Совершенствование процесса фильтрации и отгонки сероуглерода с целью снижения вредности производства - дипломная работа

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Специальность

кафедра естественных наук

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

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

Студент-дипломник:

Научный руководитель:

Доктор наук,

Доцент кафедры

2009

Реферат

Пояснительная записка содержит 102 листа, 18 таблиц, графическая часть выполнена на 8 листах.

ВИСКОЗНОЕ ВОЛОКНО. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ. ФИЛЬТРАЦИЯ. ОТГОНКА СЕРОУГЛЕРОДА. ПАРАМЕТРЫ. РАСЧЁТЫ. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССА. ЭКОНОМИКА.

Целью работы является совершенствование процесса фильтрации и отгонки сероуглерода с целью снижения вредности производства и повышения качества продукции.

В дипломном проекте предусмотрены:

замена дискового и рамного фильтров первой и второй фильтрации на металлокерамические, что позволит повысить скорость фильтрации уменьшить трудовые затраты, применять дешевые и доступные фильтровальные материалы и уменьшить потери вискозы при регенерации;

в качестве фильтрующего материала использование в блочном фильерном комплекте вместо хлопчатобумажной ткани нержавеющие сетки саржевого типа №450, что позволит повысить срок работы фильер и сократить потребность в их замене в 4-5 раз;

снижение температуры пластификационной ванны со (115±3) ºС до (110±3) ºС, что позволит оптимизировать процесс отгонки и конденсации сероуглерода, снизить количество выбрасываемого в атмосферу сероуглерода и удельную норму его расхода с 214,9 кг/т до 198,4 кг/т.

Разработана усовершенствованная схема производства вискозного волокна и проведена автоматизация процесса.

Проведены расчеты удельных норм расхода сырья, тепловые и энергетические расчеты, а также расчет расхода умягченной воды, сжатого воздуха, выбрано и рассчитано основное технологическое оборудование.

Предусмотрено безопасное ведение процесса.

Рассчитана технико-экономическая эффективность предложенных технических решений, приводящих к снижению производственной себестоимости с 22156,26 руб/т до 20856,93 руб/т.

The abstract

The explanatory note contains 102 sheets, 18 tables, the graphic part is executed on 8 sheets.

VISCOSE FIBRE. PERFECTION. A FILTRATION. OTGONKA SEROUGLERODA. PARAMETRI. CALKULATION. SAFETY OF PROCESS. ECONOMY.

The purpose of work is perfection of process of a filtration and otgonki serougleroda with the purpose of decrease in unhealthy conditions of work and improvement of quality of production.

In the diploma the project are stipulated:

replacement disk and ramnogo filters of the first and second filtration on ceramic-metal, that allows to raise speed of a filtration, to reduce labour expenses, to apply the cheap and accessible filtered materials and to reduce losses of viscose at regeneration;

v quality of a filtering material use in block filernom the complete set instead of a cotton fabric corrosion-proof grids sarghevogo type 450 that will allow to raise term of work filer and to reduce need for their replacement for 4-5 times;

decrease in temperature plastifikacionnoi vanni with (115±3) ºС up to (110±3) ºС, that will allow to optimize process otgonki and condensation serougleroda,what pozvolit to lower quantity throw in an atmosphere serougleroda, and also to lower specific norm of his charge about 214,9 kg / t up to 198,4 kg / t.

Automation of process of formation of a fibre is lead. Calculations of specific norms of the charge of raw material, thermal and power calculations, and also calculation of the charge umyagchennoy waters of compressed air are lead, the basic process equipment is chosen and designed. Safe conducting process is stipulated. Technical and economic efficiency of the offered technical decisions leading to decrease of the industrial cost price with 22156,26 rub/t up to 20856,93 rub/t is designed.

Содержание

Введение

1. Информационный анализ

1.1Литературный обзор с обоснованием выбора технического решения

1.1.1 Основные направления совершенствования способов получения вискозных волокон

1.2 Современные технологии получения гидратцеллюлозных волокон

1.3 Характеристика исходного сырья, вспомогательных материалов и готовой продукции

1.4 Описание технологического процесса

1.5 Формование волокна и текстильно-отделочные операции

1.6 Основные параметры технологического процесса получения вискозного волокна

1.7 Техническая характеристика основного технологического оборудования

1.8 Технологические расчеты

1.8.1 Материальные расчеты на 1 тонну волокна

1.8.1.1 Расчет удельной нормы расхода целлюлозы

1.8.1.2 Расчет нормы расхода едкого натра

1.8.1.3 Расчет нормы расхода сероуглерода

1.8.1.4 Баланс сульфата натрия

1.8.1.5 Расчет нормы расхода серной кислоты

1.8.1.6 Расчет расхода сульфата цинка

1.8.1.7 Баланс воды в осадительной ванне.

1.8.2 Теплоэнергетические расчеты

1.8.2.1 Тепловые расчеты

1.8.2.2 Расчет расхода воды

1.8.2.3 Расчёт расхода сжатого воздуха

1.8.3 Расчёт расхода электроэнергии

2. Раздел "Обеспечение безопасности жизнедеятельности"

2.1 Взрывопожаробезопасность

2.2 Вредные производственные факторы

2.3 Шум и вибрация, создаваемые движущимися частями оборудования, при работе двигателей движении и транспортёров, также являются вредными факторами данного производства

2.4 Электро-и травмобезопасность.

2.5 Освещение

2.6 Тепловые излучения, микроклимат

2.7 Сосуды, работающие под давлением

3. Экологическая экспертиза проекта

3.1 Автоматизация установки

Заключение

Список использованной литературы

Введение

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 ⁰ С, 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 (18-24⁰ С) 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 ⁰ С), 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

Характеристика готовой продукции.

Готовой продукцией производства является вискозное волокно.

Вискозное волокно выпускается в соответствии с требованиями технологического регламента производства вискозного волокна и "соответственно" ГОСТа 10546-80. [34]. Вискозное волокно изготавливают неокрашенным, отбелённым, блестящим и окрашенным в массе. Вискозное волокно должно изготовляться в следующих номинальных линейных плотностей: 0,17; 0,31; 0,44 текс. Номинальная длина волокна нарезанного должна быть в миллиметрах: 38 - для хлопчатобумажной промышленности; 65 - для шёлковой промышленности; 65, 75, 90 - для шерстяной и льняной промышленности. Вискозное волокно, нарезанное из мокрого жгута, предназначено для текстильной промышленности и используются как в чистом виде, так и в смеси с хлопком и шерстью.

Таблица 3. Физико-механические показатели вискозного волокна

1.4 Описание технологического процесса

Технологический процесс получения вискозного волокна состоит из следующих основных стадий:

1. Получения прядильного раствора - вискозы.

2. Формования волокна из вискозы.

3. Текстильно-отделочных операций.

Технологический процесс получения вискозы включает следующие стадии:

получение щелочной целлюлозы (мерсеризация, отжим, измельчение);

предсозревание щелочной целлюлозы;

ксантогенирование;

растворение ксантогената целлюлозы;

подготовка вискозы к формованию (фильтрация и обезвоздушивание вискозы).

формование вискозного волокна;

обработка вискозного жгута пластификационной ванной и отгонка сероуглерода;

очистка сконденсированного сероуглерода щелочью и промывка водой;

резка жгута;

отделка резаного жгута;

рыхление волокна;

сушка волокна;

упаковка волокна.

Химический цех вискозного производства предназначен для получения вискозы и подготовки её к формованию.

Процесс получения вискозы состоит из следующих основных стадий:

мерсеризация целлюлозы 18%-ным раствором щёлочи с получением щелочной целлюлозы по реакции

предсозревание и охлаждение щелочной целлюлозы;

ксантогенирование щелочной целлюлозы по реакции и растворение полученного ксантогената целлюлозы в щелочи с получением вискозы;

OC6H9O4

(C6H10O5 * NaOH) n + n CS2 [C = S ] n + n H2O

SNa

смешение, созревание, обезвоздушивание и фильтрация вискозы в вискозном отделе.

В химическом цехе производится приём и складирование основного сырья - целлюлозы, а также слив и хранение крепкого каустика.

На содовой станции, входящей в состав химического цеха, производится приготовление растворов щелочей: укрепительной, мерсеризационной, растворительной, а также приём и фильтрация отжимной щёлочи.

Первой операцией технологического процесса приготовления прядильного раствора является процесс получения щелочной целлюлозы. Этот процесс называется мерсеризацией, в её результате протекают следующие физико-химические процессы:

образование нового химического соединения щелочной целлюлозы;

набухание целлюлозы в щелочи;

вымывание гемицеллюлоз;

окислительная деструкция макромолекул целлюлозы.

Интенсивность этих процессов зависит от температуры, времени обработки целлюлозы щёлочью, массовой концентрации щелочи, условий перемешивания и модуля мерсеризации.

Мерсеризация целлюлозы осуществляется на установках непрерывной мерсеризации, производительностью (6-30) т/сут, работающих независимо друг от друга. В установку непрерывной мерсеризации входят:

листоподающая машина;

мерсеризатор;

двухсегментный насос для передачи щелочной целлюлозы, производительностью (5-25) м³ /ч;

отжимной пресс для отжима щелочной целлюлозы;

предварительный измельчитель и измельчитель.

Кипы целлюлозы со склада подаются к мерсеризатору листоподающей машиной, которая состоит из питателя листов целлюлозы, транспортёра подачи целлюлозы и сбрасывающего ножа.

Привод движения транспортёра и ножа осуществляются от электродвигателя. Скорость движения транспортёра изменяется при помощи бесступенчатого вариатора, а число колебаний ножа - заменой сменных звёздочек.

Мерсеризатор поз. представляет собой вертикальный бак с мешалкой, вместимостью 7,5 м³ . Внутри бака установлен цилиндр, недоходящий до дна бака. Между стенками мерсеризатора и цилиндра осуществляется рециркуляция щелочной целлюлозы. Мерсеризатор снабжён рубашкой для темперирования щелочной целлюлозы. Из мерсеризатора щелочная целлюлоза при достижении заданного модуля (16-17) непрерывно удаляется через нижний штуцер двухсегментным насосом и подаётся на отжимной пресс.

Отжимной пресс состоит из стального корпуса, внутри которого имеются два вращающихся в противоположные стороны стальных барабана.

Диаметр барабана - 610 мм, длина - 1320 мм. По всей окружности барабана имеются продольные сквозные отверстия, расположенные на торцах барабанов, по которым осуществляется прохождения отжимной щёлочи при отжиме в карманы пресса. Поверхность каждого барабана обтянута перфорированным стальным листом. Диаметр отверстий перфораций (1-1,5) мм. Зазор между барабанами не более 12 мм. Вращение отжимных барабанов от электродвигателя через вариатор, при помощи которого можно изменить число оборотов в минуту от 0,31 до 1,88 и, соответственно, степень отжима щелочной целлюлозы.

Отжатая щелочная целлюлоза выходит из щели между барабанами в виде плотного непрерывного холста толщиной 12 мм, который направляется в предварительный измельчитель.

Предварительный измельчитель представляет вал с насаженными на нём крестовидными зубьями.

После предварительного измельчителя щелочная целлюлоза попадает в измельчитель.

Измельчитель состоит из трёх барабанов, обтянутых пильчатой лентой, вращающихся в одну сторону. Зазор между поверхностью барабанов измельчителя составляет (1,5-2,5) мм.

Барабаны помещены в стальной корпус, который способствует перемещению щелочной целлюлозы от барабана к барабану и частично захватывается на повторное измельчение между зубьями, что способствует лучшему измельчению. Обойдя все три барабана щелочная целлюлоза по нижней части корпуса продвигается к пересыпному устройству, из которого щелочная целюлоза поступает на горизонтальный ленточный транспортер.

С ленточного транспортёра щелочная целлюлоза через пересыпное устройство поступает на наклонный ленточный транспортёр, который подаёт щелочную целлюлозу в отделение предсозревания к двухтрубным аппаратам.

Процесс ускоренного предсозревания щелочной целлюлозы производится при определённом температурном режиме в двухтрубных аппаратах предсозревания в течение (110-120) мин.

Цель предсозревания - понижение степени полимеризации щелочной целлюлозы деструкцией макромолекул целлюлозы под действием кислорода воздуха. Аппарат состоит из двух труб, расположенных одна под другой.

Предсозревание щелочной целлюлозы в верхней трубе осуществляется за счет нагрева целлюлозы. В нижней трубе происходит охлаждение щелочной целлюлозы. Каждая из труб имеет рубашку, разделённую на пять секций. В рубашке верхней трубы циркулирует горячая вода с температурой (38-86) ⁰ С. В рубашке нижней трубы циркулирует охлаждённая вода с температурой (4-8) ⁰ С.

По ленточному транспортёру щелочная целлюлоза поступает в верхнюю трубу двухтрубного аппарата, где она перемешивается с помощью рамной мешалки и двух шнеков, планетарно вращающихся совместно с мешалкой частотой вращения (0,5-1,5) об/мин и вокруг своей оси с частотой вращения (2,32-4,42) об/мин. Шнеки, кроме перемешивания, производят перемещение щелочной целлюлозы в трубе к выгрузочному отверстию. Из верхней трубы щелочная целлюлоза пересыпается в нижнюю. А из выгрузочного отверстия нижней трубы щелочная целлюлоза поступает на ленточный транспортёр, который подаёт её на пластинчато-ковшевой транспортёр. С пластинчато-ковшевых транспортёров щелочная целлюлоза пересыпается на ленточные транспортёры, расположенные над бункерами - накопителями отдела ксантогенирования.

С ленточного транспортёра щелочная целлюлоза ссыпается в бункер - накопитель. На дне бункера имеется шнек, передвигающий щелочную целлюлозу к выходному отверстию. Каждый бункер имеет весы марки РС-54-13. При наполнении бункера до определённой массы щелочной целлюлозы происходит автоматическое переключение на другой бункер-накопитель.

Из бункера щелочная целлюлоза выгружается на ленточный транспортёр, над которым установлен магнитный сепаратор типа ЭП-1 для улавливания металла, случайно попавшего в щелочную целлюлозу. С ленточных транспортёров щелочная целлюлоза подаётся к приёмным воронкам пневмотранспортных установок всасывающего типа, с помощью которых щелочная целлюлоза загружается в ксантогенатор.

Ксантогенатор представляет собой горизонтальный барабан вместимостью 13 м³ , бочкообразной формы, снабжённый мешалкой и восьми - секционной рубашкой, куда подается темперированная вода из машино - компрессорной станции.

В верхней части барабана находятся люк с крышкой, штуцера для подачи технологических растворов и щелочной целлюлозы, азота и вакуумный штуцер. В нижней части находится клапан для выгрузки вискозы.

Внутри аппарата имеется горизонтальная мешалка, которая приводится во вращение от электродвигателя через двухступенчатый редуктор. Мешалка работает с частотой вращения 5,5 об/мин и 30 об/мин.

После загрузки щелочной целлюлозы в ксантогенатор, в нем создаётся вакуум (600-680) мм. рт. ст., затем ксантогенатор проверяется на герметичность в течение 3 минут. Ксантогенирование проводится "мокрым" способом, поэтому сразу после проверки в ксантогенатор подаётся расчетное количество растворительной щелочи. Во время подачи щелочи в ксантогенатор начинают подавать инертный газ - азот до снижения вакуума (540-550) мм. рт. ст., в течение 1-2 минут. Затем производится проверка на герметичность в течение 2-3 минут, после чего подаётся сероуглерод в течение 7-10 минут. Начало подачи сероуглерода считается началом процесса ксантогенирования. Ксантогенат целлюлозы получается в результате химической реакции:

S

(C6H10O5 * NaOH)n + n CS2 C6H10O4-O-C

SNa

Кроме основной реакции протекает ряд побочных реакций с образованием тиокарбонатов, состав которых меняется в зависимости от условий проведения процесса

NaOH + CS2 Na 2S + Na2CO3 + H2O

Na2S + CS2 Na2CS3 и так далее

Полученный ксантогенат целлюлозы растворим в слабом растворе щелочи. По окончании процесса ксантогенирования проводится растворение ксантогената целлюлозы добавкой растворительной щёлочи массовой концентрацией (45-80) г/дм³ , объёмом (500-1000) дм³ .

Выгрузка вискозы начинается с открытием выгрузочного клапана, подачи азота и открытием атмосферной линии. После выгрузки вискозы в растворитель, ксантогенатор промывается расчётным объёмом умягчённой воды. После промывки умягченная вода выгружается в растворитель.

Окончательное растворение ксантогената целлюлозы проводится растворителях ротрного типа с высоким градиентом скорости. Процесс растворения идет при температуре (23-35) °С, при этом полностью завершаются физико-химические процессы в вискозе, что обеспечивает получение вискозы с минимальной равновесной вязкости, в течении длительного времени, и сокращает процесс созревания вискозы с 40часов до 10-15 часов.

По окончанию процесса растворения, вискоза из растворителей передается в вискозное отделение для дальнейшей ее подготовки к формованию.

Подготовка вискозы к формованию включает следующие стадии: смешение отдельных партий вискозы, созревание, фильтрацию, обезвоздушивание.

Партии вискозы, полученные в отдельных аппаратах, различаются по составу и свойствам. Для повышения однородности вискозы по вязкости, зрелости, α - целлюлозе и щелочи смешивают партии вискозы в приёмных смесителях.

Из смесителя вискоза подаётся на фильтр с керамическим фильтрующим элементом. Далее вискоза подаётся в смеситель и с помощью насоса на вторую фильтрацию, которая проводится на фильтре с керамическим фильтрующим элементом. После второй фильтрации вискоза собирается в промежуточную ёмкость и насосом через теплообменник подаётся в вакуум - эвакуатор, где производится обезвоздушивание в режиме кипения. Далее вискоза подаётся на третью фильтрацию, осуществляемую на рамном фильтр-прессе через один слой гамджи и два слоя шифона. Профильтрованная вискоза перекачивается в прядильный цех и подаётся на каждую прядильную машину отдельно.

1.5 Формование волокна и текстильно-отделочные операции

Технологический процесс получения вискозного волокна состоит из следующих процессов:

формование вискозного волокна;

обработка вискозного жгута пластификационной ванной и отгонка сероуглерода;

очистка сконденсированного сероуглерода щелочью и промывка водой;

резка жгута;

отделка резаного жгута;

рыхление волокна;

сушка волокна;

упаковка волокна.

Формование вискозного волокна производится на агрегатах марки ША-20-И-2М. В состав агрегата входят две прядильные машины марки ПШ-180-И-2М производительностью до 17 т/сутки. Прядильная машина двухсторонняя, двухсекционная, мест на машине 135,144.

Прядильная машина состоит из следующих основных узлов:

корыта осадительной ванны;

щита заправочного;

привода прядильных дисков и насосиков;

капсюляции;

двухрежимной вентиляции.

Осадительная ванна из кислотной станции с напорных барок самотеком поступает по коллекторам через перфорированный трубопровод в корыто прядильной машины.

Вискоза подается из химического цеха по коллекторам отдельных вискозопроводов на каждую сторонку прядильной машины. Вискоза под давлением, создаваемым прядильными дозирующими насосиками марки НШ-25И, подается в объеме 25см³ /об. через соединительную трубку, червяк, фильеру в осадительную ванну. Вытекающие через отверстия фильеры струйки вискозы попадают в осадительную ванну, в которой находятся сульфат натрия, сульфат цинка, серная кислота, вызывающие высаживание из раствора ксантогената целлюлозы и его омыление, то есть образование волокна. Основным компонентом, вызывающим омыление ксантогената целлюлозы, является серная кислота.

При формовании вискозного волокна протекают следующие физико-химические процессы:

1. Высаживание ксантогената целлюлозы из раствора в виде пучка тонких параллельных волокон в результате нейтрализации серной кислотой находящегося в вискозе едкого натра, который является растворителем ксантогената. При этом регенерируется целлюлоза и выделяется сероуглерод:

2. Омыление ксантогената целлюлозы и регенерация из него гидратцеллюлозных волокон:

3. Частичная дегидратация свежесформованных волокон выявляется в снижении степени набухания высаженного из раствора геля ксантогената целлюлозы или гидратцеллюлозы.

4. Вытягивание свежесформованных нитей для создания определенной упорядоченности в расположении агрегатов макромолекул (кристаллитов) в волокне и придания тем самым нитям необходимой прочности и эластичности.

Кроме основной реакции протекают побочные реакции с образованием сульфата натрия, воды, сероводорода, серы, сернистого газа.

Выделение серы происходит и в результате частичного окисления сероводорода кислородом воздуха:

Свежесформованное волокно с двух или одного прядильных мест прядильной машины марки ПШ-180-И-2М поз.45 поступает на неподвижные фарфоровые ролики, затем на стеклянный прядильный диск и обогнув 1,5 раза вокруг диска, жгутики с каждого прядильного места собираются в общий жгут на неподвижных фарфоровых роликах, расположенных вдоль каждой сторонки машины.

Спряденный вискозный жгут направляется самостоятельно с каждой сторонки прядильной машины на головные пятивальцы аппарата для пластификации жгута, отгонки и регенерации сероуглерода через направляющую пластмассовую трубу, в которой установлены два ролика на входе и выходе из трубы. После тянущих пятивальцев жгут направляется в головную барку и по ролику, находящемуся в барке, поступает в фаолитовую трубку, заполненную пластификационной ванной. Жгут из трубы по роликам через хвостовую барку заправляется на вторые тянущие вальцы, а с них на тянущее устройство, установленное на площадке резальных машин, в резальные машины.

Обработка вискозного жгута производится пластификационной ванной в трубах аппарата для пластификации, отгонки и регенерации сероуглерода ОСУТ-204-И. В качестве пластификационной ванны используется горячая оборотная вода после промывки волокна на 3-7 ситах отделочных машин и грабельно-моечных машин. Пластификационная ванна подогревается до температуры (112-122) ºС±3ºС в кислотной станции и подается в трубы аппарата и прядильно-отделочных агрегатов. На выходе пластификационная ванна имеет температуру (96-98) ºС.

Аппарат для пластификации жгута, отгонки и регенерации сероуглерода имеет две рабочих и одну уравнительную трубу, параллельно расположенные и выполненные из нескольких фаолитовых секций. На входе и выходе труб смонтированы барки, в которых находятся жгутопроводники. Рабочие трубы заполнены на 3/4 объема пластификационной ванной. Пространство в трубе герметизировано, поэтому выделяющийся сероуглерод образует концентрированную газовоздушную смесь, пригодную для регенерации конденсационным способом. Газовоздушная смесь выходит через свинцовые патрубки в трубы газовоздушной смеси, расположенные параллельно над рабочими трубами и направляется к входному отверстию холодильника на конденсацию.

В аппарате для пластификации жгута, отгонки и регенерации сероуглерода ОСУТ-204-И происходят следующие процессы:

разложение остаточного ксантогената под действием пластификационной ванны;

вытяжка волокна в жгуте за счет разности скоростей первых и вторых тянущих вальцев;

отгонка сероуглерода, находящегося в жгуте, путем обработки жгута волокна горячей пластификационной ванной;

конденсация сероуглерода в холодильниках.

При прохождении парогазовой смеси через перегородки холодильника часть паров сероуглерода и воды конденсируется, а несконденсированные пары поднимаются вверх и через штуцер холодильника отсасываются на газоочистку.

Сконденсированные пары парогазовой смеси в виде жидкого сероуглерода с примесью воды, сероводорода, и других сернистых соединений стекают из холодильника в смотровой фонарь, откуда самотеком поступают на станцию регенерации для очистки.

Жгут после вторых тянущих вальцев поступает по питающей трубе к тянущим устройствам на резальную машину марки РФ-400. В питающей трубе жгут орошается холодной водой для охлаждения и снижения загазованности на резальных машинах. Жгут проходит через две пары питающих роликов и направляется к скребку к месту резки. Резка жгута осуществляется между неподвижным ножом, закрепленным на качалке, и ножами, установленными на вращающейся головке. Длина штапелька может быть 38,65,75,90 мм. Штапельки волокна подаются в отводную трубу и увлекаются потоком воды через каскадную башню на сетку отделочной машины.

Отделка вискозного волокна предназначена для удаления с волокна сульфатов, сернистых соединений, содержащихся в осадительной ванне, в том числе серы, адсорбированной на волокне. Отделка придает волокну мягкость, белизну, эластичность, улучшает внешний вид и текстильные свойства. Отделка осуществляется на отделочных сетчатых машинах ОРШ-И2М и грабельно-моечных машинах ГМ-220-И2.

Хоботом-раскладчиком волокно распределяется по ширине каскадной башни. Внутри каскадной башни с двух сторон расположены уступы (пороги) имеющие уклон к центру. Волокно, поступающее с резальной машины, разбиваясь о пороги каскадной башни, выходит ровным слоем в виде рыхлой массы на сетчатый транспортер отделочной машины. Сетка-транспортер натянута на два вала, один из которых является ведущим, другой - ведомым. Сверху сетку поддерживают 14 валов, снизу 6 валов, которые являются ее регулировочными валами.

Над транспортером отделочной машины расположено 10 сит. Волокно обрабатывается растворами, поступающими через сита отделочной машины, а отработанные растворы через сетчатый транспортер сливаются в поддоны и по трубопроводам отводятся в комбинированную барку. Она предназначена для циркуляции и фильтрации отделочных растворов.

На 1,2 сита и отжимной вал подается десульфурационный раствор для окончательного удаления серы с волокна с массовой концентрацией едкого натра (1-5) г/дм³ ±0,5г/дм³ и температурой (65-76) ºС±2ºС. Наличие серы на волокне ухудшает внешний вид, придает ему желтый оттенок, повышает жесткость. После обработки волокна десульфурационный раствор собирается в поддоны и по трубопроводу через барку направляется в кислотную станцию для подкрепления, фильтрации и подогрева.

На 3-7 сита подается оборотная вода насосами из комбинированной барки с температурой (50-70) ºС±2ºС.

На 8-10 сита подается горячая умягченная вода из тоннеля. После промывки волокна вода с этих сит собирается в поддоны и по обратному трубопроводу направляется в барку и используется как оборотная вода для подачи на 3-7 сита.

Окончательная промывка волокна осуществляется в корыте грабельно-моечной машины свежей умягченной водой. Температура воды, подаваемой в грабельно-моечную машину и 8-10 сита, составляет (60-70) ºС±2ºС.

После грабельно-моечной машины волокно через слое образующий вал поступает на валы первого усиленного отжима. Отжатое волокно по наклонному сетчатому транспортеру направляется на вал второго усиленного отжима. Между двумя парами валов усиленного отжима слой волокна обрабатывается авиважным водным раствором с массовой концентрацией жирных кислот (6-20) г/дм³ ±2г/дм³ . Температура авиважного раствора соответствует (55-75) ºС±2ºС. Для приготовления авиважного раствора используется стеарокс. Отработанный раствор направляется в кислотную станцию для его укрепления, фильтрации и подогрева.

Обработанное авиважным раствором волокно отжимается отжимными валами усиленного отжима при помощи гидросистемы. После отжимных валов волокно с массовой долей воды 165%±20% поступает по транспортеру роликовому на рыхлитель мокрого волокна через питающие рифленые валы, которые под действием пружины зажимают волокно и подают его к колкам вращающегося барабана.

Рыхление осуществляется за счет вращения колкового барабана снизу вверх по холсту волокна, идущего от отжимных валов. На колковом барабане расположено 8 рядов колков. В нижней части барабана установлена воронка, сверху барабан закрыт полукруглым кожухом. Линейная скорость движения транспортера с волокном составляет 0,52-2,35м/мин. Разрыхленное волокно с барабана сбрасывается на транспортер первой сушильной машины поз.66.

Сушка волокна осуществляется в двух последовательно установленных сушильных машинах, состоящих из каркаса, транспортера, теплоизоляционных щитов. Машины секционные, в каждой секции имеются вентилятор и калориферы. В каждой сушилке установлено 11 вентиляторов, из которых один выбросной, 10 секционных.

Свежий воздух из цеха подается в сушилку через входное отверстие и в конце сушилки захватывается секционным вентилятором через фильтр, через диффузоры подается на калорифер, где подогревается. Подогрев осуществляется паром с температурой (165-170) ºС, поступающим в калориферы. Калориферы установлены над каждым вентилятором. Подогретый до (110-130) ºС воздух подается на жалюзи и от них отражается сверху на волокно. Следующим секционным вентилятором воздух забирается снизу волокна и направляется через калорифер сверху на волокно. Так воздух проходит через каждые секции первой и второй сушилки и выбросным вентилятором выбрасывается через венткороб в атмосферу.

С первой сушилки поз.66 волокно поступает на питатель, который транспортирует волокно на транспортер второй сушилки. Волокно после второй сушилки направляется на транспортер камеры кондиционирования.

Готовое волокно пневмотранспортом направляется на упаковку. Упаковка волокна в кипы производится в прессах марки Б-374-А. Отсортированное волокно вентилятором вместе с воздухом засасывается из бункера и по трубам пневмотранспортом подается в циклон, откуда по коническим стенкам через специальный лоток загружается непосредственно в пресс камеру [26].

1.6 Основные параметры технологического процесса получения вискозного волокна

Таблица

1.7 Техническая характеристика основного технологического оборудования

Таблица

1.8 Технологические расчеты

1.8.1 Материальные расчеты на 1 тонну волокна

Исходные данные:

Состав вискозы на прядение:

массовая доля a - целлюлозы - 9,25%±0,2%

массовая доля щелочи - 6,3%±0,1%

массовая доля сернистых соединений - 3,04%

массовая доля воды - 81,36%

соотношение щелочи/a - целлюлозе -

Состав свежесформованной нити после осадительной ванны:

массовая доля a - целлюлозы - 29,5%

массовая доля серной кислоты - 5,0%

массовая доля сульфата цинка - 0,58%

массовая доля сульфата натрия - 18,1%

массовая доля воды - 50,31%

Состав готовой нити:

массовая доля замасливателя - 0,3%

массовая доля влаги - 12,0%

Потери и отходы по производству - 2,37%, в том числе:

потери по мерсеризации и предсозреванию - 0,2%

потери по ксантогенированию и фильтрации - 0,6%

потери при прогонке агрегатов - 0,64%

переработанные волокнистые отходы - 0,93%

1.8.1.1 Расчет удельной нормы расхода целлюлозы

1. Масса основного вещества на 1 тонну волокна при массовой доле влаги волокна 12% и массовой доле замасливателя 0,3% составит:

2. Теоретическая масса целлюлозы в пересчете на 95% выход и массовой доли влаги целлюлозы 12% составит:

3. Теоретические потери и отходы даны в % от теоретической массы целлюлозы:

,

4. Норма расхода целлюлозы:

5. Коэффициент использования целлюлозы:

1.8.1.2 Расчет нормы расхода едкого натра

1. Теоретическая масса едкого натра составит: Т =890,2*С=890,2*0,681=606,2 кг;

2. Технологические потери: , где П_{1 NaOH} - потери едкого натра с вискозой и отходами:

П_{2 NaOH} - другие потери едкого натра, складываются из потерь:

при фильтрации щелочей - 2,0 кг, при сливе конусов - 8,24 кг, на газоочистку выбросов - 6,2 кг, на промывку гарнитуры насосиков - 4,0 кг, на промывку фильтров - 3,0 кг, на десульфурацию - 30,0 кг, при сливе, транспортировке - 41,3 кг, для нейтрализации - 13,7 кг, П_{2 NaOH} =108,4 кг

3. Норма расхода едкого натра:

4. Коэффициент использования едкого натра:

5. Едкий натр. Установленные параметры:

массовая концентрация едкого натра

в укрепительной щелочи - 308г/л±2г/л

массовая концентрация гемицеллюлозы

в укрепительной щелочи, не более - 15г/л

массовая концентрация едкого натра

в мерсеризационной щелочи, не более - 246г/л±2г/л

массовая концентрация едкого натра

в растворительной щелочи, не более - 50г/л±1г/л

массовая концентрация гемицеллюлозы

в мерсеризационной щелочи, не более - 55г/л

массовая концентрация гемицеллюлозы

в растворительной щелочи, не более - 5г/л

Состав щелочной целлюлозы после измельчителей:

массовая доля a - целлюлозы - - 29,5%±1,5%

массовая доля едкого натра - - 17,5%±0,5%

массовая доля гемицеллюлозы, не более - 2%

Состав вискозы на прядение:

массовая доля a - целлюлозы - 9,25%±0,2%

-массовая доля едкого натра - 6,3%±0,1%

Масса воздушно-сухой целлюлозы:

где 1090 кг - масса стандартной целлюлозы на мерсеризации;

0,925 - коэффициент, учитывающий выход целлюлозы;

0,92 - коэффициент перевода воздушно-сухой целлюлозы в абсолютно-сухую (массовая доля влаги - 8%).

5.1. Поступает на мерсеризацию абсолютно-сухой целлюлозы: 1070*0,92=985,1 кг

5.2. Основного вещества a - целлюлозы: 985,1*0,925=911,2 кг

5.3. Масса влаги составит: 1070,8-985,1=85,7 кг

5.4. Масса гемицеллюлозы составит: 985,1-911,2=73,9 кг

5.5. Объем щелочи, необходимый для мерсеризации: где 16 - модуль мерсеризации; 1,2235г/см³ - плотность раствора.

5.6. Масса 100% -ного едкого натра в мерсеризационной щелочи: 17,13*246=4213,98 кг

5.7. Масса гемицеллюлозы в мерсеризационной щелочи: 17,13*55=942,15 кг

5.8. Всего поступает гемицеллюлозы: 942,5+73,9=1016,05 кг

5.9. Масса щелочной целлюлозы: 1070,8*2,7=2891,16 кг, где 2,7 - степень отжима.

5.10. Масса 100% -ного едкого натра в щелочной целлюлозе:

где 17,5 - массовая доля едкого натра в щелочной целлюлозе.

5.11. Масса гемицеллюлозы в щелочной целлюлозе: где 2,06 - массовая доля гемицеллюлозы.

5.12. Массовая доля a - целлюлозы в щелочной целлюлозе:

5.13. Масса раствора щелочи, уходящего со щелочной целлюлозой: 2891,16-911,2=1979,96 кг

5.14. Объем раствора щелочи составит:

где 1,224 - плотность раствора.

5.15. Объем отжимной щелочи: 17,13-1,62=15,51м ³

5.16. Масса 100% -ного едкого натра в отжимной щелочи: 4213,98-505,9=3708,1 кг

5.17. Массовая концентрация едкого натра в отжимной щелочи:

5.18. Масса гемицеллюлозы в отжимной щелочи: 1016,05-59,6=956,45 кг

5.19. Массовая концентрация гемицеллюлозы в отжимной щелочи:

5.20. Приготовление растворительной щелочи: на 1 тонну волокна расходуется 100% -ного едкого натра:

5.21. Со щелочной целлюлозой приходит 505,9 кг 100% -ного едкого натра.

5.22. Необходимо добавить 100% -ного едкого натра: 620,6-505,9=115 кг.

Требуется прибавить раствора растворительной щелочи при массовой концентрации 50 г/л: 115/50=2,3м³

5.23. В этом объеме раствора должно быть гемицеллюлозы: 2,3*5=11,5 кг, где 5г/л - массовая концентрация гемицеллюлозы в растворительной щелочи.

5.24. Растворительная щелочь готовится из укрепительной щелочи, отжимной щелочи и умягченной воды.

5.25. Необходимо прибавить отжимной щелочи: 11,5/61,6=0,186м³ , где 61,6г/л - массовая концентрация гемицеллюлозы в отжимной щелочи.

5.26. В пересчете на 100% -ный едкий натр: 0,186*238,98=44,5 кг, где 238,98г/л - массовая концентрация едкого натра в отжимной щелочи.

5.27. Для приготовления растворительной щелочи необходимо прибавить 100% -ного едкого натра: 115-44,5=70,5 кг

5.28. Приготовление укрепительной щелочи.

Для укрепления мерсеризационной щелочи необходимо добавить 100% -ного едкого натра: 505,9+44,5=550,4 кг

5.29. Со щелочной целлюлозой уходит едкого натра в виде раствора 1,62м³

5.30. Объем отжимной щелочи, используемой для приготовления растворительной щелочи - 0,186м³ . Всего: 1,62+0,186=1,806м³

5.31. Массовая концентрация едкого натра в укрепительной щелочи: 550,4/1,806=304,7г/л

5.32. Приготовление мерсеризационной щелочи.

Объем отжимной щелочи - 15,51м³ , из них расходуется на приготовление растворительной щелочи 0,186м³ , остается: 15,51-0,186=15,3м³

5.33. Масса 100% -ного едкого натра в этом объеме составит: 15,3*238,83=3654,1 кг, где 238,83г/л - массовая концентрация едкого натра в отжимной щелочи.

5.34. Масса гемицеллюлозы в этом растворе: 15,3*61,6=942,5 кг, где 61,6г/л - массовая концентрация гемицеллюлозы в отжимной щелочи.

5.35. Рабочий раствор уменьшится на объем: 1,62+0,186=1,806м³

5.36. Для компенсации этого объема требуется укрепительной щелочи в пересчете на 100% -ный едкий натр: 1,806*304,7=550,4 кг

5.37. Всего в растворе 100% -ного едкого натра: 550,4+3654,1=4204,5 кг

5.38. Рабочий объем составит: 15,3+1,806=17,1м³

5.39. Массовая концентрация едкого натра в мерсеризационной щелочи: 4204,5/17,1=245,8г/л

5.40. Массовая концентрация гемицеллюлозы в мерсеризационной щелочи: 942,5/17,1=55,1г/л

5.41. Всего расходуется 100% -ного едкого натра: 550,4+70,5=620,9 кг

где 550,4 кг - масса 100% -ного едкого натра, необходимая для восполнения объема мерсеризационной щелочи; 70,5 кг - масса 100% -ного едкого натра, необходимая для приготовления растворительной щелочи.

5.42. Потери на содовой станции: при фильтрации щелочей - 2 кг/т, при сливе конусов - - 8,24 кг/т.

5.43. Расходуется: на очистку вентвыбросов - 6,2 кг/т, на промывку гарнитуры - 4,0 кг/т, на десульфурацию - 30 кг/т, на нейтрализацию фильтров - 3,0 кг/т, на нейтрализацию серной кислоты - 13,7 кг/т

5.44. Всего расходуется едкого натра: 620,9+2+8,24+6,2+4+30+3+13,7=691 кг/т

5.45. Учитывая потери при сливе из цистерн, ремонте оборудования, транспортировке - 5,5%, масса едкого натра составит: 691*1,055=729 кг/т

1.8.1.3 Расчет нормы расхода сероуглерода

1. Теоретическая норма сероуглерода:

где Y_CS =36% - подача сероуглерода в процентах от основного вещества при ксантогенировании.

2. Технологические потери сероуглерода:

где П_{щ. ц.} - потери щелочной целлюлозы при мерсеризации и предсозревании.

П_кс - при вентаспирации ксантогенирования 0,1% от T_CS

П_кс =0,1*320,47=3,2 кг,

3. Норма расхода сероуглерода:

4. Норма расхода с учетом регенерации:

где Р=40% - количество регенерированного сероуглерода.

1.8.1.4 Баланс сульфата натрия

Приход:

1. Количество сульфата натрия, образующегося при реакции нейтрализации: (606,2+5,6) *71/40=1085,9 кг, где 5,6 кг - потери едкого натра с волокнистыми отходами. П_NaOH =О_цел *0,836*0,681=9,9*0,836*0,681=5,6 кг

71 и 40 - химический эквивалент сульфата натрия и едкого натра в реакции нейтрализации.

2. Часть пластификационной ванны в объеме 2,9м³ и массовой концентрации сульфата натрия 16,2г/л отправляется на контактную выпарку и возвращается в производство. Приход сульфата натрия с пластификационной ванной: 16,2*2,9=47 кг

3. Общий расход сульфата натрия: 1085,9+47=1132,9 кг

Потери сульфата натрия:

4. Унос сульфата натрия свежесформованной нитью: 898,4*18,1/29,5=551,2 кг, где 29,5 и 18,1 - массовая доля a-целлюлозы и сульфата натрия.

5. Потери сульфата натрия с потерями осадительной ванны: 320*0,702=224,64 кг, где 0,702м - теряется осадительной ванны на 1 тонну волокна, в том числе: при разбрызгивании - 0,13м³ , при останове агрегата на ремонт и чистку - 0,013м³ , при останове кварцевых фильтров - 0,12м³ , при останове приемных и напорных барок на промывку и ремонт -0,026м³ , при промывке барок на контактной выпарке - 0,003м³ , потери с насосов, течи из-за неплотностей - 0,12м³ , потери при ремонте вентилей и задвижек - 0,042м³ , потери при кристаллизации - 0,12м³ , сбор с пеной с флотатора и других аварийных случаев - 0,128м³ .

6. Общие потери составят: 551,2+224,64=775,84 кг

7. Прирост сульфата натрия на 1 тонну волокна составит: 1132,9-775,84=357 кг в расчете на глауберовую соль: (357/41,6) *100=858,2 кг

8. С учетом 5% потерь сульфата натрия при обезвоздушивании и сушке: 357*0,95=339,15 кг

1.8.1.5 Расчет нормы расхода серной кислоты

1. Теоретическая полезная норма:

где Э - химический эквивалент в реакции нейтрализации.

2. Технологические потери серной кислоты:

где П_у - потери серной кислоты за счет уноса свежесформованной нитью; где В - содержание основного вещества в свежесформованном волокне.

В= (Т_цел +О_цел ) *0,88*0,95= (1064,8+9,9) *0,88*0,95=898,4 кг

C_HSO - массовая доля серной кислоты в свежесформованном волокне;

С_цел - массовая доля a-целлюлозы в свежесформованном волокне.

Потери серной кислоты с потерями целлюлозы в прядильном цехе:

где 120г/л - массовая концентрация серной кислоты в осадительной ванне.

Потери серной кислоты за счет уноса глауберовой солью:

где 357 кг - прирост сульфата натрия на 1 тонну волокна;

0,83; 41,6 - массовая доля серной кислоты и сульфата натрия в глауберовой соли.

3. Часть пластификационной ванны в объеме 2,9м³ с массовой концентрацией серной кислоты 6,67г/л отправляется на контактную выпарку и возвращается в производство: 2,9*6,67=19,3 кг

4. С учетом возвращаемой в производство серной кислоты с пластификационной ванной норма расхода серной кислоты составит: Н=742,6+251,5-19,3=974,8 кг

5. Коэффициент использования серной кислоты: 742,6/974,8=0,761

1.8.1.6 Расчет расхода сульфата цинка

1. Унос со свежесформованной нитью сульфата цинка: (898,4*0,58) /29,5=17,66 кг, где 898,4 кг/т - содержание основного вещества в свежесформованной нити; 29,5 и 0,58 - массовые доли a-целлюлозе и сульфата цинка: в пересчете на цинк металлический: (17,66*65,4) /161,4=7,15 кг, где 65,4 и 161,4 - молекулярный вес цинка и сульфата цинка.

2. Потери сульфата цинка с потерями осадительной ванны: 0,702*12=9,13 кг, где 12г/л - массовая концентрация сульфата цинка в осадительной ванне: в пересчете на цинк металлический: (9,13*65,4) /161,4=3,7 кг.

3. Унос с глауберовой солью: (357*0,16) /41,6=1,37 кг, где 357 кг - избыток сульфата натрия; 0,16 и 41,6 - массовые доли сульфатов цинка и натрия: в пересчете на цинк металлический: (1,37*65,4) /161,4=0,555 кг

4. Возвращается с пластификационной ванной: 29*0,73=2,1 кг, где 0,73 - массовая концентрация сульфата цинка в пластификационной ванне: в пересчете на цинк металлический: (2,1*65,4) /161,4=0,851 кг.

5. Всего расход сульфата цинка составит: 17,6+9,13+1,37-2,1=26 кг в пересчете на цинк металлический: 7,15+3,17+0,555-0,851=10,54 кг .

6. Потери при транспортировке и растворении 5%: 26*0,05=1,3 кг в пересчете на цинк металлический: 10,54*0,05=0,527 кг

7. Удельная норма сульфата цинка: 26+1,3=27,3 кг в пересчете на цинк металлический: 10,54+0,527=11,067 кг

1.8.1.7 Баланс воды в осадительной ванне.

Приход:

1. Прибыль воды (поступает с вискозой на формование):

2. Масса воды, образующаяся при реакции нейтрализации:

где П - потери едкого натра с волокнистыми отходами: П_NaOH =9,9*0,88*0,95*0,681=5,6 кг

18 и 40 - химические эквиваленты воды и едкого натра при реакции нейтрализации едкого натра.

3. Масса воды, поступающей с серной кислотой: (974,8*7,5) /92,5=79 кг, где 7,5 - содержание воды, поступающей с технической 92,5% серной кислотой.

4. Готовится маточного раствора сульфата цинка на 1 тонну волокна: (27,3*1000) /450=60,7м³ или 60,7*1000*1,375=80,5 кг, где 27,3 кг - норма расхода сульфата цинка; 450г/л - массовая концентрация сульфата цинка в маточном растворе; 1,375г/см³ - плотность маточного раствора сульфата цинка.

5. Масса воды в маточном растворе сульфата цинка: 80,5-27,3=53,2 кг.

6. Приход воды с пластификационной ванной: 2,9*986=2859,4 кг, где 986 - массовая доля воды в пластификационной ванне.

7. Всего поступает воды в осадительную ванну: 7896,6+275,3+79+53,2+2859,4=11163,5 кг

Расход воды:

8. Унос со свежесформованной нитью:

где В - содержание a-целлюлозы в 1 тонне свежесформованной нити;

50,31 и 29,5 - массовая доля воды и a-целлюлозы.

9. Унос с глауберовой солью: (357*57,41) /41,6=492,7 кг, где 357 кг - избыток сульфата натрия; 57,41 и 41,6 - массовые доли воды и сульфата натрия в глауберовой соли.

10. Унос с потерями осадительной ванны: 0,702*832=584,1 кг, где 0,702 - потери осадительной ванны на 1 тонну волокна; 832 - масса воды в осадительной ванне.

11. Масса воды, испаряющейся с открытых поверхностей корыт прядильной машины: (1,8*132,16*24) /150=38,1 кг, где 1,8 кг/м² *ч - коэффициент испарения; 132,16м² - поверхность всех корыт; 150т - среднесуточный выпуск волокна.

12. Общая убыль воды: 1532,1+492,7+584,1+38,1=2647 кг

13. Прирост воды в осадительной ванне, подлежащей выпарке: 11163,5-2647=8516,5 кг/т

Удельные нормы расхода сырья.

Таблица

1.8.2 Теплоэнергетические расчеты

1.8.2.1 Тепловые расчеты

Содержание сероуглерода в жгуте, входящего в аппарат отгонки сероуглерода, составляет 18%. Состав газовой смеси, подлежащей испарению:

воды 70%;

сероуглерода 30%.

Температура жгута, поступающего в аппарат отгонки сероуглерода-45ºС

Температура воды, поступающей в аппарат отгонки сероуглерода-98-100ºС

Теплота испарения 1 кг сероуглерода 83,8ккал.

Теплота испарения 1 кг воды 536,5ккал.

Теплоёмкость жгута-0,4.

Влажность жгута-220%.

1. Расход тепла на нагрев жгута: 120000*0,4* (98-45) +2,2*120000* (98-45) =16536000ккал/сут или 16,5Гкал/сут

2. Количество, испаряемого сероуглерода: 120000*0,18=21600 кг/сут

3. Количество воды, испаряемой с сероуглеродом: (21600*0,7) /0,3=50400 кг/сут

4. Расход тепла на испарение сероуглерода и воды: 21600*83,3+50400*536,5=28838880ккал/сут или 28,8Гкал/сут

5. Общий расход тепла составит: 16,5+28,8=45,3Гкал/сут, с учётом 10% потерь расход составит: 45,3*1,1=49,83Гкал/сут или 0,415Гкал/т

6. Расход тепла на сушку волокна:

влажность волокна до сушки 150%;

влажность волокна после сушки 8%;

потери тепла 10%;

удельный расход пара на испарение 1 кг влаги принимаем 1,97;

теплота конденсации 511ккал.

Тогда расход на сушку составит: [1,97*120000* (150-8) *511*1,1] /100=188697224,8ккал/сут или 188,7Гкал/сут, или 1,57Гкал/т

7. Общий расход тепла по прядильному цеху составит: 0,415+1,57=Гкал/т

1.8.2.2 Расчет расхода воды

1. Расход оборотной воды на один холодильник составит 35м³ /ч, общий расход: 35*14=490м³ /ч или 490/5=98м³ /ч

2. Расход умягчённой воды:

на отделку волокна, на 7-8 сито подаётся по 20м³ /ч умягчённой воды, всего на один агрегат расходуется: 20*2=40м³ /ч на шесть агрегатов: 40*6=240м³ /ч

Суточный расход умягчённой воды составит: 240*24=5760м³ /сут или 5760/120=48м³ /т на грабельно-мыловочную машину, на одну машину расходуется 15м³ /ч, на шесть агрегатов: 15*6=90м³ /ч

Суточный расход составит: 90*24=2160м³ /сут или 2160/120=18м³ /т на орошение валов отделки на один агрегат расход умягчённой воды составит: 2*10=20м³ /ч, где 2-количество валов на одном агрегате; 10м³ /ч-расход воды на один вал.

Расход воды на шесть агрегатов: 20*6=120м³ /ч

Суточный расход воды составит: 120*24=2880м³ /сут или 2880/120=24м³ /т на резку волокна, на один агрегат расходуется 30м³ /ч; на шесть агрегатов-180м³ /ч.

Суточный расход составит: 180*24=4320м³ /сут или 4320/120=36м³ /т на обработку фильер и гарнитуры расход воды составит 240м³ /сут или 2м³ /т

Общий расход умягченной воды по прядильному цеху составит: 48+18+24+36+2=128м³ /т.

1.8.2.3 Расчёт расхода сжатого воздуха

1. Для выпуска 120т/сут вискозного волокна необходимо наличие в работе шесть упаковочных прессов. Подъём трамбовки производится технологическим воздухом. В минуту трамбовка поднимается 4 раза. На один подъём затрачивается 5секунд, итого в минуту расходуется технологического воздуха через трубопровод в течение 20секунд.

Расход сжатого воздуха на один пресс в час составит: 20*14=280м³ /ч

На шесть прессов: 280*6=1680м³ /ч или 1680/5=336м³ /т

2. Расход сжатого воздуха на капсюляцию прядильной машины.

На одном агрегате установлено 36 рам капсюляции, на шести агрегатах-216.

Время открытия и закрытия одной рамы 3секунды. За шесть часов расходуется 167,4м³ сжатого вохдуха. За один час-28м³ .

Расход воздуха на одну тонну волокна составит: 28/5=5,6м³ /т

Общий расход сжатого воздуха составит: 336+5,6=341,6м³ /т

1.8.3 Расчёт расхода электроэнергии

Удельные нормы расхода электроэнергии.

Таблица 1.8.1

2. Раздел "Обеспечение безопасности жизнедеятельности"

Производство вискозного волокна характеризуется наличием вредных и опасных производственных факторов.

Вредным производственным фактором называется производственный фактор, воздействие которого на работающего приводит к заболеванию или снижению работоспособности. К вредным производственным факторам вискозного производства относятся:

отравления вредными веществами, применяемыми на производстве;

термические и химические ожоги;

поражение электрическим током;

пожары;

шум и вибрация;

слабое освещение.

Опасным производственным фактором называется производственный фактор, воздействие которого на работающего в определённых условиях приводит к травме или другому внезапному ухудшению здоровья. К опасным производственным факторам производства вискозного волокна относятся:

движущиеся, вращающиеся механизмы оборудования;

движущиеся транспортёры;

пресса;

взрывы [27].

2.1 Взрывопожаробезопасность

В производстве вискозного волокна применяются горючие жидкости и газы, представленные в таблице 2.8

Таблица 2.8. Пожароопасные свойства горючих жидкостей и газов.

На основании приведённой классификации отделения и цеха вискозного производства подразделяются на следующие классы и категории, представленные в таблице 2.9

Таблица 2.9. Классификация основных цехов и отделений по взрывопожаробезопасности.

Для тушения пожаров в цехах и отделениях производства вискозного волокна предусматриваются пожарный водопровод и первичные средства пожаротушения: огнетушители углекислотные ОУ-2, ОУ-5; огнетушители химические пенные ОХП-8, ОХП-10; вёдра с песком; пожарные краны, расположенные на укрепительных столбах в непосредственной близости от оборудования, складов полуфабрикатов и готовой продукции.

Также на производстве предусматривается служба пожарной охраны, которая в случае необходимости вызывается по телефону 01.

2.2 Вредные производственные факторы

В производстве вискозного штапельного волокна используются вредные и токсичные вещества, поэтому необходимо знать концентрацию этих веществ в воздухе рабочей зоны и в селитебной зоне, чтобы правильно и своевременно контролировать воздушную среду.

Характеристики вредных веществ, представлены в таблице 2.10

Таблица 2.10

Характеристика вредных веществ

Большинство веществ, применяемых в производстве вискозного волокна, могут вызвать острые отравления. Для работников предусмотрены индивидуальные средства защиты.

Для защиты органов дыхания: противогазы марки "М", "БКФ", "ПШ-1", "ПШ-2"; респираторы типа "Лепесток".

Для защиты рук: рукавицы, перчатки.

Для защиты глаз - защитные очки.

В воздух рабочей зоны выделяются токсичные вещества, поэтому на производстве предусматривается наличие мощной системы приточно-вытяжной вентиляции.

2.3 Шум и вибрация, создаваемые движущимися частями оборудования, при работе двигателей движении и транспортёров, также являются вредными факторами данного производства

Для защиты от шума предусматривается использование индивидуальных средств защиты: наушники, резиновые заглушки и заглушки из пористого материала типа "беруши" [28]. Частично уровень шума снижается путём снижения вибрации, путём установки аппаратов на массивный фундамент, а также на резиновые, пенопластовые и другие амортизаторы.

2.4 Электро-и травмобезопасность

В производстве вискозных волокон применяется электрооборудование (насосы, двигатели, контрольно-измерительные приборы), работающие под напряжением. Поэтому, исходя из правил устройства электроустановок, оборудование данного производства относится к классу повышенной опасности.

Для предупреждения электротравматизма следует всё электрооборудование устанавливать в соответствии с правилами устройства электроустановок.

Конструкция электроустановок должна соответствовать условиям их эксплуатации и обеспечивать защиту персонала с токоведущими частями. Для этого предусматривается ограждение токоведущих частей. Также у оборудования предусматривается наличие предохранительных устройств: блокировки, сигнализации и зануление оборудования.

Наличие на производстве движущихся и вращающихся частей оборудования, движение транспортёров и другие опасные производственные факторы могут вызвать травму работника.

Для предупреждения травм при работе с движущимися частями необходимо соблюдать особую осторожность, работать в спецодежде, не

допускать развивающихся частей одежды [26].

Также предусматривается наличие защитных устройств, для защиты обслуживающего персонала. Вращающиеся и движущиеся части оборудования должны быть укрыты в корпусе. Если укрытие в корпусе невозможно, то применяют наружные, съёмные ограждения.

Во время действия механизма ограждение должно быть на месте и надёжно укреплено. Также для предупреждения травматизма предусматривается наличие блокировочных и тормозных устройств [29].

2.5 Освещение

Рациональное освещение помещений и рабочих мест - один из важнейших элементов благоприятных условий труда. При правильном освещении повышается производительность, улучшаются условия безопасности. Неправильное или недостаточное освещение может привести к созданию опасных заболеваний.

Освещение может быть естественным и искусственным.

Источник естественного освещения - солнечная радиация, которая проникает в помещение через оконные проёмы.

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света.

Нормы освещенности при искусственном освещении представлены в таблице 2.11

Таблица 2.11

Нормы освещенности.

Для общего освещения производственных помещений используют газо-разрядные лампы. Для освещения взрывоопасных помещений применяются светильники во взрывонепроницаемом исполнении с повышенной надёжностью. Для освещения производственных помещений категории В-Iа применяются светильники типа В-с/а-200 с лампами мощность не выше 150Вт.

2.6 Тепловые излучения, микроклимат

Производство вискозного волокна характеризуется наличием неблагоприятных метеорологических условий: температура, влажность, тепловые выделения.

Для удаления избыточной теплоты в цехах предусматривается мощная система приточно-вытяжной вентиляции, а также местные отсосы у ксантогенаторов, формующей машины.

Метеорологические условия производственной среды определяют теплообмен организма человека и оказывают существенное влияние на функциональное состояние различных систем организма, самочувствие, работоспособность и здоровье. Кроме того нарушение теплообмена (охлаждение или перегрев) усугубляет действие на человека вредных веществ, вибрации и других вредных производственных факторов.

Нормирование микроклиматических параметров воздуха рабочей зоны осуществляется по ГОСТ ССБТ 12.1 005-76 "Воздух рабочей зоны".

Оптимальные и допустимые нормы параметров микроклимата сведены в таблицу 2.12.

Таблица 2.12.

Параметры микроклимата.

При производстве вискозных волокон возможны термические ожоги. Для их предупреждения трубопроводы и аппараты, имеющие температуру наружной поверхности выше 45ºС и расположенные в доступных для обслуживающего персонала местах, должны быть покрыты тепловой изоляцией, температура наружной поверхности которой не должна быть выше 45ºС.

Предусмотренные меры по охране жизни и здоровья работников позволяют свести к минимуму воздействие вредных факторов на организм человека.

2.7 Сосуды, работающие под давлением

На производстве вискозного волокна используются аппараты и сосуды, работающие под давлением (ксантогенаторы, фильтры, формовочные машины), в которых возможны выделения вредных и токсичных газов. Все аппараты должны быть герметичны и оборудованы контрольно-измерительными приборами, предохранительными устройствами, запорной арматурой и указателями уровня жидкости.

Каждый сосуд должен быть снабжён манометром. Класс точности манометров не ниже 2,5.

Предохранительными устройствами служат предохранительные клапана и мембраны. Предохранительные клапана предупреждают возникновения давления, превышающее допустимое.

Сосуды, работающие под давлением, подвергаются техническому освидетельствованию (внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию) до пуска в работу, периодически в процессе эксплуатации и досрочно.

В ксантогенаторе рабочее давление составляет 0,3 кгс/см² , поэтому аппарат подвергают гидравлическому испытанию, пробным давлением воды температурой (от 5 до 40) ºС, в течение 10-30мин, в зависимости от толщины стенки аппарата.

На производстве предусмотрена опознавательная окраска трубопроводов в зависимости от групп транспортируемых по ним веществ: вода - зелёный; пар - красный; воздух - синий; кислоты - оранжевый; щелочи - фиолетовый; прочие вещества - серый.

3. Экологическая экспертиза проекта

В процессе производства вискозного волокна образуется огромное количество токсичных и агрессивных веществ, которые выбрасываются в окружающую среду в виде газообразных, жидких и твёрдых отходов [38].

В процессе получения вискозы, и особенно при формовании и отделке вискозных волокон с вентиляционным воздухом в атмосферу выбрасываются значительные количества сероуглерода и сероводорода, которые вредны для здоровья человека.

Также в процессе получения вискозного штапельного волокна образуются сточные воды, содержащие серную кислоту, едкий натр, сульфаты натрия и цинка, сероуглерод, сероводород и другие сульфиды, тиокарбонаты, целлюлозу, а также продукты замасливающих препаратов и модификаторов. Количество сточных вод и их загрязнённость зависят от типа оборудования, от схемы технологического процесса [42].

Твёрдыми отходами вискозного производства являются мокрые щелочные отходы, рваные отходы фильтрующего материала (бязь, байка), которые могут использоваться для изготовления товаров производственного назначения.

Для сокращения загрязнения атмосферы сероуглеродом и сероводородом комплексная система организованных вентиляционных выбросов должна включать объёмы газов, направляемых на очистку: отсос газов от ксантогенаторов химических цехов, вентиляционных газов от трубок формования волокна, от участка транспортировки жгута, резательных машин, флотаторов-дегазаторов осадительной ванны, неконденсированных газов аппаратов отгонки сероуглерода и от водоочистных сооружений.

Необходимым условием реализации комплексных систем обезвреживания являются:

обеспечение отсосов выделяющихся вредных веществ непосредственно в местах их концентрирования как в вентвыбросах, так и в технологических растворах;

организация отсосов газовыделений в минимально возможных объёмах и, следовательно, максимально достижимых концентраций вредных газов;

обеспечение условий максимального возврата сероуглерода в производство.

Существует большое разнообразие установок для улавливания сероуглерода и сероводорода. Для улавливания применяют адсорбционный, углеадсорбционный способ и способ прямой конденсации.

Регенерация сероуглерода путём прямой конденсации наиболее экономична. Себестоимость регенерируемого сероуглерода этим методом в 3-5раз ниже, чем при углеадсорбционном способе. Однако этот метод может применяться только в комбинации с адсорбционным способом. Это ограничение обусловлено тем, что для конденсационного метода могут быть использованы только высококонцентрированные газо-воздушные смеси с небольшим содержанием неконденсирующих газов (сероводород, диоксид углерода, воздух), которые получают в герметичных пластификационных аппаратах отгонки сероуглерода. В такой аппарат поступает максимально 45-50% сероуглерода от заданного при ксантогенировании, а регенерируется прямой конденсацией не более 40-42%.

Комбинирование конденсационного метода с углеадсорбционным позволяет не только удешевить регенерацию, но и упростить сам конденсационный метод.

Очистка сточных вод вискозного производства является одной из сложных проблем.

При производстве волокон образуются стоки двух видов: кислые и щелочные.

Кислые стоки из-за высокого содержания цинка часто называют кислыми цинкосодержащими стоками. Они образуются в прядильно-отделочном цехе, а также в отделениях подготовки и регенерации осадительной ванны. Щелочные стоки иногда разделяют на щелочные (из отделений мерсеризации) и вискозно-щелочные (из отделений ксатогенирования, растворения и фильтрации вискозы).

Основными источниками щелочных стоков являются: сброс канализационной щелочи, образующийся при диализе отжимной щелочи; отработанный десульфурационный раствор и промывные воды после десульфурации и промывки аппаратуры и фильтр-материалов; некоторое количество щелочных стоков образуется на установке очистки отходящих газов от сероводорода.

Источниками кислых стоков являются: сбросы промывных кислых вод; избыточной пластификационной ванны; унос осадительной ванны при выпарке и кристаллизации; потери осадительной и пластификационной ванн при промывке фильтров; во время промывки аппаратуры.

Для снижения объёма кислых стоков имеет место организация противоточной промывки и регенерации пластификационной ванны. Реализация этих мероприятий позволяет уменьшить поступление серной кислоты, сульфатов натрия и цинка в сточные воды на 50-60%.

Щелочные стоки содержат до 800-1200мг/л щелочи (в пересчёте на едкий натр). Содержание серной кислоты в кислых стоках колеблется в пределах 300-1500мг/л.

В связи со сложным составом сточных вод вискозного производства процесс их очистки является многостадийным. Обычно выделяют стадии механо-химической очистки, фильтрации и биологической (биохимической) очистки и химической очистки.

Основными методами химической очистки производственных сточных вод являются нейтрализация и окисление.

Химическая очистка целесообразна в совмещении с биологической очисткой.

Нейтрализацию осуществляют для приведения рН сточных вод к 6,5-8,5, то есть к реакции среды, близкой к нейтральной. Следовательно, нейтрализовать нужно сточные воды с рН < 6,5, то есть имеющие кислую реакцию среды, и > 8,5, то есть имеющие щелочную реакцию среды. Для биологической очистки сточных вод можно применять все известные методы очистки в естественных и искусственных условиях. Основными элементами установки биологической очистки сточных вод являются биофильтры и аэротенки, в которых используются активный ил. После химической и биологической очистки очищенные сточные воды возвращаются в систему замкнутого водооборота. [43]

Схема очистки сточных вод вискозного производства.

1. усреднитель;

2. дегазатор;

3. смеситель;

4. сооружения биологической очистки;

5. пруд-аэратор;

6. флотатор;

7. шламоотвал. [44]

Цинк является наиболее вредным компонентом в сточных водах. Вместе с тем он дефицитен, поэтому очистку цинкосодержащих стоков стремятся осуществить одновременно с наиболее полной регенерацией этого вещества.

Известны следующие методы очистки стоков и регенерации цинка: реагентный, ионообменный и экстракционный.

Реагентный способ заключается в обработке цинкосодержащих стоков веществами (реагентами), взаимодействующими с ионами цинка с выделением его в осадок, из которого цинк затем регенерируется.

Ионообменный способ очистки заключается в улавливании цинка на катионитах. Ионообменный метод имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение. Перед катионированием вода должна быть тщательно очищена от взвешенных частиц во избежание закупорки пор в гранулах ионообменной смолы. Недопустимо также высокое содержание в воде ионов поливалентных металлов, снижающих обменную ёмкость катионита. Недостатком также является повышенный расход реагентов на нейтрализацию. В связи с этим ионообменный способ не нашёл широкого применения.

Экстрационный метод очистки сточных вод является одним из наиболее перспективных.

Для промышленного осуществления метода рекомендуется экстракционный аппарат, обеспечивающий 4-5 теоретических степеней контакта фаз. Степень извлечения цинка 85-90%.

В зависимости от принятой технологической схемы очистки сточных вод образуются три вида осадков (шламов): целлюлозные, содовые и известковые.

Целлюлозный шлам предлагается подвергать "осахариванию" в присутствии фермента-целлюлозы. Высушенный целлюлозный шлам может использоваться как топливо или добавка к строительным материалам.

Содовый шлам перерабатывают с целью извлечения цинка.

Известковый шлам может перерабатываться различными способами: гидрометаллургическим, вальцеванием, выщелачиванием с последующей очисткой ионообменными смолами и электролизом. Известковый шлам может быть переработан в цинковые удобрения [45].

3.1 Автоматизация установки

Производство химических, в том числе и вискозных, волокон - одно из крупномасштабных производств химической промышленности. Это определяется ролью, которую играют химические волокна во многих отраслях народного хозяйства страны. В связи с этим в производстве вискозных волокон отражены общепромышленные тенденции в области технологии, экономики, организации и автоматизации управления.

Автоматизация управления - как отдельными аппаратами, комплексами аппаратов, так и всем производством в целом - является важным элементом совершенствования производства вискозных волокон, определяя устойчивость качество работы и производительность этого процесса, повышение производительности труда в производстве волокон.

Возрастание роли автоматизированного управления в химико-технологических производствах привело к появлению следующих особенностей современных производств:

так называемая локальная автоматизация, считавшаяся ранее единственной формой автоматизации, становится неотъемлемой частью технологического оборудования;

автоматическое управление рассматривается как "технологический" фактор, превращающий сложную композицию из многих механизмов и аппаратов в единый агрегат с новыми качествами и повышенной эффективностью.

В данном проекте разрабатываются технологические вопросы автоматизации процессов фильтрации вискозы на фильтрах типа KKF.

Основные требования к приборам и средствам автоматизации.

Требования, предъявляемые к приборам и средствам автоматизации в производствах вискозных волокон в первую очередь определяются свойствами сред, параметры которых измеряются. Для производств вискозных волокон следует учитывать запыленность (газообразных сред) температуру и концентрацию веществ, вызывающих коррозию в газовых и жидкостных потоках, а также запыленность и содержание CS₂ , H₂ S и SO₃ в атмосфере помещений, где устанавливается оборудование контроля и регулирования. Влияние температуры сред и концентрации веществ, вызывающих коррозию, учитываются при подборе соответствующих материалов для узлов датчиков, соприкасающихся со средой. При измерении концентрации запыленных сред применяются специальные способы очистки и подготовки пробы газа на анализ.

Чтобы избежать коррозии щитовых средств контроля и автоматизации, а также сохранить их эксплуатационные характеристики в условиях запыленности и загазованности атмосферы производственных помещений необходима максимально возможная централизация управления с очисткой и конденционирования воздуха, подаваемого в диспетчерские пункты. Это позволит снизить расходы на эксплуатацию приборов и увеличить срок их службы.

Таблица 4.6. Материалы для защиты средств контроля и регулирования в химическом цехе.

Таблица 4.7 Общетехнические средства контроля и автоматизации, используемые при автоматизации и управлении в химическом цехе.

Описание схемы контроля и регулирования параметров фильтра KKF.

В процессе фильтрации вискозы на фильтре типа KKF контролируются следующие параметры:

давление вискозы в трубопроводах на входе и выходе из фильтра

расход вискозы, подаваемой в фильтр.

Расход вискозы, подаваемой на фильтрацию в фильтр, измеряется датчиком расхода ДРИ (поз.1-1), сигнал от которого передается на прибор, установленный на щите, типа РИ-11 (поз.1-2) и блок регулирующий Р12 (поз.1-3), управляющий исполнительным механизмом (поз.2-1) - клапаном 25с48нж.

Для контроля давления на входе и выходе вискозы в фильтр на трубопроводах вискозы, установлены отборные устройства и мембранные разделители МР (поз.3.1, 4.1, 5-1, 6-1) с датчиками МП-П2 (поз.4-2,5-2) пневматический сигнал, от которых передается на вторичный пневматический прибор показывающий и самопишущий типа ПВ 4.2Э (поз 4-3 и 5-3) установленные на щите. Для контроля давления входа и выхода вискозы из фильтра по месту установлены также манометры показывающие общего назначения ОБМ1-160 (поз.3-2,6-2).

Технические характеристики приборов контроля и регулирования фильтра KKF.

Расходомер электромагнитный ИР-51:

пределы измерения, м³ /ч

нижний - 0,32

верхний - 1000

давление, МПа - 1,0

температура, ⁰ С - от -40 до +150

Датчики давления ГСП (пневматические):

тип МП-П2-9112;

верхний предел измерения, Мпа- 0,6

Манометры пружинные:

тип-ОБМ1-160

верхний предел измерения, Мпа-0,6

Вторичные приборы к датчику давления:

тип ПВ 4.3Э

класс точности - 1

расход воздуха, л/мин - 8

масса, кг - 10

Регулятор расхода:

тип Р21

габарит, мм - 160*80*508

масса, кг - 8

потребляемая мощность, ВА-30

вероятность безотказной работы за 2000 ч - 0,94

Заключение

В дипломном проекте осуществлено совершенствование технологии производства вискозного волокна за счёт:

замены дискового фильтра первой фильтрации и рамного фильтр-пресса второй фильтрации на фильтр с керамическим фильтрующим элементом;

оптимизации процесса отгонки и конденсации сероуглерода путём снижения температуры пластификационной ванны;

замены в блочном фильерном комплекте фильтровального материала, использование вместо хлопчатобумажной ткани нержавеющих сеток саржевого типа.

Проведены материальные, тепловые и энергетические расчёты, также произведён расчёт расхода умягчённой воды на отделку волокна и обработку фильер. Рассчитано количество сжатого воздуха необходимого для капсюляции прядильной машины и работы упаковочных прессов. Рассчитано основное технологическое оборудование. Проведен расчёт внутрицехового транспорта.

Автоматизирован процесс формования вискозного волокна. Внедрение специальных автоматических устройств, способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха и водоёмов промышленными отходами.

Предусмотрено безопасное ведение технологического процесса за счёт применения индивидуальных средств защиты, наличия мощной системы приточно-вытяжной вентиляции. Для тушения пожаров предусматривается пожарный водопровод и первичные средства пожаротушения.

Рассчитана технико-экономическая эффективность предложенных технических решений, приводящих к снижению производственной себестоимости и увеличению прибыли.

Список использованной литературы

1. Перепёлкин К.Е. Химические волокна: настоящее и будущее. Взгляд в следующее столетие // Химич. волокна. - 2000. - №5. - С.3-16.

2. Перепёлкин К.Е. Современные химические волокна и перспективы их применения в текстильной промышленности // Российский химич. журнал. - 2002. - №1. - С.31-49.

3. Статистические данные технического отдела ОАО "Балаковские волокна". - 2004. - С.3

4. Повышение растворимости целлюлозы в водно-щелочных растворах при низких температурах в присутствии мочевины / Э.З. Кирпершлак, А.Б. Пакшвер, Ю.Я. Малюгин и др. // Химич. волокна. - 1979. - №6. - С.26-27.

5. Перепелкин К.Е. Новые процессы и волокна в будущем // Химич. волокна. - 2000. - №6. - С.7-8

6. http://www/isc-ras.ru/textile/jtexchem/koi/1998n1/…

7. Айзенштейн Э.М. Мировое производство текстильного сырья в 2002 году // Химич. волокна. - 2004. - №1. - С.3-7.

8. Производство вискозных волокон и нитей в странах СНГ/ И.П. Бакшеев, П.А. Бутягин, Н.Т. Буткова и др. // Химич. волокна. - 1997. - №4. - С.6-10

9. Юркевич В.В. Технология производства химических волокон / В.В. Юркевич, А.Б. Пакшвер. - М.: Химия, 1987. - 304с.

10. Серков А.Т. Вискозные волокна. - М.: Химия, 1980. - 296с.

11. Технология производства химических волокон / Под ред.А.Н. Ряузова. - М.: Химия, 1974. - 512с.

12. Браверман П.Ф. Оборудование и механизация производства химических волокон/П.Ф. Браверман, А.Б. Чачхиани. - М.: Машиностроение, 1975. - 375с.

13. Роговин З.А. Основы химии и технологии химических волокон Т.1. - М.: Химия, 1974. - 518с.

14. Артеменко М.А. Технология безопасности при производстве химических волокон. - М.: Химия, 1968. - 425с.

15. Фингер Г.Г. Производство вискозных волокон. - М.: Химия, 1990. - 256 с.

16. Бедер Л.М. Создание и исследование аппарата для непрерывного получения прядильных растворов в производстве химических волокон. - Автореферат канд. дис. - Калинин: ВНИИСВ, 1978-С.29-36

17. Янков В.Н. Исследование и разработка методов расчета шнековых насосов и аппаратов непрерывного растворения полимеров в производстве синтетических волокон. - Автореферат канд. дисц. - Калинин: ВНИИСВ, 1978-С.53-57

18. Пакшвер А.Б. Физико-химические основы технологии химических волокон. - М.: Химия, 1972. - 328с.

19. Гетце К.Л. Производство вискозных волокон. - М.: Химия, 1972. - 256с.

20. Зубахина Н.А. Влияние содержания гель-частиц в вискозе на свойства волокна/Н.А. Зубахина, А.Т. Серков // Химич. волокна. - 1972. - №2. - С.33-34

21. Исследование микрогелевых частиц в вискозе оптическим методом/Х.У. Усманов, С.В. Глухова, Г.М. Козин // Химич. волокна. - 1973. - №5. - С.28-30

22. Костров Ю.А. Производство искусственных волокон/Ю.А. Костров, В.А. Платонов. - М.: Высшая школа. - 1972. - 436с.

23. Вирезуб А.И. Особенности фильтрации вискозы /А.И. Вирезуб, А.Б. Пакшвер // Химич. волокна. - 1978. - №3. - С.33-38.

24. Опыт промышленной эксплуатации фильтров непрерывного действия с керамическими фильтрующими элементами / А.К. Ставцов, Б.М. Билецкий, А.П. Смолий и др. // Химич. волокна. - 1975. - №6. - С.55-58.

25. Фильтрация вискозы на керамических фильтрах / Д.Н. Архангельский, С.Ф. Кулевник, В.Г. Барко и др. // Химич. волокна. - 1966. - №1. - С.42-44.

26. Проспект фирмы "Chemtex", США

27. Проспект фирмы "Sand Defebrator", Швеция

28. Проспект фирмы "Lenzing AG". - Фильтры KKF, Австрия

29. А. С.1694591 СССР, МКИ, С08В9/00. Технологическая линия для получения вискозы /В.П. Ким, Э.А. Мальвинов, С.Н. Потяко и др. - №4624892/05; Заявлено 22.12.88; Опубл.30.11.91 // Открытия. Изобретения. - 1991. - №44.

30. А. С.1650650 СССР, МКИ, С08В9/00. Способ мерсеризации целлюлозы. /В.Г. Барко, В.Н. Ирклей, В.М. Дроздовский и др. - №4685306/05; Заявлено 03.05.89; Опубл.23.05.91 // Открытия. Изобретения. - 1991. - №19.

31. А. С.927867 СССР, МКИ, D01F2/28. Способ получения гидратцеллюлозного волокна. / В.П. Ким, В.И. Майборода, А.Н. Селин и др. - №2940055 /23-05; Заявлено 16.06.80; Опубл.15.08.82 // Открытия. Изобретения. - 1982. - №18.

32. А. С.438731 СССР, МКИ, С08В9/04. Аппарат непрерывного сульфидирования щелочной целлюлозы. /И.Г. Шимко, Е.М. Могилевский, И.З. Эйфер и др. - №1751684 /23-05; Заявлено 21.02.72; Опубл.05.08.74 // Открытия. Изобретения. - 1975. - №29.

33. А. С.1669916 СССР, МКИ, С08В9/00. Способ получения вискозы. / А.К. Ставцов, А.П. Мелешевич, В.Н. Дроздовский и др. - №4495808/05; Заявлено 12.07.88; Опубл.15.08.91 // Открытия. Изобретения. - 1991. - №30.

34. А. С.1388399 СССР, МКИ, С08В9/00. Способ получения вискозы. / Н.И. Розенблюм, Н.И. Петрова, Л.Г. Токарева и др. - №4034525/23-05; Заявлено 11.03.86; Опубл.15.04.88 // Открытия. Изобретения. - 1988. - №14.

35. А. С.1159925 СССР, МКИ, С08В9/00. Способ получения вискозы. / А.Т. Серков, В.В. Скоробогатых, Н.Е. Князева и др. - №3548232/23-05; Заявлено 10.12.82; Опубл.07.06.85 // Открытия. Изобретения. - 1985. - №21.

36. ОАО "Балаковские волокна". Постоянный технологический регламент производства вискозного волокна. 1995 года.

37. Гарф Е.В. Технические расчеты в производстве химических волокон/Е.В. Гарф, А.Б. Пакшвер. - М.: Химия, 1978. - 256с.

38. Борисов А.Л. Проектирование предприятий искусственных волокон. - М.: Химия, 1975. - 344с.

39. Охрана труда в химической промышленности / Г.В. Макаров, А.Я. Васин, Л.К. Маринина и др. - М.: Химия, 1989. - 496 с.

40. Охрана труда в химической промышленности / Под ред. Г.В. Макарова. - М.: Химия, 1977. - 568 с.

41. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. - М.: Высш. шк., 1991. - 319 с.

42. Михайлова С.А. Воздействие вискозных производств на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. - Новосибирск, 1991. - 200 с.

43. Путилов А.В. Охрана окружающей среды/А.В. Путилов, А.А. Копреев, Н.В. Петрухин. - М.: Химия, 1991. - 224с.

44. Обезвреживание сточных вод предприятий вискозных волокон/ В.С. Смирнов, Ю.Е. Матусков, М.Х. Кучинский и др. // Химич. волокна. - 1982. - №4. - С.67-69

45. Основы автоматизации химических производств /Под ред. П.А. Обновленского и А.Л. Гуревича. - М.: Химия, 1975. - 528 с.