автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Повышение эффективности технологии регенерации шерстяных отходов путем применения влажнотепловой обработки

На правах рукописи

Швидкый Сергей Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ШЕРСТЯНЫХ ОТХОДОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЛАЖНОТЕПЛОВОИ ОБРАБОТКИ

05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 —' ,,13

Кострома 2013

005061706

На правах рукописи

Швидкый Сергей Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ШЕРСТЯНЫХ ОТХОДОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЛАЖНОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильпых материалов и сырья

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кострома 2013

Работа выполнена в текстильном институте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный политехнический университет» (Текстильный институт ИВГПУ)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор.технических наук, профессор Фролов Вениамин Дмитриевич

Хосровяп Гайк Амаякович,

доктор технических наук, профессор кафедры технологии машиностроительного производства текстильного института ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный политехнический университет» (Текстильный институт ИВГПУ);

Титова Ульяна Юрьевна,

кандидат технических наук, доцент кафедры прядения ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет».

ОАО НПК «ЦНИИШерсть».

Защита состоится «28» июня 2013 года в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.093.01 нри ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет» (КГТУ) по адресу 156005 г

(494?)Т1а48Л14ДЗСРЖИНСКОГО' П' ЗУД" 2И' е"таП: фа'кк

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет» Текст автореферата размещен га сайте ВАК РФ: http://vak2.ed.gov.ru

Автореферат разослан <¡/3 »

( года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.093.01

доктор технических наук, профессор ^(АУ Г.К. Букалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Диссертационная работа направлена на решение проблемы совершенствования технологии регенерации текстильных отходов с целью повышения качества регенерированного волокна. Текстильные предприятия сталкиваются с проблемой переработки отходов, образующихся при производстве трикотажных и швейных изделий, которые в полной мере не используются при выработке пряжи.

Возможность и целесообразность использования отходов текстильнои промышленности определяется наличием значительного объема волокнистых отходов содержащих порядка 50 % прядомого волокна, которое можно направить па выработку нетканых материалов и пряжи различной линеинои плотности.

Отходы лоскута, некондиционной пряжи и отходы шерстопрядильного производства, составляющие 40% от общего объема отходов, являются значительным резервом для получения регенерированного волокна.

Применяемое в настоящее время оборудование осуществляет переработку отходов шерсти жестким механическим воздействием на волокнистый материал, приводящим к его многочисленным разрывам, что нарушает структуру и ухудшает ценные технологические свойства и

характеристики волокнистого материала.

Получение качественного регенерированного шерстяного волокна может быть достигнуто только применением таких технологических решений, при которых осуществляется щадящий режим регенерации отходов. При этом режиме работы оборудования волокна сохраняют свои первоначальные свойства и характеристики, что переводит полученные из таких волокон изделия на более высокий потребительский уровень и расширяет ассортимеггг выпускаемой продукции. При использовании щадящего режима переработки отходов расширяется диапазон применения полученных ^регенерировашхых волокон, повышается качество вырабатываемых из них изделии, обеспечивается повышение конкурентоспособности продукции и улучшение технико-экономических показателей, что является целью любого предприятия.

Таким образом, совершенствование технологии регенерации шерстяных

отходов является актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение выхода прядомого волокна, за счет применения влажнотепловой обработки на подготовительном этапе регенерации текстильных отходов.

Задачи исследования. Для достижения намеченной цели в работе

решены следующие задачи:

1 Изучены существующие технологии и оборудование для переработки отходов шерстяного производства, а также направления их использования.

2. Показано, что увлажнение перерабатываемых отходов паром приводит к снижению сил взаимного сцепления между волокнами в материале.

3. Изучена механика силового воздействия лопастей рабочего вала на отрезки лоскута, выведены математические модели, описывающие процесс ударного воздействия лопастей на волокнистый материал.

4. Разработано устройство для регенерации текстильных отходов осуществляющее разрыхление и увлажнение перерабатываемого материала паром.

5. Изучена механика процесса разъединения волокнистых фрагментов лоскута зубьями гарнитур пильчатых барабанов.

6. Предложена новая технология подготовки шерстяных отходов к процессу регенерации с сохранением исходных свойств волокна.

7. Предложена усовершенствованная конструкция поточной линии по регенерации отходов текстильного производства.

Методы исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В работе использованы методы математического и компьютерного моделирования методы математической статистики и обработки экспериментальных данных' Обработка результатов исследований, а также разработка модели производилась с помощью персонального компьютера. Полученные данные подвергались обработке на ЭВМ с помощью известных методов и программ предназначенных для обработки статистических данных. Исследований проводились на действующем оборудовании в лабораторных и производственных условиях.

При разработке конструкции устройства для регенерации текстильных отходов учитывались существующие принципы построения конструктивных схем и особенности технологического процесса регенерации текстильных материалов.

Научная новизна заключается в развитии теории регенерации отходов шерстяной промышленности па основе комплексного подхода к- сохранению их природных свойств, а также в создании модели взаимодействия перерабатываемого материала с лопастями рабочего вала устройства для регенерации текстильных отходов, обеспечивающего повышение эффективности процесса регенерации.

Впервые получены следующие осповпые результаты:

1. Изучено современное состояние проблемы повышения эффективности регенерации отходов текстильного производства.

2. Разработана математическая модель позволяющая определить частоту вращения пильчатых барабанов зоны предварительного разволокнения требуемую для наиболее эффективного разъединения фрагментов перерабатываемых материалов в зависимости от поверхностной плотности.

3. Представлены методы расчета наиболее эффективных режимов обработки текстильных отходов, обеспечивающих максимальное разрыхление материала.

4. Определено время увлажнения и температура пара, обеспечивающие максимальную эффективность этапа предварительного разволокнения отходов пряжи.

5. Экспериментально доказана эффективность применения вытяжного прибора на подготовительном этапе регенерации для ослабления сил сцепления волокон в материале.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Усовершенствована технология, разработаны технические средства переработки отходов, а также способы их использования при регенерации отходов текстильного производства, позволяющие эффективно решать задачу переработки текстильных отходов.

Разработано устройство для регенерации текстильных отходов, обеспечивающее заданные режимы обработки (патент РФ №2313626), предложены рекомендации по выбору скоростного режима обработки

перерабатываемых отходов.

Практическая реализация полученных результатов осуществлялась на предприятиях ООО «ВАТ - ТЕКС» (г. Родники, Ивановская обл.) и ООО «Фурмановская прядилыю - ткацкая фабрика №1» (г. Фурманов, Ивановская обл.).

Определен ожидаемый экономический эффект от увеличения доли вложения в дорогостоящее сырье регенерированных волокон, полученных по

предложенной технологии.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры механической технологии текстильных материалов ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия» в виде методических указании для студентов 3,4, 5 курсов по специальности 280300.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на следующих конференциях:

- всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (ТЕХТЕКСТИЛЬ - 2007)», Димитровград (ДИТУД -филиал УГТУ);

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2008)», Иваново (ИГТА);

- 60-й юбилейной межвузовской научно-техническои конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ -

производству», Кострома (КГТУ), 2008г;

- научно - техническом семинаре в Костромском государственном

технологическом университете (КГТУ), 2013г.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены автором в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, 5 тезисах докладов всероссийских научно - технических конференций, одном патенте на изобретение, 3 депошровашшх статьях во Всероссийском институте научной и технической информации (ВИНИ 1 И) и

методических указаниях.

Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации. Вклад автора состоит в участии во всех этапах планирования эксперимента, постановки эксперимента и получении экспериментальных данных, обобщении результатов и формулировке выводов, подготовке

основных публикаций по выполненной работе, разработке устройства для регенерации текстильных отходов.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав. Материал представлен на 168 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка 17 таблиц, список литературы из 124 наименований и включает 2 приложения. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы и определена цель исследования. Общее состояние проблемы переработки текстильных отходов отражает научную и практическую значимость работы.

В первой главе приведена классификация текстильных отходов представлен анализ состояния мирового рынка шерсти, дан обзор отечественного и зарубежного оборудования и технологии регенерации текстильных отходов. Проблемами регенерации текстильных отходов занимались такие ученые, как Гусев В .Я, Калашник ВЛ., Лебедев НА Сапрыкин Д.Н., Фролов В.Д. и др. Установлены основные факторы, влияющие на качество регенерированного волокна. Показано, что применяемые в настоящее время технологии регенерации, основанные на жестком воздействии на волокнистый материал со стороны рабочих поверхностей, не способны обеспечить получение регенерированного волокна высокого качества. Жесткое воздействие недопустимо для волокон шерсти, имеющих большую длину и извитость. Такое силовое воздействие на волокнистые структуры, в которых волокна зафиксированы друг с другом за счет многочисленных связей приводит к массовым разрывам и повреждениям дорогостоящего волокнистого материала. Поэтому, выработанный продукт представляет собой сырье низкого качества, что ограничивает спектр применения полученного регенерированного волокна.

Во второй главе определено влияние времени увлажнения на разрывную нагрузку и удлинение пряжи при разрыве (табл.1).

Определено оптимальное время, увлажнения, с целью недопущения образования капель конденсата на поверхности пряжи. Оптимальное время обработки составило 5 минут, т.к. после пятой минуты обработки на поверхности пряжи начинают образовываться капли конденсированной воды увеличивающие силу сцепления волокон в пряже, что затрудняет ттроцеге регенерации.

Произведено сравнение разрывной нагрузки «сухого» образца и образца,

прошедшего увлажнение. Показано, что при этом происходит уменьшение -

показателей разрывной нагрузки и удлинения пряжи при разрыве за счет

снижения силы сцепления волокон в пряже. Это позволяет применять более

щадящие режимы переработки и, следовательно, увеличить выход длинного волокна.

Исследована эффективность применения вытяжного прибора на подготовительном этапе разволокнепия для ослабления сил сцепления волокон

в пряже. Показано, что установка вытяжного прибора перед концервальной машиной приводит к увеличению доли длинных волокон.

Таблица 1

Зависимость разрывной нагрузки и удлинения пряжи от времени увлажнения

--л 1 " г т '' 1 ...........777.......7 п.........-..,.1.......

Показатели

Линейная плотность, текс

Крупса, кр/м

Разрывная нагрузка, сН/текс Удлинение, %_

Без увлажнения

1500

250

317

18,0

96

360

215

9Л

С увлажнением (5мин)

1500

250

288

16,4

96

360

192

7,3

С увлажнением ПОмин)_______

1500

250

302

17,5

96

360

204

8.6

Экспериментально подтверждено, что на эффективность разволокнения влияет направление гарнитуры валиков вытяжного прибора (ВП) установленного в секции питания концервальной машины К-11-Ш. Максимальная эффективность достигается при обратном направлении гарнитуры, что позволяет повысить долго длинных волокон на 15 %, а с одновремыгаым увлажнением доля длимых волокон увеличивается на 26 % (табл.2).

Таблица 2

Влияние вытяжного прибора на эффективность регенерации волокон из отходов пряжи

Тип образца Средняя длина, мм Модальная длина, мм Штапельная длина, мм Коэф. вариации, % Доля коротких волокон, <11 мм, % Доля длинных волокон, >20 мм, %

Первоначальный 67,3 69,0 58,6 16,16 3 84

Контрольный 1 (безВП) 27,1 30,3 31,2 44,7 25,8 53

Контрольный 2 (с ВП прямое направление гарнитуры) 29,4 33,4 33,9 43,5 19 61

Контрольный 3 (с ВП обратное направление гарнитуры) 32,3 37,0 37,8 41,0 13 68

Опытный (с ВП обратное направление гарнитуры + с увлажнением) 37,8 41,0 42,6 30,4 7 79

В третьей главе представлено описание предлагаемой усовершенствованной поточной линии для регенерации текстильных отходов. На поточной линии осуществляется поэтапная деформация отходов лоскута и пряжи за счет дополнительного воздействия на волокнистый материал в узле питания зубчатых валиков вытяжных пар с постепенно увеличивающейся интенсивностью разволокнения со стороны рабочих органов машин, входящих

в состав поточной линии. Поточная линия состоит из резальной машины, устройства для регенерации текстильных отходов, зоны предварительного разволокнения и усовершенствованной хципально-замасливающей машины.

Введение в состав поточной линии устройства для регенерации текстильных отходов позволяет осуществить разрыхление отходов в щадящих условиях, за счет чего происходит увеличение доли выхода длинного волокна.

Щадящие условия достигаются за счет ряда факторов:

1. Увлажнение паром в секши разрыхления увеличивает эффективность деформации текстильных структур, снижая силы трения между волокнами, тем самым увеличивая эффективность процесса регенерации.

2. Взаимодействие лопастей рабочего вала устройства для регенерации с перерабатываемым материалом носит ударный характер и исключает жесткое воздействие на материал со стороны лопасти. Вследствие удара лопасти по регенерируемому материалу происходит смещение наружного слоя волокон, обусловленное деформацией материала, что обеспечивает подготовительный этап регенерации.

На рис. 1 представлена схема конструкции устройства для регенерации текстильных отходов (патент РФ №2313626).

Парогенератор

Рис. 1. Схема устройства для регенерации текстильных отходов

Устройство состоит из секции питания с вытяжным прибором, секции разрыхления с лопастным валом в рабочей камере и парогенератора. Вытяжной прибор с пильчатыми валиками предварительно ослабляет связи между волокнами в перерабатьюаемом материале. Лопасти рабочего вала воздействуют на материал с одновременным увлажнением паром, разрыхляют его и перемещают к выходу из камеры.

Изучена механика ударного воздействия лопастей рабочего вала на отрезки ткани. Основой для оценки влияния строения ткани на процесс регенерации отходов лоскута послужили научные работы ученых Брут-Бруляко А.Б., Новикова Н.Г., Кутепова О.С., Розанова Ф.М., Степанова Г.В. и др.

Зона предварительного разволокнения

Показано, что для ослабления связей в структуре материала необходимо, чтобы частота вращения лопастей рабочего вала была не меньше граничной, определяемой по формуле:

яЯг</Н О

где иг - граничное значение частоты вращения лопасти, мин"1; Лг -граничный радиус лопасти рабочего вала, м; Я — коэффициент, учитывающий геометрические размеры отрезка; сила натяжения основной нити, Н; 5-площадь отрезка ткани, м2; в - поверхностная плотность материала, г/м\

Из приведенного выражения видно, что граничная частота вращепия вала пг зависит от поверхностной плотпости разволокняемого продукта б и радиуса вала/гг. На рис. 2 показаны графики диапазонов варьирования радиусов и частот вращения лопастей, обеспечивающих необходимое разрыхление отрезка ткани.

П|; мин!

Рис. 2. Зависимость частоты вращения вала от радиуса при различной поверхностной плотности ткани

В четвертой главе описана механика процесса разьединения фрагментов отрезков ткапи и других волокнистых структур зубьями гарнитур пильчатых барабанов в зоне предварительного разволокнения. Этот процесс аналогичен процессу перехода волокон с одной кардной поверхности на другую. Сходство заключается в том, что в обоих процессах переход волокнистого материала с одной кардной поверхности на другую происходит через некоторую условную линию, называемую дугой съема. Обозначим через КПР и ЯПЕР радиусы приемного и передающего барабанов (рис. 3). Пусть прямая 0101 соединяет центры барабанов, а точка О на этой прямой определяет середину

минималыюго расстояния между барабанами. Ось (>7, перпендикулярная прямой 0,02, служит для определения разводки между барабанами Мшшмалыюе значение обозначим через а через б расстояние, на которое выступают волокна от вершин зубьев. Граничными точками соприкосновения зубьев передающего барабана с волокном являются точки ТУ, и М2 пересечения окружностей радиуса + 3 из точки О, и радиуса Ипа, из точки 02. Длина зоны взаимодействия ограничена точками N¡ и .обозначим ее через /„. Проекции точек 7/,и ЛГ2 на ось 02 обозначим через гни соответственно.

Рис. 3. Зона съема разволокняемого материала

Из рис. 3 длина дуги взаимодействия определяется следующим соотношением:

Отметим, что

» ё\И„р + В„ЕР » (3)

поэтому формула для расчета длины дуги взаимодействия примет ввд:

1а VI

"ЯР ^ПЕР.

У

С4)

и

График зависимости /„ от Ктг при различных ¿(Кт, = о,2л,;£„ = 0,1.«,«) представлен па рис. 4.

Рассмотрим процесс разрыва отрезка ткани зубьями гарнитуры барабанов, вращающихся на встречу друг другу. На приемном барабане радиусом Л, вращающемся с частотой л„ располагается отрезок ткани шириной

а И ДЛИНОЙ Ь .

Этот отрезок захватывается зубом гарнитуры передающего барабана радиуса У?2 вращающегося с частотой щ. На коротком участке зоны взаимодействия Д/ отрезок ткани приобретает скорость, равную сумме окружных скоростей барабанов. Величина Д1 составляет некоторую часть от

п окружные скорости приемного и передающего барабанов.

8=0,5мм

5=0,75мм

5=1мм

ГЪгер, м

0.11 0,12 0,13 0,14 0,15

Рис. 4. Зависимость длины зоны съема от радиуса передающего барабана при различных значениях величины выступа волокон

Отрезок ткани разгоняется от окружной скорости приемного барабана до скорости окружной скорости передающего барабана. Время, за которое отрезок приобретает суммарную скорость у = у, +у2, равно:

д/ =

д;

У,+У2

Относительно поверхности первого приобретаемый отрезком ткани, составит:

Т.к. т = СаЬ, то

1 = т{у, + у2). 1 = ваЬ(у,+ у2).

(5)

барабана импульс силы,

(6) (7)

Сила на разрыв ткани, которую развивает второй барабан, составляет:

АI

Следовательно, с учетом выражения для ¿и имеем:

ваМу, +у2)2

(9)

д;

Из этой зависимости следует, что для повышения эффективности разволокнения необходимо стремиться увеличить суммарную скорость барабанов, а также их радиусы. Однако чрезмерное увеличение скорости приводит к повышению вероятности разрыва волокон и снижению выхода

длинного волокна.

Обозначим через К относительную разрывную нагрузку:

К= — -100%, Р

(10)

где Р - разрывная нагрузка ткани.

Величина К показывает отношение силы разрыва к разрывной нагрузке ткани в процентах, подставив выражение (9) в (10):

СаЫу^Ь)1.100% (11)

РЫ

Зависимость К от в при различных Р, представлена на рйс. 5. К,%

Р =10000 Им

Р^ 12000 Н/м Р(=14000 Н/м 1^=16000 Н/м Р =18000 Н/м Р =20000 Н/м

О, г/г/

Рис. 5. Зависимость К от О при различных разрывных нагрузках ткани Р,

При К >100% сила, с которой гарнитура передающего барабана воздействует па перерабатываемый материал, превышает разрывную нагрузку ткани, что приводит к разрыву волокон п материале и снижению выхода длинного волокна. Поэтому необходимо обеспечить такой режим работы оборудования, при котором значение относительной разрывной нагрузки не превышало 100%. В этом случае разрыва волокон не произойдет а разволокнение будет наиболее эффективным. '

В пятой главе представлены результаты производственных исследовании влияния увлажнения паром текстильных отходов на эффективность регенерации.

В табл. 3 приведены результаты исследования влияния увлажнения отходов лоскута на эффективность процесса регенерации.

_ Таблица 3

Илияние увлажнения на эффективность регенерации волокон

Тип образца Средняя длина, мм Модальная длила, мм Штапельная длина, мм Коэф. вариации, % Доля коротких волокон, <11 мм, % Доля длинных волокон, >20 мм, %

Контрольпый 19,2 25,0 27,7 27,6 29 40

Опытный 24,2 34,0 36,8 26,6 24 54

Из табл.4 видно, что применение увлажнения позволило повысить долю выхода длинных волокон на 14%. Это позволило увеличить процент вложения в состав рабочей сортировки регенерированных волокон до 25% без ухудшения качества готовой продукции, что подтверждено актом о проведении научно-исследовательской работы.

С целью определения универсальности предложенной технологии проведено исследование влияния увлажнения на эффективность процесса регенерации отходов хлопка.

В табл. 4 приведены результаты исследования влияния увлажнения отходов хлопчатобумажной пряжи и путанки и последующей их регенерации.

Таблица 4

Влияние увлажнения на эффективность регенерации волокон

Тип образца Средняя длила, мм Модальная длина, мм Штапельная длина, мм Коэф. вариации, % Доля коротких волокон, < 11 мм, % Доля длинных волокон, >20 мм, %

Контрольный 12,2 11,0 13,1 40,1 35 34

Опытный 14,6 18,0 19,8 39,7 28 55

Из приведенных данных видно, что введение в поточную линию переработки отходов разработанного устройства увеличило долю длинных волокон на 21%, что позволило повысить процент вложения переработанного волокна в состав рабочей сортировки с 5 до 8% без снижения качества конечного продукта, что подтверждено актом о внедрении результатов научно-исследовательской работы.

Выводы по работе

1 В результате аналитического обзора существующих технологии по регенерации текстильных отходов установлено, что в настоящее время за основу взято жесткое механическое воздействие на волокнистый материал со стороны рабочих органов, что нарушает структуру волокна, и, следовательно, конечный разволокненный продукт представляет собой сырье низкого качества

2 Разработана математическая модель для определения силы воздействия гарнитуры барабанов на перерабатываемый материал в зоне предварительного разволокнения, на основе которой предложены методы для достижения наиболее эффективного режима работы зоны предварительного разволокнения.

3 Предложена усовершенствованная конструкция поточной линии по разволокнению текстильных отходов, позволяющая сохранить первоначальные свойства регенерированных волокон за счет применения разработанного устройства для регенерации текстильных отходов на подготовительном этапе регенерации.

4. Подтверждено, что установка вытяжного прибора перед концервальнои машиной IC-11-ÏII повышает долю выхода длинных волокон на 15%. Определено направление зубьев пильчатой гарнитуры валиков вытяжного прибора, обеспечивающее минимальное повреждение волокон.

5 Определены диапазоны варьирования радиусов и частот вращения рабочего вала, при которых работа устройства обеспечивает начальное разряжение структуры отрезков ткани перед процессом регенерации.

6 Результаты производственных испытаний регенерации отходов лоскута показали что введение в технологическую цепочку разработанного устройства для регенерации текстильных отходов Повышает выход длинного волокна im 14% что подтверждено актами о проведении производственных исследовании.^

' 7. Определен ожидаемый экономический эффект от предложенной технологии регенерации текстильных отходов, оставляющий 5,5 млн. руб. в год по предприятию за счет увеличении доли вложения в смесь отходов, прошедших обработку в устройстве для регенерации текстильных отходов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Научные статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных

журналах

1 Фролов В.Д. Эффективность регенерации текстильных отходов при использовании технологий с дополнительными ограничительными условиями / В.Д. Фролов, И.В. Фролова, С.П. Швидкый, С.Ю. Капустин // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -2009.- №2,- С. 65...67.

2. Швидкыи, С.П. Исследование динамики процесса разволокнения отрезков ткшш между двумя пильчатыми поверхностями / С.П. Швидкый // Изв. вузов. Технология текстильной промышлешгости. - 2012. - № 4 -С.74...76.

3. Фролов, В.Д. Расчет длины зоны съема волокнистого материала / В.Д. Фролов, С.П. Швидкый // Изв. вузов. Технология текстильной промышлешгости. - 2012. - № 5. - С.56.. .59.

Научные статьи, свидетельства, патенты и тезисы докладов

4. Пат. 2313626 Российская Федерация, МПК БОШ 11/04. Устройство для регенерации текстильных отходов / Фролов В.Д, Фролова ИВ Башков А.П., Жарова Н.Г., Шввдкый С.П.; заявитель и патентообладатель Ивановская государственная текстильная академия. - № 2006111698/12- загатт

10.04.2006; опубл. 27.12.2007, Бюл. № 36. - 6 с.

5. Формирование нетканых полотен из отходов текстильной промышленности: методические указания / сост. С.П. Швидкый, Г А Пряхина - Иваново: ИГТА, 2006. - 72 с.

6. Швидкый, С.П. Анализ технологических процессов регенерации текстильных отходов шерстопрядильного производства / С.П. Швидкый,

B.Д. Фролов, Г.А. Пряхина; Иванов, гос. текст, акад. -М 2007 - 10 с - ТТетт п' ВИНИТИ 11.07.2007, №715. ' Д

7. Пряхина, Г.А. Регенерация прядомых волокон из отходов "1е^С™"Р™'"ОГО производства / Г.А. Пряхина, С.П. Швидкый // 1ЬЛ1ЬК1ЛИЛЬ - 2007: сборник материалов всероссийской научно-технической конференции. - Димитровград: ДИТУД (филиал УГТУ), 2007. - С. 69

8. Швидкый, С.П. Описание влияния характеристик пара' на свойства шерстяных текстильных отходов и эффективность их разволокнения /

C.П. Швидкыи, В.Д. Фролов, Г.А. Пряхина; Иванов, гос. тек&г. акад -М 2008 -9 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.01.2008, № 48.

9. Швидкый, С.П. Расчет параметров барабана устройства для регенерации текстильных отходов / С.П. Швидкый, В.Д. Фролов, Г.А. Пряхина; Иванов, гос. текст, акад. -М„ 2008. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.01.2008, № 49

10. Пряхина, Г.А. Описание параметров барабана устройства для регенерации текстильных отходов / ГЛ. Пряхина, С.П. Швидкый // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2008)-сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов.-Иваново: ИГТА, 2008. -4.1. - С. 30-31.

11. Фролов, В.Д. Устройство для регенерации текстильных отходов/ В.Д. Фролов, С.П. Швидкый // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2008): сборник материалов межвузовской =ноТГ™ конференции аспирантов и студентов. - Иваново: ИГТА,

12. Пряхина, Г.А. Описание параметров рабочей камеры устройства для регенерации текстильных отходов / Г.А. Пряхина, С.П. Швидкый // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: сборник материалов 60-й межвузовской

научно-технической конференции молодых ученых и студентов. - Кострома:

КГТУ, 2008. - Т. 2. - С. 39 - 40.

13 Фролов, В.Д. Описание устройства для рененерации текстильных отходов / В.Д. Фролов, СЛ. Швидкый // Студенты и молодые ученые КГТУ -

производству: сборник материалов 60-й межвузовской ш^техршческои конференции молодых ученых и студентов. - Кострома: К1 1 У, ДД>». 1. С. 56-57.

Швидкый Сергей Павлович

Повышепие эффективности типологии регенерации шерстяных отходов путем применения влажпотепловой обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 21.05.2013. Псч. л. 1,0. Заказ-, Тираж 100.

РИО КГТУ, Кострома, ул. Дзержинского, 17

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет»

(КГТУ)

На правах рукописи

04201360?5б

Швидкый Сергей Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ШЕРСТЯНЫХ ОТХОДОВ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ВЛАЖНОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор Фролов В. Д.

Кострома 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение......................................................................................5

Общая характеристика работы.........................................................7

1. Аналитический обзор существующих способов переработки текстильных отходов из шерсти.....................................................13

1.1. Факторы, влияющие на развитие шерстяного комплекса............13

1.2. Анализ состояния рынка шерсти..........................................15

1.3. Классификация шерстяных промышленных отходов...................18

1.4. Теоретические разработки по разволокнению

отходов текстильного производства.......................................26

1.5. Способы подготовки текстильных отходов из волокон

шерсти и их смесей............................................................33

1.6. Оборудование для переработки текстильных отходов содержащих волокна шерсти..................................................35

1.7. Основные направления использования отходов шерстяного производства..................................................................46

1.8. Технологическая и экономическая целесообразность

выбора волокон для производства нетканых материалов............49

Выводы по главе 1.............................................................................51

2. Исследование влияния влажнотепловой обработки

на степень разволокнения................................................................53

2.1. Исследование влияния влажнотепловой обработки

на степень увеличения массы пряжи.......................................53

2.2. Исследование изменения разрывной нагрузки отходов пряжи

при влажнотепловой обработке............................................55

2.3. Исследование степени разволокнения отходов в зависимости

от стадии переработки.........................................................55

Выводы по главе 2...........................................................................61

3. Поточная линия для регенерации текстильных отходов........................62

3.1. Описание поточной линии для регенерации

текстильных отходов.........................................................62

3.2. Устройство для резания текстильных отходов..........................68

3.3. Устройство для регенерации текстильных отходов...................73

3.4. Расчет параметров барабана устройства

для регенерации текстильных отходов.....................................78

3.5. Описание влияния характеристик пара на свойства шерстяных текстильных отходов и эффективность их разволокнен.....................................................................84

3.6. Моделирование технологического процесса обработки лопастями шнекового механизма отрезков ткани......................88

3.6.1. Теоретическое исследование процесса силового воздействия лопасти на отрезок ткани.................................................88

3.6.2. Расчет силового воздействия лопасти на отрезок ткани............91

3.6.3. Расчет технологических параметров устройства, необходимых для осуществления начального этапа разволокнения................................................................96

3.6.4. Расчет частоты вращения лопастей, необходимой

для сбрасывания с них отрезков материала..........................105

3.7. Усовершенствованная щипально-замасливающия машина.........114

Выводы по главе 3.........................................................................117

4. Математическое моделирование процесса разволокнения отходов между пильчатыми поверхностями вращающихся барабанов.................120

4.1. Постановка задачи...........................................................120

4.2. Расчет длины зоны съема волокнистого материала..................121

4.3. Исследование динамики процесса разволокнения

отрезков ткани между двумя пильчатыми поверхностями..........124

Выводы по главе 4.........................................................................128

5. Производственные исследования процесса регенерации

текстильных отходов.....................................................................129

5.1. Производственные исследования процесса регенерации

отходов лоскута шинельного сукна...................................................129

5.2. Производственные исследования процесса регенерации

отходов х/б пряжи и путанки...........................................................132

5.3. Статистическая обработка экспериментальных данных............135

5.4. Эффективность влажнотепловой обработки материала...............141

Выводы по главе 5..........................................................................142

Общие выводы и рекомендации........................................................143

Список литературы.......................................................................145

Приложение 1..............................................................................159

Приложение II..............................................................................166

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день больше внимание уделяется рациональному использованию сырья, а также поиску путей эффективного использования регенерированных волокон и возможности их получения.

Отходы представляют значительный резерв сырья и могут быть направлены на производство пряжи больших и средних плотностей, нетканых материалов, но, несмотря на достигнутый прогресс в последние годы, проблемы с регенерацией волокон из отходов остаются.

Практически все виды отходов могут быть переработаны, но для этого необходимо качественно очистить, разрыхлить отходы и удалить из них пыль [1].

Практические попытки использовать отходы только при производстве нетканых материалов привело к тому, что такие виды отходов как мягкие концы пряжи и ошлихтованные концы образующиеся в швейной и трикотажной промышленности не нашли своего полного применения, особенно при выработке пряжи.

В настоящее время в текстильной, химической и легкой промышленности создавались большие объемы текстильных отходов. Значительная часть, которых подлежит регенерации с целью получения качественного волокна с возможностью использования при выработке текстильных изделий.

Поэтому возможности их переработки - задача актуальная и своевременная, так как возрастающий объем и расширяющийся ассортимент производства продукции текстильной промышленности требует увеличения количества сырья. Вариантом использования данных отходов может служить производство пряжи, где есть возможность их использования после регенерации [2].

Процесс регенерации текстильных отходов является оптимальным вариантом повторного применения волокнистого сырья. При осуществлении

данного процесса возникают расходы, связанные с переработкой данных отходов. Но не смотря на это применение ресурсосберегающих технологий позволяет исключить затраты на приобретение высококачественного сырья, что позволяет повысить долю вложения в смесь волокон прошедших регенерацию.

В текстильной промышленности насчитывается порядка 25 видов отходов шерстопрядильного и валяльного производств, которые, несомненно, могут быть подвергнуты регенерации. Сегодня на сырьевом текстильном рынке наблюдается тенденция повышения цен на сырье, поэтому поиск новых эффективных способов применения текстильных отходов является очень своевременным.

Зарубежный опыт показывает, что наиболее емкими секторами по применению регенерированного волокна являются легкая промышленность, строительная промышленность и в том числе дорожно-строительная промышленность, в автомобиле- и авиастроении. Возрастающая доля использования вторичного сырья наблюдается при производстве мебели и производстве канцелярских товаров и при производстве целлюлозно-бумажной продукции. Также значительную долю применения регенерированного волокна используют при выработке иглопробивных и валяльно-войлочных изделий, при изготовлении прокладочных и упаковочных материалов.

Как уже отмечалось выше в связи с ростом мировых цен на текстильное сырье, в западных странах возрастает интерес к регенерированному волокну при выработке пряжи. Известно что, на текстильных предприятиях США разработана новая технология выработки пряжи с вложением в смесь до 55% регенерированного хлопкового волокна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Диссертационная работа направлена на решение проблемы усовершенствования текстильного оборудования, позволяющего повысить эффективность процесса регенерации текстильных отходов. Текстильные предприятия сталкиваются с проблемой переработки отходов образующихся при производстве трикотажных и швейных изделий, которые не используются в полной мере при выработке пряжи.

Возможность и целесообразность использования отходов текстильной промышленности определяется наличием значительного объема волокнистых отходов содержащих порядка 50 % прядомого волокна, которое можно направить на выработку нетканых материалов и пряжи различной линейной плотности.

Отходы лоскута, некондиционной пряжи и отходы льняного производства общей долей около 40% также служат значительным резервом для текстильного производства с целью получения регенерированного волокна.

На сегодняшний день достигнуты значительные успехи в повышении конкурентоспособности, но, не смотря на это, остается ряд проблем связанных с использованием текстильных отходов.

Получение качественного регенерированного волокна может быть достигнуто только применением таких технологических решений, при которых осуществляется щадящий режим регенерации отходов. При таком режиме работы оборудования волокна максимально сохраняют свои первоначальные свойства и характеристики, что переводит полученные из таких волокон изделия на более высокий потребительский уровень и расширяя ассортимент выпускаемой продукции. Достижение такого режима работы технологического оборудования расширяет диапазон применения полученных регенерированных волокон, повышая качество, получаемых из

них изделий. Такие преимущества обеспечивают повышение конкурентоспособности продукции и улучшение технико-экономических показателей, что является целью любого предприятия.

Большинство оборудования обеспечивает переработку механическим воздействием, что нарушает структуру волокна сопровождающегося многочисленными разрывами и ухудшает его ценные технологические свойства и характеристики.

Цель работы. Целью диссертационной работы является улучшение качества текстильных материалов, изготовленных с использованием вторичного сырья, за счет повышения эффективности технологического процесса регенерации отходов шерстяной промышленности, основанного на применении тепловлажностной обработки на подготовительном этапе регенерации.

Задачи исследования. Для достижения намеченной цели в работе решены следующие задачи:

1. Изучены существующие технологии и оборудование для переработки отходов шерстяного производства, а также направления их использования.

2. Теоретически обоснован и усовершенствован технологический процесс и оборудование для регенерации отходов текстильного производства.

3. Разработана новая технология регенерации отходов шерсти с применением тепловлажностной обработки с сохранением исходных свойств волокна.

4. Разработана конструкция поточной линии и основные технологические составляющие поточной линии по регенерации отходов текстильного производства.

5. Изучена механика силового воздействия граней лопастей рабочего вала на отрезки лоскута, выведены математические модели, описывающие процесс ударного воздействия граней лопастей на лоскут.

6. Изучена механика процесса разъединения волокнистых фрагментов лоскута, пряжи и других волокнистых структур зубьями гарнитур пильчатых барабанов.

Методы исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В работе использованы методы математического и компьютерного моделирования, методы математической статистики и обработки экспериментальных данных. Обработка результатов исследований, а также разработка модели производилась с помощью персонального компьютера. Полученные данные подвергались обработке на ЭВМ с помощью известных методов и программ, предназначенных для обработки статистических данных. Исследования проводились на действующем оборудовании в лабораторных и производственных условиях.

При разработке конструкции устройства для регенерации текстильных отходов учитывались существующие принципы построения конструктивных схем и особенности технологического процесса регенерации текстильных материалов.

Научная новизна заключается в решении задачи получения полноценного сырья в процессе регенерации отходов текстильного производства и повторного их использования с экспериментальным обоснованием технологии путем создания устройств, повышающих эффективность регенерации текстильных отходов с максимальным сохранением длины волокна.

Впервые получены следующие основные результаты:

1. Изучено современное состояние проблемы повышения эффективности регенерации отходов текстильного производства.

2. Разработаны и научно обоснованы технология и оборудование для регенерации волокон с поэтапным процессом разволокнения текстильных отходов лоскута и пряжи.

3. Определено направление гарнитуры вытяжных приборов, установленных в секциях питания устройств, входящих в состав поточной линии для регенерации текстильных отходов, обеспечивающих минимальное укорочение волокон в процессе разволокнения.

4. Разработана математическая модель для расчета инерционных сил в процессе разволокнения, определяющая эффективность регенерации.

5. Разработаны и представлены методы определения оптимальных режимов работы устройства для регенерации текстильных отходов.

6. Проведены экспериментальные исследования влияния тепловлажностной обработки на эффективность регенерации текстильных отходов.

7. Экспериментально исследованы физико-механические свойства изделий выработанных с применением регенерированных волокон, прошедших тепловлажностную обработку.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Разработаны технологии и технические средства переработки отходов, а также способы их использования при производстве текстильных изделий, позволяющие эффективно решать задачу переработки текстильных отходов.

Практическая реализация полученных результатов осуществлялась на предприятиях ООО «ВАТ - ТЕКС» (г. Родники, Ивановская обл.) и ООО «Фурмановская прядильно - ткацкая фабрика №1» (г. Фурманов, Ивановская обл.).

Определен ожидаемый экономический эффект от увеличения доли вложения в дорогостоящее сырье регенерированных волокон, полученных по предложенной технологии.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры механической технологии текстильных материалов ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная текстильная академия» в виде методических указаний для студентов 3, 4, 5 курсов по специальности 280300.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на следующих конференциях:

- всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (ТЕХТЕКСТИЛЬ - 2007)», Димитровград (ДИТУД - филиал УГТУ);

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК - 2008)», Иваново (ИГТА);

- 60-й юбилейной межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ -производству», Кострома (КГТУ), 2008г.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, представлены автором в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций, 5 тезисах докладов всероссийских научно -технических конференций, одном патенте на изобретение, 3 депонированных статьях во Всероссийском институте научной и технической информации (ВИНИТИ) и методических указаниях.

Личный вклад автора в получение результатов, изложенных в диссертации. Вклад автора состоит в участии во всех этапах процесса, разработке эксперимента, постановке эксперимента и получении экспериментальных данных, обобщении результатов и формулировке выводов, подготовке основных публикаций по выполненной работе, разработке устройства для регенерации текстильных отходов.

Доля соискателя в опубликованных с соавторами работах по теме диссертации составляет от 20 до 100%.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав. Материал представлен на 168 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 124 наименований и включает 2 приложения.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ОТХОДОВ ИЗ ШЕРСТИ

В текстильной промышленности основными прич