получают контактным способом.

Процесс получения проиходит в три стадии:

- получение оксида серы (SO₂):

4FeS₂ + 11O₂ > Fe₂O₃ + 8SO₂^

- окисление SO₂ в SO₃ в присутствии катализатора:



2SO₂ + O₂> 2SO₃

растворение SO₃ в серной кислоте:

nSO₃ + H₂SO₄ > H₂SO₄ * nSO₃

Температура замерзания H₂SO₄ - 30єC.

В осадительную ванну цинк чаще всего вводится в виде семиводного цинкового купороса или металлического цинка, реже - в виде безводного сульфата цинка и оксида цинка. Сульфат цинка (семиводный), предназначенный для вискозного производства, должен удовлетворять следующим требованиям: содержание основного вещества - 53-53%(масс) воды - 45% (масс), различных примесей не более 2-3%(масс) (ТУ 4174-77). Допускается содержание железа: для продукта первого сорта 0,04% (масс) для второго - 0,15% (масс). Допускается бледно-желтая окраска.

Основное действие сульфата цинка при формировании нити заключается в том, что ионы цинка образуют поперечные связи в ксантогенате целлюлозы, которые создают центры кристаллизации; кроме этого, - цинковый ксантогенат целлюлозы значительно медленнее разлагается кислотой осадительной ванны, чем натриевый.

Сульфат натрия, применяемый в промышленности вискозных волокон, представляет, собой белый кристаллический порошок, содержащий 91-97% (масс) основного вещества, не более 3% (масс) серной кислоты и хлорида натрия, не более 0,01% (масс) железа; остальное - вода.

Технический сульфат натрия, применяемый в промышленности вискозных волокон, представляет собой белый кристаллический порошок. Сульфат натрия поступает на заводы искусственного волокна в деревянных бочках, ящиках и бумажных мешках. При наличии кристаллизационных установок сульфат натрия поступает непосредственно из этих установок для укрепления осадительной ванны.

Таблица 2

Требования к сырью

Наименование вещества	Гост или ТУ	Основные показатели качества	Норма
1	2	3	4
Вискоза	Параметры технологического процесса	Содержание б - целлюлозы% Содержание щёлочи,% Вязкость, с	8,3-8,6 5,6-6,2 34-54
Серная кислота техническая улучшенная	ГОСТ 2184-77с изм.1,2, 3, 4	Массовая доля моногидрата серной кислоты, % Прозрачность Массовая доля железа, %, не более Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	92,5-94 Прозрачная 0,006 0,02
Сульфат натрия безводный	ГОСТ 5644-75 с изм. 1, 2, 3, 4	Внешний вид Массовая доля сульфата натрия, %, не менее Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более	Порошок белого цвета 94- 97,5 0,01-0,02
Сульфат цинка	ТУ 4174-77	Внешний вид	Белые игольчатые кристаллы
Вода умягчённая		Массовая доля сульфата цинка, % Массовая доля различных примесей, % Массовая доля железа, %, не более Прозрачность, см, не менее Жёсткость, мг-экв/л Содержание хлоридов, мг/л	52-53 2-3 0,04 300 46 Разница в умягченной и речной воде 5

1.5 Описание технологического процесса

Сущность процесса получения вискозной нити заключается в превращении исходного сырья-целлюлозы в вязкий раствор - вискозу и осаждение из этого раствора регенерированной целлюлозы в виде тонких нитей.

Технологический процесс производства вискозной текстильной нити включает в себя следующие стадии:

- приготовление вискозы;

- формование вискозной текстильной нити;

- отделка и сушка вискозной нити;

- перемотка, сортировка и упаковка вискозной текстильной нити.

1.5.1 Приготовление вискозы

На этой стадии производства, в результате проведения различных операций образуется растворимое соединение целлюлозы - ксантогенат целлюлозы, раствор которого в щелочи и является формовочным растворам - вискозой.

Получение вискозы начинается с получения щелочной целлюлозы. Щелочную целлюлозу получают при действии раствора едкого натра на целлюлозу. Этот процесс называется мерсеризацией. Процесс мерсеризации проводится избытком щелочи, поэтому щелочную целлюлозу отжимают, а затем измельчают для облегчения доступа реагентов.

Далее щелочная целлюлоза подвергается обработке сероуглеродом. При взаимодействии целлюлозы с сероуглеродом образуется ксантогенат целлюлозы.

В отличие от щелочной целлюлозы ксантогенат растворим в разбавленной щелочи и даже в воде. Благодаря этому становится возможным перевести целлюлозу в раствор и осуществить впоследствии процесс формования волокна.

Ксантогенат целлюлозы растворяется в разбавленном растворе едкого натра, и, при достаточной концентрации, образуется вязкий раствор, называемый вискозой.

Подготовка вискозы к формованию включает смешение вискозы, фильтрацию и обезвоздушивание вискозы.



1.5.2 Формование вискозной текстильной нити

Подготовленная к формованию вискоза по вискозопроводу к дозирующим насосам (поз. 6) подается через насосные стойки (поз. 7), трубку (поз. 9) и стойку (поз. 12) в фильтр - пальцы (поз. 13), затем по червяку (поз. 14) к фильере (поз. 3). Дозирующие насосы приводятся в движение зубчатыми колесами (поз. 4) от насосного вала (поз. 5). Прядильный раствор поступает в осадительную ванну (поз. 2) и быстро затвердевает, превращаясь из жидкости в твердое пластичное тело.

Основными компонентом осадительной ванны является серная кислота. При попадании струйки вискозы в осадительную ванну серная кислота нейтрализует содержащийся в ней едкий натр.

Поскольку едкий натр в вискозе является растворителем ксантогената целлюлозы, последний высаживается из раствора в виде ксантогенатного волокна. Одновременно серная кислота омыляет ксантогенат, в результате чего регенерируется целлюлоза.

[С₆H₇O₂(OCS₂Na)_m(OH)_3-m]n+mnH₂SO_{4 >}

[C₆H₇O₂(OH)]_n+mnNaHSO₄+mnCS₂+H₂O

Образовавшаяся в осадительной ванне нить представляет собою регенерированную целлюлозу - гидратцеллюлозу, которая по свойствам отличается от исходной целлюлозы.

Применение в качестве осадительной ванны разбавленной (10-12%-ной) серной кислоты нецелесообразно, так как в таких растворах H₂SO₄ сильно диссоциирована и вследствие этого очень быстро реагирует с едким натром и ксантогенатом целлюлозы, разлагая его с выделением гидратцеллюлозы, образующей на поверхности формующихся нитей жесткую целлюлозную пленку. Нить получается сильно набухшей и при высыхании становится хрупкой. Для получения нитей с требуемыми свойствами необходимо замедлить эти реакции, что может быть достигнуто снижением степени диссоциации кислоты. Степень диссоциации серной кислоты может быть уменьшена при снижении ее концентрации в осадительной ванне или же при введении в раствор солей серной кислоты.

Сформированная нить поступает на нижний вытяжной диск (поз. 15), огибая его в один обхват с помощью поддисковой палочки, и направляется на верхний вытяжной диск (поз. 18) с приводом (поз. 24), аналогично огибая его в два с половиной обхвата.

Вследствие разности в скоростях вращения верхнего и нижнего вытяжных дисков обеспечивается ориентационная вытяжка нити. Нить с верхнего вытяжного заправляется в воронку - нитераскладчик (поз. 26), совершающую возвратно - поступательные движения, попадают в кружку электроцентрифуги (поз. 29). Прядильная кружка насажена на вал электроверетена. В кружке нить под действием центробежной силы отбрасывается к стенке, где формируется мягкая поковка - кулич. Снятые с прядильной машины куличи разбраковываются по видам брака и на перфорированных поддонах, установленных на тележках подвесного конвейера, транспортируют в отделочный участок.

1.5.3 Отделка и сушка вискозной нити

В свежесформованной нити содержится значительное количество серной кислоты (2,5-4,0% от количества сухого волокна) и сульфатов (12-15%), поэтому требуется особая осторожность при ее хранении перед отделкой; в случае потери влаги при продолжительном хранении сульфат натрия начинает выкристаллизовываться на поверхности нити и повреждает отдельные волокна. Поэтому нить следует хранить в помещении с относительной влажностью воздуха не ниже 80-85% и при температуре не ниже 20єС.

Отделка нити необходима для удаления сульфатов, кислоты, серы и других загрязнений. Для этого нить промывают водой и обрабатывают различными растворами химикатов.

Промытая и очищенная от различных загрязнений нить подвергается специальным обработкам для придания ей мягкости, эластичности и компактности, что улучшает качество нити и облегчает ее переработку на текстильных предприятиях.

После отделки куличи с целью частичного удаления влаги поступают на отжим. Отжим осуществляется на карусельных центрифугах. Отжатые куличи не сушильных тележках поступают на сушку.

Сушка нити производится в двухтуннельных сушилках циркулирующим горячим воздухом. После сушки тележки с куличами поступают в камеру кондиционирования, где выдерживаются для выравнивания влажности по слоям кулича. Влажность в камере кондиционирования регулируется автоматически.

1.5.4 Перемотка, сортировка и упаковка вискозной текстильной нити

Готовая текстильная нить после камеры кондиционирования с мягкой поковки (кулича) перематывается на паковку в виде одноконусных бобин с крестовой намоткой на перемоточных машинах БПИ - 1. Конец нити должен заматываться петлей на каждой бобине.

После перемотки бобины с нитью на елочных тележках поступают на сортировочно-упаковочный участок для рассортировки нити по внешним признакам в соответствии с действующей нормативной технической документацией.

Определение количества пороков внешнего вида производится путем визуального осмотра поверхности бобин при люминесцентном освещении. Осмотру подлежат все наработанные бобины. После определения сорта нити каждая бобина завертывается в конденсаторную бумагу или полиэтиленовую, полипропиленовую пленку. В каждую бобину вкладываются ярлык с указанием номера сортировщика. Завернутые бобины нити укладываются в картонные ящики по 6 штук в каждой. На каждый ящик наклеивается ярлык или наносятся с помощью печатного устройства следующие данные: наименование предприятия - изготовителя и его товарный знак, наименование продукции, сорт, номер партии, номер упаковочного места, масса брутто, кондиционной массы, обозначение нормативных документов на упаковочную продукцию.

Упакованная продукция транспортируется с помощью грузовой тележки на склад готовой продукции.

1.5.5 Кислотный участок

Кислотный участок предназначен для бесперебойного снабжения прядильного цеха осадительной ванной заданных параметров.

В процессе формования вискозной нити значительно изменяется состав осадительной ванны и увеличивается ее общей объем. Основными факторами, обуславливающими изменение состава и объема осадительной ванны, являются: нейтрализация некоторого количества серной кислоты, находящейся в осадительной ванне, гидроксидом натрия, имеющимся в вискозе, с образованием сульфата натрия и воды; разбавление осадительной ванны водой, вносимой с вискозой, так же водой, образовывающейся в результате взаимодействия серной кислоты с гидроксидом натрия, разбавление осадительной ванны водой при проведение добавок маточных растворов; унос химикатов и воды из осадительной ванны свежесформованным волокном, а так же разбрызгивание, утечки ванны через неплотности в коммуникациях и аппаратуре.

На кислотной станции производится приготовление ванны, прием отработанной осадительной ванны и доведение ее до требуемой концентрации путем выпаривания излишней воды и добавления соответствующих реагентов; фильтрация и нагрев ванны до требуемой температуры. Кроме того, на кислотной станции осуществляется кристаллизация сульфата натрия из части отработанной осадительной ванны и выпаривание избытка воды.

Серная кислота поступает на завод в железнодорожных цистернах. Цистерну устанавливают под точку слива, центробежным насосам (поз. 1) ее засифонивают и сливают в емкость для хранения крепкой серной кислоты (поз. 2), откуда кислота самотеком поступает на ротаметры.

Отработанная осадительная ванна с прядильных машин (поз.3) по обратным ваннопровадам поступает в приемные чаны (поз.4) емкостью 25 м^3,расположенные в подвале кислотного цеха. Для приготовления ванны и лучшего перемешивания в обратный ваннопровод непрерывно дозируется необходимое количество крепкой серной кислоты.

В приемные чаны дозируется осадительная ванна из воздушек кварцевых фильров (поз.5), избыточная ванна из напорных баков (поз.6), выпаренная ванна из вакуум-выпарных аппаратов (поз.7), маточный раствор осадительной ванны с участка кристаллизации и раствор поверхностно-активных веществ. Осадительная ванна из приемных чанов (поз.4) насосами (поз.8) попадает на кварцевый фильтр (поз.5), где она фильтруется через слой кварца.

Кварцевые фильтры периодически останавливают на мойку. Перед их мойкой осадительная ванна из них сливается шламовую барку (поз.9) емкостью 10м³ для отстоя. Отстоянная ванна из шламовой барки центробежным насосом (поз.10) передается в приемные чаны (поз.4), а шлам сливается в канализацию. Основная часть отфильтрованной ванны поступает в напорные барки (поз.11) емкостью 10м³, откуда самотеком через подогреватели (поз.12) подается на прядильные машины (поз.3). Температура осадительной ванны, подаваемый в прядильный цех 48-52єС.

Часть осадительной ванны с целью удаления избытка воды и для поддержания постоянной концентрации сульфата натрия направляется в подогреватели (поз.12), где доводится до температуры 60-75єС, на вакуум-выпарные аппараты (поз.7), откуда ванна с удельным весом не менее 1285кг/м³ и концентрацией серной кислоты не менее 143 г/дм³ самотеком поступает в приемные чаны (поз.4).

Парогазовая смесь из вакуум-выпарных аппаратов поступает в конденсатор смешения (поз.13), конденсируется оборотной водой и по барометрической трубе поступает барометрический бак (поз.14), откуда через перелив сливается в канализацию. Вакуум в вакуум-выпарных установках создается вакуумным насосам (поз.15).

Ежечасно производится отбор пробы осадительной ванны, поступающей в прядильный цех на анализ: содержание серной кислоты, удельный вес. Периодически проводится анализ на содержание сульфата цинка, ПАВ, а также прозрачность осадительной ванны.

Избыток осадительной ванны направляется на установку кристаллизации сульфата натрия.

1.5.6 Фильерная мастерская

Фильерная мастерская предназначена для приема грязных фильерных комплектов с прядильных машин, обработки и выдачи в работу.

В мастерской грязные фильерные комплекты промывают сильной струей подогретой умягченной воды и разбирают их.

Затем фильеры и предфильеры помещают донышком вниз в винилпластовые кассеты, которые накрывают винилпластовой перфорированной крышкой. Крышка закрепляется болтиками. Подготовленные таким образом фильеры и предфильеры тщательно промывают в кассете струей умягченной воды. Затем продувают сжатым воздухом давлением 2-4 атм. После этого кассеты погружают в 7%-ный раствор щелочи на 2-3 часа, в баки с концентрированной серной кислотой, установленные под вытяжкой.

После этого кассеты вынимают из раствора, тщательно отмывают умягченной водой и вновь продувают сжатым воздухом досуха. Все предфильеры и фильеры после обработки проверяются под микроскопом на чистоту обработки. Плохо очищенные фильеры и предфильеры направляются на вторичную обработку, а чистые - на сборку фильерных комплектов.

Гайки и прокладки после демонтажа и промывки умягченной водой подвергаются обработке в течение 30 мин 8%-ным раствором щелочи. После этого гайки промывают несколько раз холодной умягченной водой, сушат обдувкой сжатым воздухом и проверяют, не произошла ли деформация, не появились ли трещины на их поверхности. Прокладки после обработки щелочью промывают умягченной водой с температурой 40-45єС до нейтральной реакции воды и затем сушат струей сжатого воздуха.

Собранные готовые фильеры комплекты заворачивают в целлофан и раскладывают в ящики по 60 штук.

1.5.7 Насосная мастерская

В мастерской установлен испытательный стенд, где производится проверка производительности и ремонт бывших в употреблении шестеренчатых насосов.

Прядильные насосики, снятые с прядильной машины, при остановке ее на ремонт, тщательно промывают 7%-ным растворам щелочи, а затем, пропуская через них масло, смазывают. Перед установкой на машину проверяют на испытательном стенде производительность насосиков.

Испытание проводится маслом, вязкость которого должна соответствовать вязкости вискозы. Кроме испытательного стенда проверка подачи насосиков производится непосредственно на прядильной машине по графику контроля, объемным методом.

1.6 Параметры производства

Для получения высокой однородной структуры нити необходимо применять исходную целлюлозу высокого качества (содержание б - целлюлозы не мене 95%, минимальное число фракций со степенью полимеризации менее 200 и небольшое содержание смол и жиров). Так же для получения более однородной вискозы с минимальными количествами гель частиц степень этерификации целлюлозы должна составлять 50-55.

Одним из основных параметров процесса формования является состав осадительной ванны, концентрация основных компонентов в которой составляет:

H₂SO₄ 120-150 г/л

Na₂SO₄ 260-320 г/л

ZnSO₄ 15-20 г/л

При такой концентрации кислоты она полностью диссоциирет на ионы, поэтому для снижения активности кислоты содержание Na₂SO₄ в осадительной ванне самое высокое. Увеличение концентрации Na₂SO₄ ограничено его растворимостью в серной кислоте. При снижении температуры в осадительной ванне происходит засульфирование (выделяются кристаллы Na₂SO₄ , которые повреждают поверхность волокон).

Введение ZnSO₄ в осадительной ванну необходимо для замедления разложения ксантогената и получения волокна хорошего качества.

При повышении содержания ZnSO₄ и одновременном снижении концентрации H₂SO₄ происходит уменьшение скорости диффузии ионов H⁺ и увеличивается скорость диффузии ионов Zn²⁺. В результате полученные нити имеют высокую структурную однородность.

Температура ванны составляет 45-55єC. Выше этой температуры ухудшаются условия труда. При снижении её снижается растворимость Na₂SO₄ .

Длинна пути нити в ванне 20-30 см, время пребывания нити в ванне 0,1-0,2 с. Чем больше длинна пути нити в ванне тем равномернее и глубже протекает процесс структурообразования и тем лучше физико-механические свойства. Однако с увеличением пути нити в ванне увеличивается напряжение в нити из - за гидродинамического сопротивления осадительной ванны.

Скорость формования выбирается в зависимости от прочности свежесформованного волокна. При повышении скорости увеличивается напряжение, испытываемой нитью и может произойти ее обрыв, то есть скорость формования должна быть такой, чтобы нить успела приобрести прочность достаточную для преодоления сопротивления возникающего при движении нити в ванне.

Скорость циркуляции в осадительной ванне зависти от скорости формовочной нити и толщины нити. При получении нити перепад по кислоте составляет 2-5 кг/м³. При этом циркуляция составляет 30-50 л на одну фильеру в час.

Фильерная вытяжка - при одной и той же толщине нити элементарные волокна будут тем тоньше, чем больше отверстие в фильере. Чем ниже фильерная вытяжка, тем устойчивость формования лучше и лучше качество формовочного волокна. Чтобы снизить фильерную вытяжку необходимо либо увеличить подачу, либо снизить число отверстий в фильере.

Таблица 3

Параметры технологического процесса

Наименование параметра	Норма	Допустимые отклонения
1	2	3
Давление вискозы на конечных прядильных машинах, МПа	0,15-0,30	±0,2
Кратковременное падение давления вискозы на конечных машинах, не более МПа	0,05	-
Относительная влажность воздуха в прядильном цехе %	81-85	±2,0
Температура воздуха в прядильном цехе, єС	20-25	±1,0
Длинна пути нити в осадительной ванне, мм	260-280	±5
Давление воды на орошение, МПа	0,15-0,25	±1,0
Скорость формования, м/мин	60-75	±1,0
Температура осадительной ванны, С	46-52	±1,0



1.7 Технологический контроль и автоматизация производства

Качество вискозы во многом предопределяет дальнейший технологический процесс формования и показатели готового волокна.

Важнейшим условием нормальной работы вискозного производства является неуклонное и точное выполнение всех требований технологического регламента. Нарушение режима хотя бы на одной технологической операции или не точная дозировка какой-либо добавки обусловливают получение вискозы с отклонениями от установленных показателей.

В технологических регламентах кроме основных параметров процесса и абсолютных значений наиболее важных показателей полупродуктов, получаемых на различных стадиях производства, устанавливают допустимые отклонения от этих показателей, или пределы их колебаний.

При автоматизации процесса приготовления осадительной ванны в производстве вискозного волокна:

- контроль и сигнализация уровня в баке для серной кислоты (поз. 3) с помощью пьезометрического уровнемера (п. 1-1, п. 1-2) и вторичного прибора показывающего с сигнализацией (п. 1-3);

- управление двигателями насосов (поз. 2 с помощью магнитных пускателей (п. 2-1, п. 3-1, п. 10-1, п. 11-1, п. 12-1) и кнопок (п. 2-2, п. 3-2, п. 10-2, п. 11-2, п. 12-2);

- контроль расход кислоты с помощью индукционного расходомера, в измерительный комплект которого входят:

первичный преобразователь ПРИМ (п. 4-1)

промежуточный преобразователь НУ-61 (п. 4-2);

вторичный показывающий и регистрирующий прибор (п. 4-3);

- контроль расхода обессоленной воды с помощью расходомера переменного перепада давлений, в измерительный комплект которого входят:

диафрагма камерная (п. 5-1);

датчик разности давлений (п. 5-2);

вторичный показывающий и регистрирующий прибор (п.5-3);

- контроль температуры упаренной усадительной ванны с помощью датчика температуры (п. 6-2) и вторичного показывающего и регистрирующего прибора (п. 6-2);

- контроль и сигнализация уровней в приемном чане поз. 4 и шламовой барке поз. 6 с помощью пьезометрического уровнемера (п. 8-1, п. 8-2 и п. 9-1, п.9-2), а также вторичного прибора с сигнализацией на два параметра (п. 8-3);

- контроль и сигнализация давления после кварцевого фильтра поз. 5 с помощью датчика избыточного давления (п. 12-1) и вторичного прибора показывающего с сигнализацией (п. 12-2).

Таблица 4

Технологический контроль производства

Наименование стадии процесса	Контролируемый параметр	Частота контроля	Кто контролирует	Метод контроля
1	2	3	4	5
Прядильная машина	Давление вискозы на коллекторах «последних» прядильных машин, кПа	Два раза в смену	Аппаратчик обезвоздушивание, и фильтрация	По прибору визуально
	Температура осадительной ванны,єС	Два раза в смену	Помощник мастера, контроллер технологического процесса ОТК	Визуально по термометру
	Длина пути нити в осадительной ванне, мм Давление воды для орошения прядильных гнёзд, кПа Температура воды для орошения,0С	Перед заправкой прядильной машины Два раза в смену Два раза в смену	Помощник мастера, контроллер технологического процесса ОТК Электроверетёнщик, контроллер технологического процесса Аппаратчик отделки и сушки, контроллер технол. процесса ОТК	Визуально по мерной линейке Визуально по манометру Визуально по термометру

1.8 Аналитический контроль производства

За ходом технологического процесса формования ведется постоянный контроль. Не реже одного раза в час на машине отбирают пробы вискозы и осадительной ванны, которые анализируют в лаборатории.

При анализе вискозы определяют ее зрелость и вязкость; при анализе осадительной ванны - содержание серной кислоты, сульфата цинка, плотность и прозрачность.

Один раз в стену определяют содержание б-целлюлозы и гидроксида натрия в вискозе (иногда этот анализ производят при переключении каждого бока на формирование), содержание сульфата натрия, поверхностно - активных веществ и модификаторов в осадительной ванне и вискозе.

Таблица 5

Аналитический контроль

Наименование стадии процесса	Контролируемый параметр	Частота контроля	Кто контролирует	Метод контроля
Прядильная машина	Вискоза	Каждые шесть часов	Лаборант химического анализа	Лабораторный
	Зрелость, смі	Каждые шесть часов	Лаборант химического анализа	Лабораторный
	Вязкость, сек.	Каждые шесть часов	Лаборант химического анализа	Лабораторный
	Содержание -целлюлозы,%	Каждые шесть часов	Лаборант химического анализа	Лабораторный
	Содержание гидроксида натрия, % Степень этерификации	Один раз в сутки	Лаборант химического анализа	Лабораторный



2. Материальные и технологические расчеты

2.1 Материальные расчеты

Исходные данные

Производительность завода, кг/сут - 16600

Линейная плотность, текс - 11,0

Скорость формования, м/мин - 75

Содержание, - %

влаги и замасливателя в нити - 12

основного вещества в целлюлозе - 93

влаги в товарной целлюлозе - 12,5

основного вещества в вискозе - 9,5

Потери ОВЦ (б - целлюлозе) - 7,6

Плотность вискозы, кг/м^{3 -} 1120

Диаметр отверстий в фильере, мм - 0,08

Число отверстий в фильере - 25

Число мест на машине - 77

2.1.1 Расчет расхода целлюлозы

Количество полимера в готовой нити Q, кг/сут, рассчитывают по формуле:

Q

Q₁ = ---- ,

Кд

где Q - производительность завода, кг/сут;

К_д - коэффициент добавок

Коэффициент добавок рассчитывают по формуле:



100 + Д

Кд = ---------- ,

100

где Д - содержание добавок в нити, %

Количество основного вещества (б - целлюлозы) с учетом потерь Q₂ , кг/сут, рассчитывают по формуле:

Q₂ = Q₁ · Кп ,

где К_п - коэффициент учитывающий потери, рассчитывают по формуле:

100 + П

Кп = ---------- ,

100

где П - потери по технологии перехода, %

Q₂ = 14821,43 · 1,076 = 15947,86

Количество абсолютно сухой б - целлюлозы. Q₃, кг/сут, рассчитывают по формуле:

100

Q₃ = Q₂ ------- ,

С₂

где С₂ - содержание основного вещества б - целлюлозы, %

100

Q₃ = 15947,86 · ---- = 17148,23

93

Количество товарной б - целлюлозы. Q₄, кг/сут, рассчитывают по формуле:

Q₄ = Q₃ · К_w ,

где К_w - коэффициент, учитывающий влажность товареной целлюлозы, %.

100 + w

К_w = ---------- ,

100

где w - влажность, %

100 + 12,5

К_w = ---------- = 1,125

100

Q₄ = 17148 · 1,125 = 19291,5

Удельный расход целлюлозы УР, кг/кг нити, определяется по формуле:

Q₄

УР = ------

Q

19291

УР = ------ = 1,162

16600

2.1.2 Расчет вискозы

Количество вискозы на формование Q₅, кг/сут, рассчитывают по формуле:

Q₂ 100

Q₅ = ----------,

б

где w б - содержание б-целлюлозы в вискозе, %.

15947,86 100

Q₅ = ------------- = 167872,21

9,5

2.2 Технологические расчеты

2.2.1 Расчет фильерной вытяжки

Подача дозирующего насоса Q?, см³/мин, рассчитывают по формуле:

V_ф Т 100

Q^/ = -------------,

с с Кд

где Т - линейная плотность нити, текс;

V_ф - скорость формирования, м/мин;

с - концентрация б - целлюлозы в вискозе, %;

с - плотность вискозы, г/см³.

Площадь живого сечения фильеры F, см², рассчитывают по формуле:

р d²

F = ------п_отв,,

4100

где d - диаметр отверстий в фильере, мм.;

п - число отверстий в фильере, шт.

3,14 (0,08)²

F = ------------ 25 = 0,00125

4 100

Скорость истечения V_ист, м/мин, рассчитывают по формуле:



Q^/

V_ист = ----

F 100

6,92

V_ист = ----------- = 55,36

0,00125 100

Фильерная вытяжка ФВ, %, рассчитывают по формуле:

V_ф -V_ист

ФВ = -------- 100,

V_ист

75 - 55,36

ФВ = ----------- 100 = 35,48

55,36

2.2.2 Расчет производительности прядильной машины

Производительность машины П_р, кг/сут рассчитывают по формуле:

вискозный волокно прядильный цех

Т_э·п_отв·V_ф·Кд·п·60·24

Пр = -------------------

1000·1000

где n- число мест на машине

11,0·25·75·1,12·77 60 24

Пр = -------------------------- = 2561,328

1000 1000



3. Расчет оборудования

Исходные данные:

Производительность предприятия, кг/сут - 16600

Производительность машины формования, кг/сут - 2561,328

Количество машин для формования вискозной нити, N рассчитывают по формуле:

Пр_зав

N = ----------

Пр_{одн. маш.}

16600

N = --------- = 6,48

2561,328

К установке принимаем 6 машин формования ПЦ-250-И2



4. Охрана труда и противопожарные мероприятия

В процессе формования текстильных нитей образуются вредные газы (сероуглерод, сероводород и сернистый газ), выделяемые из осадительной ванны, прядильной кружки и нити. Предельно допустимая концентрация сероуглерода в воздухе рабочих помещений в последние годы значительно снижена и составляет 1мг/м³, сернистого газа - 20мг/м³.

Для удаления вредных газов прядильные цеха оборудуются мощной системой приточно-вытяжной вентиляции. Воздух отсасывается непосредственно от мест выделения вредных газов. Чтобы улучшить условия труда, каждую машину капсулируют, т.е. изолируют от внешней среды путем укрытия ее легкими рамами с небьющимся стеклом. Благодаря этому выделяющиеся вредные газы не распространяются по всему цеху, собираются под капсулой, откуда они отсасываются при помощи вытяжных вентиляторов и выбрасываются через высокую трубу.

Чтобы уменьшить интенсивное испарение осадительной ванны и предупредить выпадение из нее кристаллов сульфата натрия, в цехе поддерживают определенную температуру и влажность, для этого в цехе подается подогретый до 22 - 24єС воздух с относительной влажностью 80 - 85%.

При отключенной вентиляции работать в цехе формования не разрешается.

Для создания в цехе лучших условий труда необходимо до максимума сократить выделения вредных газов.

Свежесформованные куличи должны быть как можно быстрее убраны со столиков машин и отвезены на промывку к отделочной машине. Надо следить за тем, чтобы гнезда центрифуги были всегда плотно закрыты крышкой и канал машины, через который осуществляется отсос газов из центрифуг, был всегда чистым.

Особое внимание уделяется чистоте в цехе. Так, если на пролитую вискозу попадает осадительная ванна, то в помещении выделяется дополнительное количество вредных газов. Из рвани находящейся в цехе, также выделяются вредные газы. Поэтому нельзя допускать попадания вискозы и осадительной ванны на пол; рвань и обрывки кислой нити убираются в специальные ящики, которые регулярно удаляются из цеха.

Для предотвращения попадания едкого натра и серной кислоты, содержащихся в вискозе и осадительной ванне, на кожу обслуживающий персонал снабжается спецодеждой, в необходимых случаях, защитными напальчниками и перчатками, а также очками.

Необходимо следить за состоянием заземления электроаппаратов, так как осадительная ванна является хорошим проводником электричества, и при неисправности электроаппаратов возможны случаи поражения электрическим токам. Все движущиеся части должны быть хорошо ограждены.

При возникновении возгорания его легче ликвидировать в начальной стадии, приняв меры к его локализации, чтобы не допустить увеличения площади горения.

Для локализации и тушения пожаров и возгораний в прядильном цехе необходимо, чтобы весь противопожарный инвентарь размещался в отвденных для этого местах, согласованных с органами пожарного надзора, в строго установленном количестве и с соблюдением правил хранения.

К первичным средствам тушения относят внутренние пожарные краны, огнетушители, песок, лопаты, топоры, багры и т.д. Наиболее распространены ручные огнетушители: химические пенные ОХП - 10, воздушно-пенные ОВП - 5, газовые углекислотные ОУ и порошковые ОПС - 10.

Кроме ручных средств пожаротушения имеются автоматические системы пожаротушения. К ним относят спринклерные и дренчерные стационарные установки.

Спринклерная головка имеет специальный легкоплавкий замок, который удерживает клапан в закрытом состоянии. Во время возгорания при повышенной температуре замок спринклера расплавляется, и вода, подающаяся под давлением в сети, поступает в зону загорания, одновременно подается сигнал тревоги.

Дренчерная головка не имеет легкоплавких замков, отверстие для выпуска воды у нее всегда открыты, выход воды в сеть закрыт клапанами группового действия. Вода подается в системы, как в ручную, так и автоматически при срабатывании пожарных датчиков, открывающих клапан группового действия,

К средствам пожаротушения должен быть обеспечен свободный доступ. Курение на предприятие разрешается только в специально отведенных местах.



5. Охрана окружающей среды

В процессе формования вискозных волокон с вентиляционным воздухом выбрасываются значительные количества сероуглерода (СS₂) сероводорода (Н₂S), которые вредны для здоровья человека. Со сточными водами уносятся различные химикаты (серная кислота, гидроксид натрия, сульфаты натрия и цинка, органические и поверхностно - активные вещества, а так же сероуглерод и сероводород), загрязняющие водоемы.

Для того чтобы исключить возможность попадания сероуглерода и сероводорода в окружающий воздух и предотвратить загрязнение водоемов, необходимо оборудовать цеха мощной приточно - вытяжной вентиляцией, капсультировать формовочные машины, тщательно очищать вентиляционный воздух от сероуглерода и сероводорода и сточные воды от вредных загрязнений, улавливать их и возвращать в производство.

Методы очистки воздуха зависит от системы отсоса воздуха и концентрации в нем СS₂ и Н₂S. Следует отметить, что воздух легче очистить от H₂S, чем от CS₂.

Чаще всего применяются установки, в которых вентиляционный воздух очищается от H₂S и CS₂ раздельно - вначале улавливается сероводород, а затем в другой части установки - сероуглерод. Наиболее распространенным методом очистки вентиляционного воздуха от примесей, предусматривающим возврат в производстве СS₂ и серы является железо-содовый способ, применяемый для очистки от H₂S, и улавливания CS₂ активным углём.

Для поглощения сероводорода применяют взвесь гидроксида двух- и трёх валентного железа (2,5%) в воде, содержащую небольшие количества других веществ (соды, сульфата натрия и тиосульфата), образующихся в результате поглощения взвесью сероводорода.

Водную суспензию готовят смешиванием 10%-ного раствора карбоната натрия с 18%-ным раствором железного купороса и последующим барботированием воздуха через полученный раствор для перевода оксида железа (II) в оксид железа (III):

FeSO_4*7H₂O + Na₂CO₃ = Fe(OH)₂ + Na₂SO₄ + CO₂,

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃

Очистка вентиляционного воздуха осуществляется в двух параллельных работающих скрубберах, состоящих из поглотительной камеры, первичного брызгоуловителя, промывной камеры и вторичного брызгоуловителя.