Повышение эффективности и расчет процесса промывки хлопчатобумажных тканей при использовании ультразвука тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат технических наук Булекова, Анна Александровна

• Булекова, Анна Александровна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Булекова, Анна Александровна

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАБОТЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Хлопчатобумажная ткань как объект промывки в отделочном производстве

1.2 Методы расчета процесса промывки текстильных материалов

1.3 Интенсификация процесса промывки хлопчатобумажные тканей

1.4 Патентный обзор изобретений, связанных с применением ультразвука в процессах жидкостной обработки

1.5 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ПРОМЫВКИ ТКАНЕЙ

2.1 Математическая модель процесса промывки хлопчатобумажной ткани

2.2 Аналитическое решение краевой задачи для процесса промывки тканей

2.3 Расчет интегральных характеристик процесса промывки хлопчатобумажных тканей

2.4 Метод оценки констант диффузионных процессов при промывке тканей

2.5 Численный алгоритм решения краевой задачи процесса промывки хлопчатобумажных тканей

2.6 Анализ результатов теоретических исследований

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Характеристика объекта исследования

3.2 Описание лабораторной установки и методики проведения экспериментов по изучению кинетики процесса промывки

3.3 Исследование кинетики процесса промывки хлопчатобумажных тканей

3.4 Оценка коэффициента диффузии гидроксида натрия в хлопчатобумажной ткани при промывке

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОВЕДЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОМЫВКЕ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ 77 4.1.Оценка эффективности ультразвукового воздействия на процесс промывки тонких хлопчатобумажных тканей

4.2 Инженерный метод расчета процесса промывки тонких хлопчатобумажных тканей в высокоскоростных промывных машинах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности и расчет процесса промывки хлопчатобумажных тканей при использовании ультразвука»

Промывка тканей - один из самых распространенных и энергоемких процессов отделочного производства в текстильной технологии. На реализацию процессов промывки расходуется значительное количество технологической воды (до 5 м /час на одну промывную машину), до 40% электроэнергии и до 15-20% тепловой энергии, потребляемой отделочными фабриками. Кроме того, работа промывного оборудования сопровождается сбросом сточных вод и загрязнением окружающей среды моющими средствами. Все это неблагоприятным образом отражается на технологических и экологических показателях работы отделочного производства. Указанные недостатки становятся все более значимыми в условиях возрастания дефицита и удорожания энергоресурсов, а также все более жестких требований к экологической чистоте производственных установок.

Изложенное свидетельствует, что задача повышения эффективности работы промывного оборудования является актуальной. Одним из перспективных способов решения этой задачи является интенсификация промывки ткани с помощью ультразвукового воздействия на этот процесс. Положительный эффект этого воздействия обусловлен, главным образом, снижением диффузионного сопротивления переносу загрязненных частиц из ткани в промывной реактор. Практическая же реализация этого способа интенсификации процесса промывки связана с необходимостью экспериментального определения его режимных и конструктивных параметров, что возможно на основе соответствующего математического описания.

Впервые планомерное изучение процесса промывки с позиций теории массопередачи было начато на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии и безопасности жизнедеятельности» МГТУ им А.Н. Косыгина под руководством академика Б.С.Сажина. Проведенные исследования позволили впервые количественно оценить влияние на скорость процесса промывки основных технологических факторов и интенсифицирующих воздействий. Продолжением исследований по этой проблеме является настоящая работа. Выбор объекта исследования обусловлен значительной ролью и удельным объемом, занимаемым хлопчатобумажными тканями в отделочном производстве,

Целью работы являлось снижение энергоемкости и улучшение экологических показателей работы промывного оборудования для хлопчатобумажных тканей путем использования ультразвукового воздействия на обрабатываемую ткань и промывной раствор.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

Исследованием и разработкой математического описания процесса промывки хлопчатобумажных тканей, позволяющего определить оптимальные параметры работы промывных машин при использовании в них ультразвука в качестве интенсификатора;

Выбором на основе сопоставительного анализа эффективности работы альтернативных вариантов рациональной схемы и конструктивного оформления промывной линии для хлопчатобумажных тканей;

Количественной оценкой интегрального эффекта от применения ультразвукового воздействия в качестве интенсификатора в процессах промывки хлопчатобумажных тканей.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и приложения.

Заключение диссертации по теме «Процессы и аппараты химической технологии», Булекова, Анна Александровна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложено математическое описание процесса промывки хлопчатобумажных тканей, основанное на решении краевой задачи для уравнения диффузии с граничными условиями, моделирующими промывку ткани в высокоскоростных машинах башенного типа. Расчетные соотношения для интегральных характеристик качества целевого продукта при промывке представлены в виде функционального ряда.

2. Теоретически и экспериментально обоснованы возможность и целесообразность повышения эффективности процесса промывки хлопчатобумажной ткани с помощью ультразвукового воздействия на промывной раствор и обрабатываемую ткань. Установлено, что применение ультразвука приводит к уменьшению общего сопротивления процессам массопереноса при промывке, при этом продолжительность процесса сокращается на 35%.

3. Исследована кинетика процесса промывки хлопчатобумажных тканей на лабораторной установке при ультразвуковом воздействии. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными по предложенным в работе зависимостям свидетельствует об их удовлетворительном соответствии. Погрешность не превышает 5%. Получены статистические оценки коэффициентов массопереноса в процессе промывки хлопчатобумажных тканей.

4. Представлены разностная схема и численный алгоритм для ее реализации позволяющие рассчитать поле концентраций загрязнения в ткани и интегральные характеристики работы промывного оборудования.

5. Проведен анализ сорбционно-структурных характеристик легких хлопчатобумажных тканей как объектов промывки, на основании которых получены оценки параметров, характеризующих равновесие в системе "ткань-промывной раствор",

6. Разработана инженерная методика расчета процесса промывки ткани позволяющая определить количественный состав высокоскоростных промывных машин и выбрать рациональный режим работы оборудования с учетом характеристик ткани. Методика внесена в отраслевой фонд алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий Федерального агентства по образованию и используется на ряде текстильных предприятий.

7, Предложена схема промывной части типовой линии для мерсеризации и промывки с применением ультразвука в качестве интенсификатора, Показано, что использование такой схемы позволяет уменьшить число промывных машин, сократить затраты электроэнергии и расход промывной воды по сравнению с традиционным оформлением процесса промывки. Экономический эффект от предложенного оформления процесса промывки может составлять 11. руб. на 100 п.м. ткани.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Булекова, Анна Александровна, 2007 год

1. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов, том 1. М.: 2000.

2. Смелова Н.А., Казарян М.З., Локтюшева В.И. Технология хлопчатобумажного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982

3. Букаев П.Т. Общая технология хлопчатобумажного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981

4. Еремина К.И., Борухсон Б.В. Токсичные волокна, их получение и свойства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1971

5. Отделка хлопчатобумажных тканей. В 2 ч. Ч. 1. Технология и ассортимент хлопчатобумажных тканей: Справочник. Под ред. Б.Н.Мельникова. М.: Легпромбытиздат, 1991

6. Сажин Б.С., Реутский В.А. Сушка и промывка текстильных материалов: теория, расчет процессов. М.: Легпромбытиздат, 1990.

7. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д., Кириллова М.Н. Физико-химические основы процессов отделочного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

8. Кошелева М.К., Сажин Б.С. Методические указания по выполнению учебно-исследовательской работы "Анализ текстильных материалов как объектов технологической обработки". М.: МГТА, 1992.

9. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984.

10. Ю.Кошелева М.К. Исследование кинетики процесса сушки материалов, различающихся своей структурой. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М.: МТИ, 1975

11. П.Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. Т. 1. Физическая адсорбция. Пер. с англ. под ред. Дубинина М.М. М.: Госиздат иностр. лит., 1948.

12. Углов В.А., Сажина М.Б., Булеков А.П. Математическая модель сушки волокнообразующих полимеров в аппаратах ВЗП. // Технология текстильной промышленности, №1,2001.

13. Садыкова Ф.Х., Садыкова Д.М., Кудряшова И. Текстильное материаловедение и основы текстильного производства. 2-е изд. М.: Легпромбытиздат, 1989.

14. И.Сажин Б.С., Реутский В.А., Кошелева М.К. Пути повышеня эффективности процессов промывки текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1988.

15. Щеголев А.А. Разработка обобщенного метода расчета процесса промывки хлопчатобумажных тканей в высокоскоростных промывных машинах. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М.: МТИ, 1982

16. Сажин Б.С., Альтер-Песоцкий Ф.Л. и др. Процессы промывки тканей и методы их интенсификации. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984

17. Щеголев А. А. Исследование способов интенсификации процесса промывки ткани в высокоскоростных промывных машинах. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М.: МТИ, 1981

18. Смирнов В.И. Математическое описание кинетики процесса промывки тканей// Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1984, №6, с. 68-71.

19. Смирнов В.И., Халезов С.Л., Анисимов С.В., Калабин Н.Ф. Сравнительная оценка групп интенсификаторов процессов промывки тканей. Известия Высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, №6,1991.

20. Садова С.Ф., Кривцова Г.Е., Коновалова М.В. Экологические проблемы отделочного производства. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совъяж Бево», 2002

21. Кричевский Г.Е. Экологические проблемы отделочного производства текстильных материалов. Взгляд технолога. Текстильная химия, 1996 №1.

22. Киселев A.M. Экологические аспекты процессов отделки текстильных материалов. Российский химический журнал, №1 2000

23. Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных предприятий. Санкт-Петербург: СПГУТД, 2000

24. Бельцов В.М. Оборудование для отделки хлопчатобумажных тканей. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

25. Фаерман В.Т. Применение ультразвука для обработки текстильных материалов. М.: Легкая индустрия, 1969,

26. Грешнев А.И. Применение ультразвука в химико-технологических процессах. М.: Легкая индустрия, 1960.

27. Кроуфорд А.Э. Ультразвуковая техника. М.: Издательство иностранной литературы, 1958.

28. Гершгал Д.А. Ультразвуковая аппаратура промышленного назначения. М.: Государственное техническое издание, 1967.

29. Ковалева Л.Ф. и др. Интенсификация процесса промывки напечатанных тканей в поле упругих колебаний. Известия Высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, №1,1985.

30. Авторское свидетельство СССР № 516434. М Кл2. В 08В 3/12,1976.

31. Фридман В.М., Новицкий Б.Г. Ультразвуковая технологическая и контрольно-измерительная аппаратура для легкой и текстильной промышленности. М.: Центральный институт научно-технической информации легкой промышленности, 1959.

32. Фридман В.М. Звуковые и ультразвуковые колебания и их применение в легкой промышленности. М.: Государственное научно-техническое издательство министерства легкой промышленности СССр, 1956. -28 4с.

33. Фридман В.М. Применение ультразвука в текстильной и легкой промышленности, М.: Центральный институт научно-технической информации легкой промышленности, 1959. -47 с.

34. Сафонов В.В. Развитие технологии отделки тканей, Ml ТУ, 2003

35. Ковалева Л.Ф., Попиков И.П., Саруханов Р.Г., и др. Интенсификация процесса проамывки напечатанных тканей в поле упругих колебаний. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1985, №1. с. 66-69.

36. Кошелева М.К. и др. Патент РФ №2163650. Способ жидкостной обработки шерстяных тканей. 27.02.01. Бюл. №6

37. Эффективность использования ультразвука в процессах мокрых обработок текстильных полотен. Wirkunden des Ultraschalls bei der Nabbehandlung von Textilien.// Textiltechnik, 1990,40 № 2.

38. Кошелева M.K., Реутский B.A. Методические указания к курсовой работе «Изучение и расчет процесса жгутовой промывки шерстяных тканей. М.: МТИ, 1991.

39. Авторское свидетельство СССР № 524576, М. Кл.2 В 08 В 3/12,1976.

40. Авторское свидетельство СССР № 199633, Кл. 48d2,5/04,1967.

41. Авторское свидетельство СССР № 631219, М. Кл.2 В 08 В 3/12,1978.

42. Авторское свидетельство СССР № 508282, М. Кл.2 В 08В 3/10,1976.

43. Авторское свидетельство СССР № 423527, М. Кл. В 08Ь 3/10,1974

44. Авторское свидетельство СССР № 323242, М. Кл. В 23р1/00,1972

45. Авторское свидетельство СССР № 381705, М. Кл. С 23Ь 1/00,1973

46. Авторское свидетельство СССР № 127073, Кл. 42s, 1960

47. Авторское свидетельство СССР № 1592420, Кл. D 06 3/02,1989

48. Авторское свидетельство СССР № 705035, М. Кл.5 D 06М 10/02, D 06М 13/432, D06M 15/423,1979

49. Авторское свидетельство СССР № 502997, М. Кл.2 D 21J 1/00, В 06В 1/08, В 05С 3/05,1976

50. Патент США №3433669, кл. 134-1,1965

51. Патент США № 2828231, кл. 134-1,1958 (прототип)

52. Авторское свидетельство СССР № 902875, М. Кл.З В 08 В 3/12,1982

53. Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах. М.; Химия, 1993.

54. Ефремов Г.И., Сажин Б.С. и др. Вопросы ресурсо- и энергосбережения при оптимальной кинетике процессов отделки в текстильной промышленности//Межд. НТК, г.Витебск, 1998.

55. Гринчик Н.Н. Процессы переноса в пористых средах, электролитах и мембранах. Минск: АНК ИТМО АНБ, 1991.

56. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике, М.; Наука, 1987.

57. Ефремов Г.И., Сажин Б.С. и др. Вопросы ресурсо- и энергосбережения при оптимальной кинетике процессов отделки в текстильной промышленности // Межд. НТК, г.Витебск, 1998.

58. Ефремов Г.И., Сажин Б.С. Вероятностная интерпретация зависимостей кинетики сушки тканей // Техн. текст. Пром. №3,1998.

59. Корнюхин И.П., Алексеенко С.А. Сорбция и десорбция влаги текстильными материалами при различных температурах // ИФЖ, №5, 1981.

60. Мовшович И.М. Кинетика процессов крашения текстильных материалов. М.; Легкая индустрия, 1979.

61. Николаев А.Б., Ефремов Г.И., Сажин Б.С. Исследование кинетики процесса промывки х/б тканей после крашения прямыми красителями // Сб. Веер. НТК (ТЕКСТИЛЬ -98), М., МГТА.

62. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров. М.; Мир, 1985.бЗ.Зайцев В.Ф., Полянин А. Д. Справочник по дифференциальным уравнениям с частными производными. М.; Международная программа образования, 1996.

63. Корнюхин И.П., Жмакин Л.И., Корнюхина Т.А. Дифференциальные уравнения сушки пористых тел. // Технология текстильной промышленности, №3,2005.

64. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления". Т. 1. М.: Интеграл-пресс, 1997.

65. Кричевский Г.Е., Корчагин М.В., Сенахов А.В. Химическая технология текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1985.

66. Сажин Б.С., Альтер-Песоцкий Ф.Л. и др. Процессы промывки тканей и методы их интенсификации. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984

67. Реутский В.А., Кошелева М.К., Щеголев А.А. Методические указания к курсовому проектированию "Расчет процесса промывки тканей в высокоскоростных промывных машинах". М.: МТИ, 1985.

68. Павлов Д.П. Оборудование отделочных фабрик хлопчатобумажной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1968.

69. Давидзон М.И. О влиянии магнитной обработки водных систем на промывку тканей. Известия Высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, №5,1992.

70. Давидзон М.И., Маурин Л.Н. К теории промывки текстильных материалов. Известия Вузов. Технология текстильной промышленности, 1991, №3.-с.86-89.

71. Давидзон М.И., Мальцева Т.Н. Магнитная обработка водных систем. Текстильная промышленность №8,1984.

72. Мельников Б.Н., Морыганов А.П. Современное состояние и перспективы развития технологии отделки тканей. Известия Высших учебных заведений Технология текстильной промышленности, №1,1990.

73. Смирнова О.В. Комплексный анализ хлопчатобумажных тканей как объекта промывки и разработка инженерного метода расчета процесса промывки. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М.: МТИ, 1983.

74. Кузнецов В.Б. Научные основы совершенствования технологических процессов промывки и художественно-колористического оформления тканей. Дисс. На соиск. уч. степени канд. техн. наук. Иваново: ИГХТУ, 2005.

75. Сажин В.Б., Булекова Ю.А., Сажина М.Б. Асимптотический метод описания кинетики процесса сушки волокнообразующих полимеров //Успехи в химии и хим. Технологии. 2000. T.XIV, №6.

76. Кошелева M.K., Щеголев А.А., Ефремов Г.И. определение конструктивных параметров и режимов работы промывной машины с сетчатым барабаном // Межвуз. сб. НИР МТИ, 1983.

77. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971

78. Будников В.И. Общая технология хлопчатобумажного производства. М.: Легкая индустрия, 1970.

79. Ефремов Г.И., Анализ параметров изотерм сорбции-десорбции для гигроскопичных волокон // «Химические волокна», №6.

80. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980

81. Грязнов В.А., Полежаев В.И. Исследования некоторых разностных схем и аппроксимирующих граничных условий для численного ркшеня уравнения тепловой конвекции. М.: Ин-т проблем механики АН СССР, 1974.

82. Годунов С.К. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1979.

83. Сажин Б.С., Ефремов Г.И. Изотермы сорбции-десорбции для волокон с высокой гигроскопичностью // Хим. Волокна, №2,1997.

84. Никояаев А.Б., Ефремов Г.И., Сажин Б.С. Исследование влияния ультразвука на процесс промывки х/б ткней после крашения прямыми красителями // Сб. 12-я МНТК по химии и химической технологии (МКХТ-98), М., РХТУ.

85. Сажин Б.С., Ефремов Г.И. и др. Описание изотерм сорбции-десорбции пористых материалов с применением вероятностных функций // Сб. Межд. науч-техн. конф. «Мат. Методы в химии и техн.», Новомосковск, 1997.

86. Альтер-Песоцкий Ф.Л. Применение физических методов интенсификации технологических процессов. Текстильная промышленность №1, №2,1980.

87. Moses J.J., Jagannathan К, Применение ультразвука при белении и крашении. Bleaching of coffon using hydrogen peroxide in ultrasonic energy and dyeing. Colourage, 1996,43, №11.- c.19-25.

88. Bhattacharya S.D., Iyer A.V. Низкотемпературное крашение тканей с использованием ультразвука. Low temperature dyeing of polyester and its blends by ultrasound. Man-Made Text. India, 2000,43, №10. c. 479-482

89. Denter U., Poulakis K., Scholimeyer E. Влияние ультразвука на процесс крашения хлопчатобумажных тканей. Einflub von Ultraschall auf den Stoffaustausch beim Farben. Text. Prax.int, 1994,49, №4.- c. 251-254,206.

90. Hocker H. Перспективы использования новых возможностей и материалов при отделке шестяных изделий. Wolle-Antuelle Herausforderungen, Ansatre und Losungen// Textilveredlung.-1997,32,№7-8.-c.l54-155.

91. Pfluger G., Bossman A., Bernnardt K., Scholimeyer E. Использование ультразвука для повышения скорости сушки текстильных полотен. Beschieunigung der Troccknung Textiler Flachengebilden durch Ultraschall., Melliand Textilber, 1992, 73, №2.-194 c.

92. Авторское свидетельство СССР № 705035. M. Кл5. D 06М 10/02, D 06М 13/432, D06M 15/423, 1979.

93. Авторское свидетельство СССР № 502997. М. Кл2. D 21J 1/00, В 06В 1/08, В 05С 3/05, 1976.

94. Герасимов М.Н., Махов О.Н., Логинов С.В. Статистическая оценка методики определения показателя степени пропитки тканей. // Технология текстильной промышленности, №1,2001.