ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БЄЛОВ СЕРГІЙ ГРИГОРОВИЧ

УДК 677.862.352. 621.357

РОЗРОБКА РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ

МЕРСЕРИЗАЦІЇ СУРОВИХ ТКАНИН

05.19.03 - технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ХЕРСОН – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сарібеков Георгій Савіч, Херсонський державний технічний університет, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри хімічної технології і дизайну волокнистих матеріалів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Малкін Е.С., Інститут технічної теплофізики НАН України, завідувач лабораторії;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Поліщук С.О., Інститут хімічної технології і промислової екології, ВАТ "Барвник", начальник відділу маркетингу.

Провідна установа:

Технологічний університет Поділля, кафедра хімічної технології, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький.

Захист відбудеться 19 червня 2002 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий 17 травня 2002 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Мерсеризація є однією з найважливіших операцій облагороджування текстильних матеріалів. Сутність цього процесу полягає в обробці тканин або пряжі концентрованим розчином гідроксиду натрію з метою надання виробам з целюлозних ниток комплексу цінних споживчих властивостей: підвищеної гігроскопічності, здатності до фарбування, блиску, еластичності, міцності, стабільності геометричних розмірів. Мерсеризації можна піддавати тканини в суровому, відвареному чи вибіленому вигляді. Виходячи з економічної доцільності, найбільш раціонально мерсеризувати сурові тканини. Це забезпечує зберігання безупинного технологічного циклу, скорочує кількість операцій, дозволяє використовувати залишковий вміст лугу на тканині при подальшому лужному відварюванні. Тканина, мерсеризована в суровому вигляді, має більш високий ступінь білизни, що дуже важливо для тканин, призначених під друк і фарбування у світлі тони.

Однак, мерсеризація сурових тканин пов'язана з труднощами регенерації відпрацьованих лужних розчинів через їх забруднення шліхтою і супутніми речовинами целюлози. Науково-технічна інформація про застосування в текстильній промисловості ефективного способу регенерації забруднених лужних розчинів відсутня.

Таким чином, удосконалювання технології мерсеризації сурових тканин на основі розробки ефективного способу регенерації забруднених лужних розчинів є актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з програмою реформування економіки і соціально-економічного розвитку Херсонської області на період до 2001 року "Технологічне переозброєння базових галузей у напрямку зменшення рівнів ресурсо- й енерговитрат", що розроблена згідно з дорученням КМУ від 20.06.1998 р., №10166175 на підставі концепції стабілізації і реформування економіки Херсонської області у відповідності з програмою "Україна 2010" і Державної програми соціально-економічного розвитку Українського Причорномор'я, що затверджена рішенням VIII сесії обласної Ради народних депутатів XXIII скликання від 8.04.1999 р., № 806. Робота виконувалась відповідно до тематики наукових досліджень кафедри “Хімічна технологія і дизайн волокнистих матеріалів” Херсонського державного технічного університету, а саме в рамках теми БД 04/99 “Розробка ресурсозберігаючих технологій обробки текстильних матеріалів”.

Роль автора полягає у виконанні досліджень в області регенерації відпрацьованих лужних розчинів та розробці ресурсозберігаючої технології мерсеризації сурових тканин із застосуванням способу електрохімічного концентрування лужних розчинів.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка ресурсозберігаючої технології мерсеризації сурових тканин із застосуванням електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів.

Для досягнення поставленої мети було намічено вирішити наступні задачі:

·

· експериментально перевірити ефективність застосування способу електрохімічного концентрування (ЕХК) і виявити найбільш значимі параметри процесу регенерації;

· створити експериментальну установку безперервної дії і визначити оптимальні режими регенерації лужних розчинів;

· дослідити ефективність застосування регенерованих за способом ЕХК розчинів гідроксиду натрію в процесі мерсеризації сурових бавовняних тканин;

· здійснити теоретичні й експериментальні дослідження процесу промивання мерсеризованої тканини з використанням тепловиділення установки ЕХК;

· розробити оптимальні режими мерсеризації сурових бавовняних тканин з застосуванням способу ЕХК відпрацьованих лужних розчинів і оцінити споживчі властивості одержаних текстильних матеріалів;

· апробувати запропоновану технологію мерсеризації сурових тканин з використанням експериментальної установки безперервної дії.

Об'єкт дослідження - процес мерсеризації целюлозних текстильних матеріалів.

Предмет дослідження - ресурсозберігаюча технологія мерсеризації сурових тканин із застосуванням електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішені з використанням теоретичних та експериментальних методів. Дослідження ефективності застосування електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів здійснювали на основі методу нейтралізації та інструментального контролю електричних параметрів проведення процесу. Ефективність застосування регенерованих розчинів у процесі мерсеризації визначали на основі моделювання роботи валкової мерсеризаційної машини та оцінювали за змінами структури бавовняного волокна оброблених тканин, які характеризуються величиною баритового числа. Оцінку фізико-хімічних та фізико-механічних показників тканин здійснювали згідно з затвердженими державними стандартами на текстильну продукцію.

При визначенні оптимальних технологічних параметрів використовували методи математичної статистики з застосуванням ІВМ - сумісного персонального комп'ютера в середовищі “Microsoft Exel”, “Microsoft Word”.

Наукова новизна одержаних результатів:

·

· виявлено ефективність дії регенерованих розчинів у процесі мерсеризації бавовняних тканин за рахунок утворення у процесі електрохімічної регенерації багатоатомних спиртів;

· науково обґрунтовано можливість створення замкнутого циклу мерсеризації сурових тканин з одночасною регенерацією відпрацьованих лужних розчинів.

Практичне значення одержаних результатів. Застосування електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів дозволить:

1. вирішити проблему багаторазового використання гідроксиду натрію в таких опоряджувальних процесах, як:

·

· суміщені способи мерсеризації і лужного відварювання, мерсеризації і фарбування, мерсеризації і заключної обробки,

· високошвидкісні способи відварювання;

2. знизити на 10-20 % концентрацію гідроксиду натрію в мерсеризаційних розчинах і збільшити швидкість обробки сурових тканин на валкових мерсеризаційних машинах;

3. економити теплову енергію при промиванні тканин в промивно-стабілізаційній частині валкової мерсеризаційної машини за рахунок використання тепловиділення регенераційної установки;

4. економити хімматеріали (кислоту на нейтралізацію лужних стоків, текстильно-допоміжні речовини), зменшити забруднення стічних вод.

Запропонована технологія мерсеризації забезпечить одержання тканин із споживчими властивостями, що відповідають вимогам діючих стандартів.

Розроблену технологію перевірено в умовах стендових випробувань, які здійснювались з використанням експериментальної установки безперервної дії, з позитивним результатом.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні та обґрунтуванні задач дослідження, в критичному аналізі науково-технічної, патентної літератури і виробничого досвіду з питань використання технології мерсеризації в опоряджувальному виробництві, в розробці способу електрохімічного концентрування відпрацьованих лужних розчинів, проектуванні і створенні лабораторної та експериментальної установок для здійснення способу ЕХК; дослідженні технологічних властивостей лужних розчинів, регенерованих за способом ЕХК; моделюванні роботи валкової мерсеризаційної машини; розробці режимів промивки тканин у промивно-стабілізаційній частині валкових мерсеризаційних машин без використання пари та режимів мерсеризації сурових тканин; виконанні експериментальних досліджень; науковому обґрунтуванні отриманих результатів і формулюванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і були обговорені:

·

· на всеукраїнській науково-технічній конференції "Проблеми легкої і текстильної промисловості на порозі нового століття", м. Херсон,  р;

· на міжкафедральному науковому семінарі Херсонського державного технічного університету, м. Херсон, 2002 р;

· на науковому семінарі кафедри хімічної технології Технологічного університету Поділля, м. Хмельницький, 2002 р.

Публікації за темою дисертаційної роботи включають 6 найменувань, у тому числі статей у наукових фахових виданнях - 4, патентів на винахід - 1, тез доповідей на конференціях - 1.

У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачу належить теоретичне та експериментальне обґрунтування застосування способу ЕХК для регенерації відпрацьованих лужних розчинів [1], розробка приладу безперервної дії для промислового використання [5] та оптимальних технологічних параметрів процесу регенерації лужних розчинів [2], розробка моделювання роботи валкової мерсеризаційної машини [3], теоретичне та експериментальне обґрунтування можливості енергозбереження у процесі мерсеризації бавовняних тканин при використанні електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів [4], розробка ресурсозберігаючої технології мерсеризації сурових тканин з використанням способу ЕХК [6].

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел, додатків. Дисертація містить 134 сторінки машинописного тексту основної частини, 24 таблиці, 23 рисунки, 143 найменування бібліографічних джерел. Обсяг додатків складає 6 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито стан проблеми ресурсо- та енергозбереження у опоряджувальному виробництві і показана необхідність проведення досліджень у галузі удосконалення процесу мерсеризації сурових тканин, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показані наукова новизна і практичне значення роботи.

У першому розділі розглянуто і проаналізовано основні напрямки використання технології мерсеризації для обробки текстильних матеріалів. Розкрито проблеми, що виникають при використанні концентрованих лужних розчинів в опоряджувальному виробництві.

Аналіз робіт у галузі удосконалення процесу мерсеризації тканин дозволив визначити, що найменш дослідженою стадією є регенерація відпрацьованих лужних розчинів.

На основі критичного аналізу запропонованих способів регенерації лужних розчинів в різних галузях науки та техніки зроблено висновок, що найбільш ефективними є способи на основі використання електрохімічних принципів, через те, що вони дозволяють не тільки концентрувати, а також й очищувати ці розчини.

У кінці розділу зроблено вибір напрямків дослідження.

У другому розділі наведені характеристики матеріалів, що використовувались, описані основні методи досліджень.

Для визначення концентрацій лужних розчинів використовували аналітичні методи аналізу.

Розробку способу електрохімічного концентрування відпрацьованих лужних розчинів здійснювали за допомогою лабораторної установки періодичної дії.

Дослідження ефективності регенерованих лужних розчинів у процесі мерсеризації та промивки тканини після мерсеризації здійснювали з використанням моделювання роботи валкової мерсеризаційної машини.

Фізико-механічні показники тканин оцінювали відповідно до затверджених державних стандартів.

При визначенні оптимальних технологічних параметрів використовувалися методи математичної статистики.

У третьому розділі викладено експериментальну частину роботи, що складається з п'яти підрозділів.

У підрозділі 3.1 представлені теоретичні та експериментальні дослідження ефективності використання електрохімічних принципів для концентрування та очистки відпрацьованих лужних розчинів.

У ході теоретичних розрахунків була визначена оптимальна модель електрохімічної системи, яка забезпечує значне зменшення дифузії гідроксиду натрію з катодного в анодний простір (рис. 1).

На основі цієї моделі була створена лабораторна установка періодичної дії, за допомогою якої здійснювалася експериментальна перевірка ефективності використання електрохімічних принципів для регенерації лужних розчинів. Досліджуваними факторами були: густина струму у міжелектродному просторі; температура проведення процесу; товщина діафрагми; швидкість фільтрації.

У табл. 1 представлені результати концентрування розчину з початковою концентрацією гідроксиду натрію 35 г/л при різних рівнях густини струму.

Таблиця 1

Вплив густини струму на показники процесу концентрування

розчину гідроксиду натрію

Густина струму, А/м2 Нап-руга, В Об'єм отри-маного кон-центрованого розчину, мл Концент-рація отри-маного розчину, г/л Концентра-ція анодного розчину, г/л Коефіцієнт концентру-вання гідро-ксиду натрію Витрати елек-троенергії на 1 кг NaOH, кВт Ч год.

1000 3,6 4,6 58,1 35 1,7 13,5

1000 3,5 4,4 92,6 35 2,7 8,6

1000 3,5 4,3 114,3 34,2 3,4 7,1

1000 3,5 4,3 118,7 33,2 3,6 6,9

1000 3,4 4,2 119,8 31,9 3,8 6,8

1500 5,0 4,4 136,5 30,5 4,5 12,5

1500 5,0 4,4 161,3 29,1 5,5 10,6

1500 4,9 4,2 174,8 27,6 6,3 10,0

1500 4,9 4,0 184,4 26,2 7,0 10,0

1500 4,8 3,9 186,3 24,1 7,7 9,9

1500 4,8 3,9 185,9 22,1 8,4 9,9

1750 5,6 3,7 196,3 19,9 9,9 13,5

1750 5,7 3,5 207,4 17,2 12,1 13,7

1750 5,9 3,4 205,2 14,0 14,7 14,8

Отримані результати свідчать, що за допомогою способу ЕХК можна концентрувати лужні розчини у 3-8 разів, при цьому витрати електроенергії складають 7-10 кВт Ч год. / кг гідроксиду натрію (у перерахунку на безводний).

Дослідження ефективності очистки розбавлених лужних розчинів під час концентрування здійснювали на забруднених лужних розчинах, отриманих після процесу гарячої мерсеризації, та на лужних розчинах з додаванням активного барвника яскраво-блакитного КХ у кількості 0,5 г/л. Показниками ефективності очистки були в'язкість та оптична густина регенерованих розчинів у порівнянні з вихідними розчинами.

Оцінку ефективності очистки за змінами оптичної густини (рис. 2) здійснювали за допомогою фотоколориметра КФК - 2 - УХЛ 4,2.

Важливою перевагою способу ЕХК над випарюванням є його декарбонізуючий ефект. Концентрація карбонату натрію у мерсеризаційному розчині не повинна перевищувати 8 %. Експериментально було встановлено, що ступінь декарбонізації (відношення концентрації Na2CO3 у вихідному розчині до концентрації у регенерованому) залежить від густини струму та концентрації карбонату натрію у вихідному розчині (рис. 3).

У процесі досліджень встановлено, що спосіб ЕХК дозволяє збільшувати концентрацію гідроксиду натрію у регенерованому розчині у 3-8 разів, очищує та декарбонізує його. При необхідності переробки дуже розбавлених та забруднених лужних розчинів цей спосіб не має альтернативи.

У підрозділі 3.2 представлено схему експериментальної установки безперервної дії (рис. 4) та наведені результати досліджень процесу ЕХК лужних розчинів в створеній установці.

Рис. 4. Принципова схема однієї секції експериментальної електрохімічної установки безперервної дії:

1 - корпус; 2 - перфорований анод; 3 - пориста діафрагма; 4 - перфорований катод; 5 - патрубок для вихідного розчину; 6 - патрубок для збіднілого розчину; 7 - патрубок для відведення регенерованого розчину; 8 - патрубки для відведення кисню; 9 - патрубки для відведення водню.

Установка складається з п'яти однакових секцій, які послідовно включені у ланцюг електричного струму. Загальна площа міжелектродного простору установки складає 2000 см2, її електроди (катоди і аноди) зроблені з нержавіючої сталі у вигляді перфорованих пластин. Між ними розташовані діафрагми з азбесту.

Дослідження процесу регенерації лужних розчинів в установці, яка зображена на рис. 4, здійснювалось за показниками густини струму та об'ємної витрати вихідного лужного розчину.

На рис. 5 представлені експериментальні залежності концентрації гідроксиду та карбонату натрію у регенерованому розчині від густини струму, які були отримані для вихідного розчину з концентрацією 32 г/л гідроксиду натрію та 45 г/л карбонату натрію.

Отримані результати свідчать, що змінюючи густину струму у міжелектродному просторі установки ЕХК можна регулювати процес регенерації лужного розчину у широких межах.

У табл. 2 представлені результати дослідження впливу об'ємної витрати вихідного розчину на ступінь переносу гідроксиду натрію з вихідного у регенерований розчин, яке здійснювалось для розчину з концентрацією 30 г/л гідроксиду та 0,9 г/л карбонату натрію при постійній густині струму 1000 А/м2.

Таблиця 2

Вплив об'ємної витрати вихідного розчину на ступінь переносу та інші показники процесу регенерації

Витрата ви- хідного розчи- ну, л/год. Концен-трація вихід-ного розчи-ну, г/л Вихід збід-нілого розчи- ну, л/год. Концент-рація збідні-лого розчину, г/л Вихід регене-рова-ного розчину, л/год. Концент-рація ре- генеро-ваного розчину, г/л Ступінь переносу гідро-ксиду натрію, % Витрати електро- енергії на 1кг NаОН, кВт Ч год.

6,10 30 5,23 13,2 0,82 138,9 62,2 6,9

5,15 30 4,28 10,0 0,82 136,5 72,5 7,2

4,05 30 3,20 5,0 0,80 131,8 86,8 7,5

3,10 30 2,29 2,5 0,76 111,2 90,9 8,8

2,15 30 1,39 2,2 0,67 91,7 95,3 10,2

Було встановлено, що реалізація способу ЕХК із застосуванням експериментальної електрохімічної установки безперервної дії дозволить вирішити проблему багаторазового використання мерсеризаційних та інших лужних розчинів в опоряджувальному виробництві. Подібні прилади при необхідності можна зробити у механічному цеху текстильного підприємства, вони не потребують коштовних матеріалів, відрізняються простотою конструкції, надійні в експлуатації, мають невеликі розміри у порівнянні з випарною установкою.

У підрозділі 3.3 досліджувалась ефективність використання регенерованих способом ЕХК лужних розчинів у процесі мерсеризації сурових бавовняних тканин. Вивчалась їх мерсеризуюча дія, змочувальні властивості, піноутворююча здатність у порівнянні з лужними розчинами, які були отримані звичайними методами (розбавленням концентрованого гідроксиду натрію або випарюванням розбавленого розчину).

На рис. 6 представлені залежності ступеня мерсеризації сурової бавовняної тканини (бязь 1В0258) від концентрації гідроксиду натрію у мерсеризаційних розчинах при тривалості обробки 54 с. Досліджувались два різних регенерованих розчина (регенерований із забрудненого шліхтою розбавленого розчину та регенерований із чистого розбавленого розчину) у порівнянні з контрольним. Контрольний розчин було отримано розбавленням чистого концентрованого розчину. Дослідження виконувались на основі змодельованої роботи валкової мерсеризаційної машини, що дозволило ураховувати механічну обробку тканини під час просочування.

Як свідчать дані, представлені на рис. 6, регенеровані розчини мали більш високу мерсеризуючу активність щодо сурових бавовняних тканин. При їх застосуванні ступінь мерсеризації тканини був більш високим у всьому дослідженому діапазоні концентрацій.

Мерсеризуюча активність регенерованого за способом ЕХК розчину у порівнянні з інтенсифікацією за допомогою текстильно-допоміжних речовин представлена у табл. 3. Таблиця 3

Мерсеризуюча активність регенерованого розчину у порівнянні з контрольними

Розчини ТДР Концентрація ТДР, г/л Баритове число, %

Контрольні розчини – – 131

бутанол 1 132

5 136

10 139

сечовина 5 133

10 135

20 138

сульфірол-8 0,5 133

2 136

5 140

Регенерований – – 136

Для пояснення більш високої мерсеризуючої активності регенерованих за способом ЕХК лужних розчинів у порівнянні з контрольним (при однаковій концентрації) досліджувались їх змочувальні властивості: поверхневий натяг, кути змочування на суровій тканині, кінетика змочування сурових тканин методом занурювання, кінетика просочування та сорбції гідроксиду натрію суровою тканиною. У результаті досліджень встановлено, що регенеровані за способом ЕХК лужні розчини, у порівнянні з контрольним, мають більш високу змочувальну дію відносно сурових тканин, що обумовлює їх більш високу мерсеризуючу активність. На рис. 7 представлені кінетичні криві сорбції гідроксиду натрію суровою тканиною з регенерованого та контрольного розчинів.

У кінці цього підрозділу наведені результати досліджень механізму інтенсифікації поверхневої активності регенерованих за способом ЕХК лужних розчинів. Встановлено, що висока поверхнева активність регенерованих розчинів обумовлюється синтезом багатоатомних спиртів із забруднень сурової тканини у процесі електрохімічної регенерації.

У підрозділі 3.4 представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень можливості стабілізації та промивки мерсеризованих тканин на валкових машинах без використання пари. За умови сумісного функціонування установки ЕХК та валкової мерсеризаційної машини для нагрівання промивної води запропоновано використовувати тепловиділення регенераційної установки.

Дослідження здійснювалися на змодельованій валковій мерсеризаційній машині на суровій бязі (арт. 1В0258). Вивчався вплив температури, час обробки та питома витрата промивної води. На рис.8 та 9 представлені результати впливу температури та питомої витрати промивної води на залишкову концентрацію гідроксиду натрію у тканині.

Отримані результати свідчать, що можливо замінити вилуговування парою промивкою гарячою чи теплою водою до залишкової концентрації гідроксиду натрію у тканині 20-30 г/кг. Для схеми сумісного функціонування валкової мерсеризаційної машини та установки ЕХК виконані теплові розрахунки, які підтвердили достатню кількість тепловиділень регенераційної установки для заміни пари.

У підрозділі 3.5 наведена схема сумісного функціонування валкової мерсеризаційної машини та установки ЕХК. Досліджено вплив розробленої технології мерсеризації на споживчі властивості тканин після подальших обробок. Запропоновані оптимальні технологічні параметри мерсеризації сурової тканини, її промивки після мерсеризації без використання пари та регенерації відпрацьованих лужних розчинів.

На рис. 10 показана схема сумісного функціонування валкової мерсеризаційної машини та установки ЕХК, яка дозволить використовувати тепловиділення установки для нагрівання промивної води.

Рис. 10. Блок-схема процесу мерсеризації з використанням способу ЕХК:

1 - просочувальна частина валкової мерсеризаційної машини;

2 - промивно-стабілізаційна частина мерсеризаційної машини;

3 - фільтр для очистки розбавленого лужного розчину;

4 - установка ЕХК;

5 - бак для збирання регенерованого лужного розчину;

6 - теплообмінник для нагрівання промивної води;

напрямок руху тканини;

напрямок руху регенерованого лужного розчину;

напрямок руху розбавленого лужного розчину;

напрямок руху збіднілого лужного розчину;

напрямок руху промивної води.

Здійснення процесу мерсеризації за запропонованою на рис. 10 схемою також дозволить мерсеризувати тканини розчином гідроксиду натрію з температурою 40-600С, що дозволить збільшити швидкість обробки сурових тканин (за рахунок підвищення змочувальних властивостей мерсеризаційного розчину при зростанні температури).

За розробленою технологією мерсеризації залишковий вміст гідроксиду натрію у тканині після промивки запропоновано використовувати при подальших опоряджувальних процесах (лужному відварюванні або вибілюванні за холодною технологією).

У табл. 4 показано вплив мерсеризації сурової тканини (бязь 1В0258) регенерованим розчином на її споживчі властивості після вибілювання за холодною технологією (з використанням залишкової концентрації лугу у тканині при просочуванні вибілюючим розчином).

Таблиця 4

Вплив попередньої мерсеризації тканини на її споживчі властивості після процесу холодного вибілювання

Показники тканини після холодного вибілювання Варіант попередньої обробки

Розшліхтування Мерсеризація

контрольний розчин регенерований розчин

Білизна, % 81 82 82

Капілярність, мм / 30 хв. 80 95 98

Розривне навантаження, Н основа 333 385 395

уток 335 351 351

Розривне подовження, % основа 20,7 18,9 18,8

уток 21,7 24,3 24,8

Число ниток на 10 см тканини основа 252 268 272

уток 240 242 243

Усадка після мерсеризації, % основа – 0 0

уток – 12,2 14,3

Усадка після вибілювання, % основа 5,5 1,7 2,1

уток 11,7 0,9 0,5

Побутова усадка, % основа 3,5 0 0

уток 0,9 0 0

Встановлено, що попередня мерсеризація тканини у суровому вигляді дозволяє підвищити її споживчі властивості після вибілювання за холодною технологією. Особливе значення має зростання капілярності тканини та стабілізація її лінійних розмірів.

Технологічні параметри проведення процесу мерсеризації сурових бавовняних тканин за схемою сумісного функціонування з установкою ЕХК, які наведено у табл. 5, були розроблені виходячи з умов отримання тканиною стандартного ступеня мерсеризації - 135% для бязі (арт. 1В0258), 125% - для костюмної тканини (арт. 1В3188), 130% - для попліну (арт. 1В0749).

Таблиця 5

Оптимальні технологічні параметри мерсеризації сурових тканин

Назва та артикул тканини Температура мерсеризаційного розчину, 0С Концентрація гідроксиду натрію, г/л Час обробки, с

Бязь 1В0258 20 170 55-60

40 170 35-40

60 160 35-40

Костюмна 1В3188 20 160 40-45

40 160 35-40

60 150 35-40

Поплін 1В0749 20 170 55-60

40 170 35-40

60 160 35-40

У додатках представлено розрахунок очікуваної економічної ефективності технології мерсеризації сурової бавовняної тканини за схемою сумісного функціонування установки ЕХК та мерсеризаційної машини.

ВИСНОВКИ

1. Розроблено ресурсозберігаючу технологію мерсеризації сурових бавовняних тканин, яка дозволить на нових принципах вирішити проблему багаторазового використання лугу, економити теплову енергію при стабілізації мерсеризованої тканини, знизити концентрацію гідроксиду натрію у мерсеризаційних розчинах на 10-20 %.

2. На основі теоретичних розрахунків запропоновано модель електрохімічної системи, що дозволяє більш ефективно здійснювати регенерацію лужних розчинів у порівнянні з іншими моделями і традиційним випарюванням.

3. Створено пристрій для регенерації розбавлених лужних розчинів, який дозволив вивчити вплив основних параметрів процесу регенерації на ефективність концентрування, очистки та декарбонізації розчинів гідроксиду натрію. Встановлено, що найбільш істотно на ефективність процесу регенерації впливає густина струму в межах 750-1250 А/м2.

4. Досліджено технологічні властивості лужних розчинів, регенерованих за способом ЕХК. Виявлено їх більш високу мерсеризуючу активність у порівнянні з чистим розчином гідроксиду натрію. Досліджено механізм утворення поверхнево-активних речовин у процесі електрохімічної регенерації забрудненого лужного розчину. Встановлено, що застосування регенерованих розчинів для мерсеризації сурових тканин сприяє збільшенню ступеня просочення на 14-23 %.

5. Розроблено схему сумісного функціонування валкової мерсеризаційної машини та установки ЕХК, застосування якої дозволить максимально використовувати переваги нового способу регенерації лужних розчинів. Обґрунтовано можливість заміни процесу вилуговування мерсеризованої тканини парою промиванням гарячою чи теплою водою з використанням відпрацьованого після регенерації розчину як теплоносія.

6. Розроблено технологічні режими мерсеризації сурових бавовняних тканин з використанням способу ЕХК. Споживчі властивості оброблених тканин відповідають вимогам діючих стандартів.

7. Створено експериментальну установку для регенерації відпрацьованих лужних розчинів, із застосуванням якої проведені стендові випробування розробленої технології з позитивним результатом. Очікуваний економічний ефект при впровадженні запропонованої технології складає 20-80 грн/1000 м тканини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Белов С.Г., Сарибеков Г.С. Электрохимический метод концентрирования и очистки разбавленных щелочных растворов, образующихся в процессах мерсеризации и щелочной отварки // Проблемы лёгкой и текстильной промышленности Украины. - 1998. - № 1. - С. 151-156.

2. Белов С.Г., Сарибеков Г.С. Установка для непрерывного концентрирования и очистки отработанных щелочных растворов, образующихся при промывке ткани после процессов мерсеризации и щелочной отварки // Вестник ХГТУ. - 1999. - №4. - С. 263-266.

3. Белов С.Г., Сарибеков Г.С. Моделирование работы валковой мерсеризационной машины и отработка оптимальных режимов мерсеризации суровой ткани // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 1999. - №2. - С. 102-106.

4. Белов С.Г., Сарибеков Г.С. Возможности энергосбережения в процессе мерсеризации хлопчатобумажных тканей при использовании электрохимического способа регенерации отработанных щелочных растворов // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2000. - №5,Ч.1. - С. 157-162.

5. Пат. 26880 Украина, МКИ 6 С 01 D 1/42, C 25 B 1/16. Прилад для безперервного електролітичного концентрування та очистки водних розчинів лугів: Пат. 26880 Украина, МКИ 6 С 01 D 1/42, C 25 B 1/16/ Г.С. Сарібеков, С.Г. Бєлов, А.А. Голованов (Украина); № 98042145; Заявл. 29.04.98; Опубл. 18.11.99.

6. Белов С.Г., Сарибеков Г.С. Разработка ресурсосберегающей технологии мерсеризации суровых тканей на основе нового метода регенерации отработанных щелочных растворов // Сб. трудов всеукраинской научно-технической конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”. - Херсон, 1999.- С. 78-79.

Анотація

Бєлов С.Г. Розробка ресурсозберігаючої технології мерсеризації сурових тканин. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 - технологія текстильних матеріалів. Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2002.

Дисертація присвячена питанням створення ресурсозберігаючої технології мерсеризації сурових бавовняних тканин.

Наведено обґрунтування вибору електрохімічного способу регенерації відпрацьованих лужних розчинів. Виготовлено лабораторну установку, досліджено вплив різних факторів на процес концентрування. Встановлено, що витрати електроенергії на 1 кг гідроксиду натрію становлять 6-9 кВт Ч год.

Досліджено мерсеризуючу дію регенерованих лужних розчинів. Встановлено, що вони мають високу активність на сурових тканинах та запропоновано механізм мерсеризуючої активності розчинів

Досліджено процеси промивки тканин у валковій мерсеризаційній машині. Розроблено схему сумісного функціонування валкової мерсеризаційної машини та регенераційної установки.

З застосуванням експериментальної установки безперервної дії проведені стендові випробування запропонованої технології з позитивним результатом та здійснено розрахунок економічної ефективності. Очікуваний економічний ефект складає 20-80 грн/1000 м тканини.

Ключові слова: мерсеризація, сурові тканини, регенерація, лужні розчини, стабілізація, промивка.

Аннотация

Белов С.Г. Разработка ресурсосберегающей технологии мерсеризации суровых тканей. Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 - технология текстильных материалов. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2002.

Диссертация посвящена вопросам создания ресурсосберегающей технологии мерсеризации суровых хлопчатобумажных тканей.

В работе рассмотрены и проанализированы тенденции применения процесса мерсеризации и различных способов его реализации для хлопчатобумажных и смешанных тканей на современном этапе. Обобщены литературно-технические данные об особенностях применения этой технологии. Раскрыты основные проблемы, возникающие при использовании концентрированных щелочных растворов в отделочном производстве.

На основании критического анализа литературных данных по вопросу осуществления процесса мерсеризации в производственных условиях сделан вывод о том, что наименее разработанной его составляющей является регенерация отработанных щелочных растворов. Предложено для решения данной проблемы использовать электрохимические принципы.

Рассмотрены различные модели электрохимических систем. Рассчитана эффективность использования электрохимического способа регенерации разбавленных щелочных растворов. Дано обоснование выбора конструкции установки.

Изготовлена лабораторная установка периодического действия, с использованием которой выявлены оптимальные параметры процесса электрохимической регенерации. Установлено преимущество предлагаемого способа по сравнению с традиционным выпариванием, особенно при регенерации сильно разбавленных и загрязненных щелочных растворов.

Создана экспериментальная установка непрерывного действия - прототип производственной установки. Исследованы режимы регенерации щелочных растворов. Установлено, что затраты электроэнергии на концентрирование 1 кг гидроксида натрия при плотности тока в межэлектродном пространстве 1000 А/м2 составляют 6-9 кВт Ч ч в зависимости от концентрации исходного раствора.

Смоделирована работа валковой мерсеризационной машины, воспроизведены особенности механического воздействия на ткань в процессе обработки.

Исследована эффективность применения регенерированных по способу ЭХК щелочных растворов по сравнению с растворами, полученными традиционными способами. Обнаружена их более высокая активность на суровых тканях, что позволяет на 10-20% снизить концентрацию гидроксида натрия в мерсеризационном растворе без снижения степени мерсеризации ткани. Установлено, что регенерированные по электрохимическому способу щелочные растворы обладают по сравнению с чистым раствором гидроксида натрия более высокой поверхностной активностью. Исследован механизм образования ПАВ в щелочном растворе в процессе регенерации.

Исследован процесс стабилизации и промывки ткани без использования пара в промывочно-стабилизационной части валковых мерсеризационных машин. Установлено, что возможно осуществлять стабилизацию и промывку мерсеризованной ткани водой с температурой 40-600С. На основании теплового расчета предложено использовать тепловыделения регенерационной установки для нагрева промывной воды.

Разработана схема совместного функционирования валковой мерсеризационной машины и установки ЭХК, позволяющая максимально использовать преимущества нового способа регенерации щелочных растворов.

Изучено влияние регенерированных щелочных растворов в процессе мерсеризации суровых хлопчатобумажных тканей на их потребительские свойства после последующих обработок. Установлено, что по всем показателям качество ткани, обработанной регенерированным щелочным раствором, не уступает обработанной по традиционной технологии и соответствует требованиям действующих стандартов. Разработаны режимы мерсеризации суровых хлопчатобумажных тканей на валковых мерсеризационных машинах с использованием способа ЭХК.

На основе экспериментальной установки непрерывного действия проведены стендовые испытания предлагаемой технологии с положительным результатом и выполнен расчет экономической эффективности. Ожидаемый экономический эффект составляет 20-80 грн/1000 м ткани.

Ключевые слова: мерсеризация, суровые ткани, регенерация, щелочные растворы, стабилизация, промывка.

Summary

Belov S.G. Development resource-saving technology of mercerisation of unbleached fabrics. Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate engineering science on a speciality 05.19.03 - technology of textile materials. - Kherson State Technical University, Kherson, 2002.

The dissertation is devoted to questions of creation resource-saving technologies in the field of a finishing of cotton fabrics.

The substantiation of a choice of a design of installation for electrochemical regeneration of alkaline solutions is given. The laboratory model of installation is made. The results of experiments confirming theoretical investigations are described.

The experimental electrochemical installation of continuous action is made. The results of experiments obtained with the help of this installation are shown.

The mercerising action of regenerated alkaline solutions on unbleached cotton fabrics is investigated. The mechanism of their high activity is proposed.

The scheme of joint functioning of the rollers mercerising machine with the electrochemical installation is elaborated. The optimum modes of mercerisation of unbleached fabrics by means of regenerated alkaline solution are found.

The calculation of economic effect is made. The expected benefit makes 20-80 grn/1000 m of a fabric.

Key words: mercerisation, unbleached fabrics, regeneration, alkaline solutions, stabilisation, washing.