автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Повышение эффективности сушки хлопчато-бумажных тканей в процессах отделки и колорирования

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Скурихин Виталий Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУШКИ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ В ПРОЦЕССАХ ОТДЕЛКИ И КОЛОРИРОВАНИЯ

Специальность 05.19.03 — Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель-кандидат технических наук, М.С. Губерман

ИВАНОВО - 1999

!

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.............................................4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................11

1.1. Отличительные особенности технологического процесса

сушки напечатанной ткани на сушильных машинах..................11

1.2. Анализ позитивных и негативных свойств существующих

способов сушки ткани после печати....................................12

1.3. Анализ современных методик расчета времени

сушки............................................................................21

1.4. Методики расчета продолжительности сушки........................26

1.5. Постановка задач исследований..........................................33

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ НАПЕЧАТАННОЙ ТКАНИ.......................................................35

2.1. Обоснование выбора объектов исследований...........................35

2.2. Совершенствование методики обработки результатов исследований процессов сушки ткани на лабораторной установке......37

2.3. Выбор показателей для количественной оценки кинетики

сушки ткани.....................................................................46

2.4. Анализ результатов исследований процесса сушки напечатанной ткани при сопловом обдуве...............................51

2.5. Анализ результатов исследований процесса сушки ткани при комбинированном энергоподводе.........................................60

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КИНЕТИКИ И СТАТИКИ ПРОЦЕССА ГАЗОКОНВЕКТИВНОЙ СОПЛОВОЙ

СУШКИ ТКАНИ......................................................................70

3.1. Выбор расчетной схемы кинетики процесса сушки ткани..........70

3.2. Определение влияния присоединенной массы отработавшей сушильной смеси на параметры процесса сопловой

сушки ткани...................................................................74

3.3. Расчет показателей кинетики процесса сушки ткани при различном влагосодержании сушильной смеси........................77

3.4. Исследование влияния геометрических параметров соплового обдува на показатели процесса сушки ткани

в присопловой области.......................................................77

3.5. Выбор параметров для методики расчета статики

процесса сушки ткани........................................................83

3.6. Пример однократного определения параметров

процесса сушки ткани........................................................87

3.6.1 Исходные данные .87

3.6.2. Результаты прямых расчетов........................................87

3.6.3. Результаты расчетов математического моделирования процесса сушки ткани.................................................90

3.7. Пример многократного определения параметров

процесса сушки ткани.....................................................101

3.8. Выводы по главе............................................................109

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА СУШИЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ТКАНИ С ГАЗОВЫМ ОБОГРЕВОМ......................................................111

4.1. Разработка и внедрение системы газового обогрева................111

4.2. Исследование теплотехнических параметров

сушильной машины.........................................................116

4.3. Исследование показателей качества напечатанных тканей.......124

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.........................................127

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................130

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................140

П. 1. Программа..........................................................................141

П.2. Программа..........................................................................153

П.З. Акт внедрения результатов диссертационной работы.....................157

П.4. Расчет годового экономического эффекта от внедрения

результатов диссертационной работы.........................................158

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие текстильного производства не мыслимо без совершенствования технологических процессов и оборудования для отделки тканей. Многочисленные виды обработок текстильных материалов заключаются в осуществлении ряда физико-химических процессов, протекающих при определенной температуре. От эффективности организации в теплоиспользующих установках процессов тепло- и массопереноса зависят качество выпускаемой продукции, продолжительность цикла обработки материалов, удельный расход энергии, химических реагентов и технологической воды.

Для текстильного производства характерно большое разнообразие тепломассообменных операций с тканью и оборудования для их осуществления. Особое место занимают процессы обработки материалов в жидкости (расшлихтовка, отварка, беление, крашение, печатание, мерсеризация, аппретирование и др.).

Различные материалы после операций обработки в жидкости требуют разных способов и режимов сушки. Рациональная организация процесса сушки позволяет повысить показатели качества ткани. Сушильные машины отличаются большим разнообразием по способу подвода теплоты к материалу (конвективные, контактные, терморадиационные, высокочастотные, комбинированные). Также широко используются машины для влажно-тепловой обработки, выпарные аппараты.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что для повышения экономичности процесса сушки ткани, перспективным направлением является использование в сушильных машинах систем обогрева при непосредственном сжигании природного газа в сушильном агрегате. Сушильные машины фирм «Babcock» и «Bruckner», оснащенные подобными системами обогрева, обладают рядом существенных достоинств и являются эффективными.

Совершенствование термических процессов и оборудования для их

реализации в текстильной промышленности необходимо для повышения их производительности путем интенсификации процессов тепло— и массопереноса, снижения расхода энергии на единицу выпускаемой продукции, повышения показателей ее качества. Кроме того, оборудование должно быть удобно при обслуживании и безопасно.

Разработка и внедрение новых теплоиспользующих установок предъявляют повышенные требования к точности и достоверности расчетов тепло— и массообмена в элементах конструкций и знания тепло физических характеристик обрабатываемых материалов. Не менее важны расчеты баланса массы и баланса теплоты в таких установках. Анализ балансов позволяет определять виды расходов теплоты, выявить не производительные тепловые потери, разработать меры по их снижению.

Актуальность темы диссертации.

Развитие отделочного производства текстильной промышленности невозможно без совершенствования его технологических процессов и оборудования. Отличительной особенностью отделочного производства является наличие физико-химических процессов обработки текстильных материалов, протекающих при определенной температуре. От эффективности организации в теплоиспользующих установках процессов тепло- и массопереноса зависят энергосберегающие показатели, в частности продолжительность цикла обработки материалов, удельный расход энергии, химических реагентов, а также качество обрабатываемой ткани.

Для отделочного производства характерно большое разнообразие тепломассообменных процессов с тканью и оборудования для их осуществления. Особое место занимают процессы обработки материалов в жидкости: мерсеризация, беление, крашение, печатание, аппретирование и др.

Различные текстильные материалы после процессов обработки их в жидкости требуют разных способов и режимов сушки. Сушильные машины отличаются большим разнообразием по способу подвода тепловой энергии к

текстильному материалу (конвективные, контактные, терморадиационные, высокочастотные, комбинированные).

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что для повышения экономической эффективности процесса сушки перспективным направлением является использование в сушильных машинах обогрева при непосредственном сжигании природного газа в сушильном агрегате. Сушильные машины фирм «Babcock» и «Brückner» (Германия), оснащенные подобными системами обогрева обладают рядом существенных достоинств и являются достаточно эффективными.

Совершенствование термических технологий в текстильной промышленности связано с интенсификацией процессов тепло- и массопереноса, со снижением расхода энергии на единицу выпускаемой продукции и повышением показателей ее качества.

При разработке и внедрении новых теплоиспользующих установок должны предъявляться повышенные требования к точности и достоверности расчетов тепло- и массообмена при взаимодействии текстильного материала с сушильным агентом или с элементами конструкций оборудования. Не менее важны результаты расчетов балансов массы и теплоты в таких установках, анализ которых позволяет определить виды расходов теплоты, выявить непроизводительные потери тепловой энергии, разработать меры по снижению ее потребления.

В настоящее время в условиях становления рыночных отношений основной задачей текстильных предприятий является выпуск конкурентноспособной продукции. Решение данной задачи непосредственно связано с техническим перевооружением предприятий, которое должно осуществляться в направлении разработки и создания нового энергосберегающего оборудования и модернизации действующего оборудования.

Таким образом, научные исследования, направленные на совершенствование сушки тканей в процессах отделки и калорирования тканей для улучшения показателей их качества, а также развитие

теоретических и практических методов расчета процессов теплообмена, являются в настоящее время достаточно актуальными.

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является совершенствование процесса сушки напечатанных хлопчатобумажных тканей на сушильных машинах для повышения его экономической эффективности и качества выпускаемой ткани.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные, технологические и технические задачи:

- проведен теоретический анализ эффективности различных способов интенсификации процесса сушки напечатанной ткани при использовании в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа;

- проведена экспериментальная оценка влияния СВЧ-обработки тканей на стадии их сушки в процессах заключительной отделки растворами термореактивных смол;

- исследованы параметры конвективного способа сушки напечатанной ткани с применением соплового обдува ее горячим воздухом;

- разработана методика расчета параметров конвективного способа сушки напечатанной ткани с применением соплового обдува ее горячим воздухом, учитывающая особенности циркуляции потока сушильного агента в зоне соплового обдува;

- осуществлены производственные испытания опытного образца сушильной машины, реализующей конвективный способ сопловой сушки ткани, с использованием в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа.

Объекты и методы исследований.

Объектами исследований являлись хлопчатобумажные и смешанные ткани поверхностной плотности 0,09... 0,28 кг/м2, главного класса переплетений. Для печати использовались активные красители и соответствующие текстильные вспомогательные вещества.

При теоретических исследованиях процесса сушки тканей использованы математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений и численные методы решения уравнений на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных стендах и экспериментальных промышленных установках. При исследовании теплотехнических параметров применялись известные методы теплометрии. Оценку показателей качества тканей осуществляли с использованием стандартных методик.

Научная новизна:

- разработана математическая модель и метод расчета процесса сушки ткани с использованием в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа в смеси с воздухом с учетом рециркуляции теплоносителя в зоне соплового обдува;

- выявлены закономерности основных параметров кинетики процесса сушки ткани с использованием различных рабочих растворов и сушильного агента на основе продуктов полного сгорания природного газа в смеси с воздухом;

- разработаны технологические режимы сушки ткани после печати с применением комбинированного способа теплового воздействия сушильного агента в виде смеси воздуха и продуктов полного сгорания природного газа;

-определен диапазон эффективного использования СВЧ-обработки тканей на стадии их сушки в процессах заключительной отделки растворами термореактивных смол.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических и экспериментальных результатов для совершенствования процесса сушки напечатанных тканей за счет применения в качестве сушильного агента

высокотемпературных продуктов сгорания природного газа в смеси с воздухом.

Промышленная реализация результатов работы осуществлена на ОАО «Глуховский текстиль» (г.Ногинск, Московская обл.) при модернизации сушильной машины тканепечатного агрегата «ЕШех». Эффективность от новых технологических решений состояла в интенсификации процесса сушки ткани и экономии тепловой энергии.

На основании проведенных технологических и теплотехнических испытаний установлено, что при использовании системы газового обогрева производительность тканепечатной машины «ЕШех», работающей в производственных условиях ОАО «Глуховский текстиль», повысилась с 35 м/мин до 60... 70 м/мин при увеличении коэффициента полезного использования теплоты сушильной части машины с 32 до 50 %.

Экономический эффект от внедрения составил 321,048 тыс. руб. (в ценах 1998г.) на одну установку в год.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены и получили положительную оценку на:

- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Кострома, 1998 г.);

международной научно-технической конференции «Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении» (Витебск, 1998);

расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии (Иваново, 1998);

- научно-техническом совете ОАО "Глуховский текстиль" (г.Ногинск Московской области, 1998 г.).

Публикации.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Губерман М.С., Ипатова В.И., Куликов Е.Г., Скурихин В.В. и др. Сушильная машина на газовом отоплении для ткани // Текстильная промышленность. - № 3. - 1995. С. 30-31.

2. Губерман М.С., Сакалов М.А., Скурихин В.В. Исследование эффективности комбинированного энергоподвода на стадии сушки в процессе заключительной отделки ткани // Текстильная промышленность. -№6,- 1998.-С. 17-18.

3. Губерман М.С., Сакалов М.А., Скурихин В.В. Использование продуктов сгорания газа в сушильном оборудовании для ткани // Текстильная промышленность. - № 6. - 1998. С. 19.

4. Скурихин В.В. Машина для конвективной сушки с газовым обогревом Международная научно-техническая конференция // Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях: Тез. докл. международной науч.- техн. конф. - Кострома, 1998.

5. Скурихин В.В. О снижении затрат энергии при тепловой обработке ткани // Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении: Тез. докл. международной науч.-техн. конф. - Витебск, 1998.

6. Губерман М.С., Сакалов М.А., Скурихин В.В. Математическая модель и методика машинного исследования процесса сушки ткани в сопловой газоконвективной машине. М., 1998. - 9 с. - Деп. в ЦНИИТЭИлегпром 20.01.99 № 3809-ЛП.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, литературного обзора состояния проблемы (1 глава), результатов исследований (2,3 главы), результатов производственной апробации опытного образца сушильной машины (4 глава), выводов, списка литературы из 112 наименований, - 1 приложений. Работа изложена на 168 страницах текста, включая 34 рисунка и 8 таблиц.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Отличительные особенности технологического процесса сушки напечатанной ткани на сушильных машинах.

Массовость производства напечатанных тканей (до 2 млрд. метров в год) может быть обеспечена только с помощью тканепечатных машин. На этих машинах нанесение рисунка на ткань производится способом глубокой печати, при котором краску наносят на одну сторону печатными валами.

Процесс печатания ткани, можно рассматривать, как окрашивание отдельных ее участков, величина и форма, которых зависит от узоров печатного рисунка [1,2]. Химические реакции, протекающие при процессах печатания и крашения тканей различаются незначительн�