автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии регенерации хлопкового волокна из отходов прядильного производства с последующим вложением в состав смеси

/

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

им. А.Н. КОСЫГИНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ РЕГЕНЕРАЦИИ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА ИЗ ОТХОДОВ ПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОСЛЕДУЮЩИМ ВЛОЖЕНИЕМ В СОСТАВ СМЕСИ

Специальность 05 Л 9.03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

На правах рукописи

УДК. 677.21.021.164(043.3)

/

Вафина Алла Петровна

технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Гончаров В.Г.

Москва - 1999

Содержание

стр.

ВВЕДЕНИЕ 5 ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВОПРОСАМ ОЧИСТКИ, РАЗРЫХЛЕНИЯ И ТРЕПАНИЯ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА _10

1.1 Состояние вопроса о механическом воздействии рабочих органов машин на хлопковое волокно в

процессе рыхления, смешивания и очистки_10

1.2 Опыт переработки отходов хлопкопрядильного производства на отечественном и зарубежном оборудовании^_____________________13

1.3 Отходы, образуемые в процессе переработки

хлопкового волокна______ 25

Выводы по главе 1 _________30

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СУЩНОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА^_31

2.1 Теоретический анализ и обобщение условий разрыхления

и очистки__31

2.2 Теоретическое обоснование применения пильчатой гарнитуры при регенерации хлопкового волокна из

отходов хлопкопрядильного производства __36

2.3 Статистическая модель функционирования процесса пильчатого воздействия на волокно __45

2.4 Статистические законы взаимодействия комплекса волокон

с зубьями пильчатого барабана _47

2.5 Элементарные вероятности переходов клочков волокон

из одной волокнистой системы в другую _51

2.6 Статистические законы формирования характеристик

длины хлопкового волокна в процессе очистки_55

2.7 Экспериментальное доказательство регенерации

хлопкового волокна из отходов __58

Выводы по главе 2 ____69

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА ИЗ ОТХОДОВ ПРЯДИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 70

3.1 Исследование работы оборудования фирмы ТгиЬгасЫсг

для регенерации хлопкового волокна___70

3.2 Оптимизация заправочных параметров пильчатого очистителя 1Чоуа-Со1оша ЫС7, для регенерации хлопкового волокна из прядомых отходов 74

Выводы по главе 3 87

ГЛАВА 4, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЦЕНТА

ВЛОЖЕНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО ВОЛОКНА И ОБРАТОВ В СОСТАВ СМЕСИ 88

4.1 Нахождение оптимального процента вложения

отходов и обратов в сортировку __88

4.2 Сравнительный анализ двух типов

разрыхлительно-очистителышх агрегатов при переработке смеси с вложением регенерированного

волокна _____ 93

Выводы по главе 4______102

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО ЭК01ЮМИЧЕСКОГО

ЭФФЕКТА ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО ХЛОПКОВОГО

ВОЛОКНА_____103

5 Л Методы определения экономической эффективности_103

5.2 Баланс сырья__ 106

5.3 Себестоимость пряжи___112

Выводы по главе 5_ 115

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ__116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ__118

ПРИЛОЖЕНИЕ 1_125

ПРИЛОЖЕНИЕ 2__136

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 _137

ПРИЛОЖЕНИЕ 4__138

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ______________ 139

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время, в нащей стране сложилась ситуация, в которой текстильная промышленность оказалась в глубоком кризисе. Причинами тому явились нарушение кооперационных связей, финансовые неурядицы,, нестимулизирующая отечественное производство налоговая и внешнеэкономическая политика, а главное, что текстильная промышленность России лишилась своей основной ранее абсолютно надежной сырьевой базы - хлопка.

В период до 1991 года сложился в целом гармоничный межотраслевой текстильный комплекс. В России производилось 73% хлопчатобумажных тканей, а хлопковое волокно поставлялось, в основном из Средней Азии. При этом государства Средней Азии, производящие 90% хлопка, вырабатывали лишь 9% хлопчатобумажных тканей. Стремление к полной самостоятельности основных хлопкопроизводящих республик Средней Азии, безусловно, будет сопровождаться мероприятиями по уменьшению зависимости от монокультуры хлопчатника и в тоже время желанием получить за нее основную часть валюты. Данные обстоятельства объективно отражают сокращение потенциальных ресурсов хлопка для российской текстильной промышленности.

Таким образом, возрос интерес к проблеме улучшения использования натурального сырья и, в частности, к Максимальному и правильному использованию отходов производства.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки и исследования новой технологии для рег енерации волокна.

В условиях ухудшения сырьевой базы, отсутствия хлопкового волокна нужного качества и ассортимента возросла необходимость вторичного использования отходов хлопкопрядильного производства.

Во всем мире получает все большее распространение перспективная стратегия переработки отходов, которая предполагает регенерацию прядомого волокна на том же предприятии, где эти отходы получены. В этом случае, волокно, выделенное из отходов на специальном оборудовании, может быть снова использовано в сортировке для приготовления пряжи ниже средних и средних плотностей, что приведет к экономии сырьевых материалов.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование новой технологии и оборудования для регенерации хлопкового волокна из отходов прядильного производства с последующим вложением его в рабочую сортировку для повышения эффективности хлопчатобумажного производства, экономии волокнистого материала и более рационального использования сырья. В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

- теоретическое исследование процессов разрыхления и очистки отходов хлопкового волокна;

- обоснование необходимости исследования регенерации хлопкового волокна из отходов прядильного производства;

- доказательство целесообразности обработки отходов пильчатыми органами;

проведение анализа конструкции технологического оборудования с различными способами воздействий на хлопковое волокно для очистки отходов прядильного производства;

- проведение сравнительных испытаний двух разрыхлительно-очистительных установок с различными воздействиями на волокно;

- определение оптимальных заправочных параметров пильчатого очистителя;

- определение оптимального процента вложения отходов в рабочую сортировку;

- экономическое обоснование использования регенерированного хлопкового волокна из отходов прядильного производства.

Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования проводились с целью доказательства того, что при использовании очистительных установок с пильчатой гарнитурой для переработки вторичных отходов действительно происходит регенерация (восстановление) прядомого волокна с сохранением его высоких физико-механических свойств.

Экспериментальные использования проводились в

производственных условиях с применением методов планирования эксперимента и математического анализа полученных результатов.

В работе использованы методы определения основных физико-механических показателей хлопкового волокна с применением приборов ПЗС, АХ-М, МШУ-1, МПРШ-1, ДШ-3.

Научная новизна исследования. При проведении теоретических и экспериментальных исследовании автором впервые:

теоретически и экспериментально обоснована сущность регенерации хлопкового волокна из отходов;

теоретически и экспериментально обоснованы преимущества расшатывания и расчесывания волокнистого материала из отходов пильчатыми рабочими органами по сравнению с колковыми и ножевыми;

разработаны оптимальные параметры работы пильчатого очистителя типа Nova-Cotonía NCZ;

получены математические модели^ отражающие зависимость физико-механических свойств регенерированных волокон от способа обработки отходов;

разработана математическая зависимость физико-механических свойств полуфабрикатов и пряжи от процентного вложения регенерированного волокна в сортировку;

получен оптимальный процент вложения регенерированного волокна из отходов и обратов в рабочую сортировку.

Практическая ценность:

обоснована целесообразность применения пильчатых органов при переработке (регенерации) волокнистого материала, содержащего прядомые отходы;

разработаны, апробированы и рекомендованы для использования оптималыпые параметры заправки пильчатого очистителя типа Nova-Cotonia NCZ;

доказано преимущество расщипывающего и расчесывающего воздействия на волокно при регенерации перед ударным воздействием;

получен оптимальный процент вложения регенерированного волокна из отходов в рабочую сортировку при приготовлении пряжи средних линейных плотностей;

приведено экономическое обоснование использования

регенерированного волокна в составе смеси;

полученные результаты могут быть использованы при реконструкции действующих и строительстве новых предприятий.

Обоснованность и достоверность, полученных результатов, обусловлены большим объемом экспериментов и подтверждены соответствующими расчетами, а также производственной проверкой в ЗАО "Яхромской текстиль". Точность полученных показателей качества характеризуется доверительной вероятностью - 0,95, относительной погрешностью - 5%.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

на заседании кафедры прядения хлопка и химических волокон московской текстильной академии в 1995, 1996, 1997,199В г.г.

на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов московской текстильной академии в 1995, 1996 г.г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 5 глав с выводами, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, имеет 24 рисунка, 17 таблиц, список литературы включает 68 наименований. Приложения представлены на 18 страницах.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО - ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ВОПРОСАМ ОЧИСТКИ, РАЗРЫХЛЕНИЯ И ТРЕПАНИЯ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

1.1 Состояние вопроса о механическом воздействии рабочих органов машин на хлопковое волокно в процессе рыхления, смешивания и очистки.

В дореволюционной России вопросам очистки волокнистого материала от сорных примесей уделяли большое внимание основоположники механической технологии волокнистых материалов - проф. Ф.М. Дмитриев /1/, проф. С.А. Федоров /2/, проф. H.A. Васильев 13/. В своих работах русские ученые определили задачи процессов рыхления, смешивания и очистки волокнистого материала, сущность этих процессов, факторы, влияющие на конечный результат - пряжу.

Дальнейшее развитие вопросов разрыхления, очистки и смешивания волокнистого материала получило в работах Л.М.Кузьмина /4/, Н.Т.Павлова /5,6/, И.В.Будникова, Н.Я.Канарского, А.П.Ракова III, Б.М.Владимирова /10/, А.Г.Севостьянова /12,13/.

Павлов Н.Т. показал /5,6/, что в процессе очистки, разрыхления и смешивания хлопкового волокна на заключительном этапе воздействуют планочные (рис.1) и игольчатые трепала (рис.2). Планочное трепало, нанося скользящий удар по всей ширине бородки, производит в первый момент очень сильное встряхивание бородки, благодаря чему происходит усиленное

Рис. 1 Трехбильное трепало.

Рис. 2 Игольчатое трепало.

Рис. 3 Пильчатое трепало.

отделение отходов, которые подвергаются действию центробежных сил и вылетают через первые же колосники.

Игольчатое трепало проникает внутрь бородки и разделяет хлопок лучше, чем планочное трепало, но ударное воздействие игл значительно слабее.

Что касается пильчатого трепала (рис.3), то, по опытным данным применение его на разных сортах хлопка дает больший эффект, чем применение игольчатого.

Павлов Н.Т. показал /5,6/, что в отходах из-под планочного трепала содержится около 80% сорных примесей и около 20% волокон, между тем как в отходах из-под игольчатого трепала получается сорных примесей около 52% и волокон около 48%. Это обстоятельство свидетельствует о преимуществах планочного трепала.

На основании данных изучения работы трепал двух типов можно в качестве разрыхлительного органа рекомендовать игольчатое трепало. Планочное трепало целесообразно применять как орган, очищающее волокно.

Будников В.И. /7,8,9/ разработал ряд положений, дающих возможность математически представить значение некоторых факторов процесса трепания. Он также отмечал, что сущность трепания состоит в том, что каждая частица волокнистого материала, подаваемого к трепалу, подвергается некоторому ударному воздействию его, следствием чего является разрыхление и очистка волокнистого материала. Мерой интенсивности ударного воздействия в механике является величина импульса силы, возникающей при ударе.

Владимиров Б.М. /10,11/ указывал, что пильчато-цилиндрическрш орган является перспективным, так как по сравнению с другимр! органами пильчатый барабан разрыхляет волокнистую массу лучше.

1.2.Переработка отходов на отечественном и зарубежном оборудовании.

В настоящее время, изготовление всех видов текстильных материалов связано с образованием разнообразных по виду и свойствам отходов технологического процесса. Павлов Ю.В. и Скворцова B.C. /17/ отмечают, что по прогнозу на 2000 год вторичное сырье (отходы производства и текстильное тряпье) составит около 16% всего мирового потребления волокнистого сырья.

Важным элементом реконструкции и технического перевооружения предприятий явилось расширение и обновление участков, перерабатывающих отходы. Это вызвано тем, что увеличение переработки хлопка машинного сбора с повышенной засоренностью, установка агрегатов эффективной очистки и чесальных машин, несоблюдение технологических параметров на оборудовании приготовительного отдела и повышение требований, предъявляемых к полуфабрикату, при внедрении пневмомеханического способа прядения привело к росту выхода отходов производства.

В выделяемых отходах содержится до 60% прядомого волокна. С целью повторного использования этого волокна необходима хорошая чистка отходов.

Владимиров Б.М. отмечает /10/, что для предварительного разрыхления, очистки и прессования обратов и отходов хлопкопрядильного производства на отечественных предприятиях применяют следующее оборудование: механизированные лабазы СН-ЗУ для накопления и переработки обратов и отходов хлопкопрядильного производства; вертикальный разрыхлитель ВРП-1; наклонный очиститель ОН-6-У циклического действия для разрыхления и очистки орешка трепального и

из-под приемного барабана; агрегат УОА-2 для непрерывного разрыхления и очистки отходов (орешка и шляпочного очеса). Агрегат УОА-2 устанавливают в цехе по переработке отходов хлопкопрядильных фабрик. Он состоит из головного питателя П-5, наклонного очистителя ОН-6-2, быстроходного конденсора КБ-3, очистителя отходов ЧУ-2.

На предприятии "Даниловская мануфактура" установлена линия по специальной переработке отходов: орешка с агрегата, орешка с трепальных машин, очеса и орешка с машин ЧМД-4. Плеханов А.Ф. разработал технологическую линию /19,20/, в состав которой входят: смеситель непрерывного действия СН-З-У, рыхлитель-чиститель ТРЧ, комбинированный наклонный очиститель ОНК-6, рыхлитель-чиститель ТРЧ, питатель Г1-5 (рис.4). Смеситель непрерывного действия СН-ЗУ предназначен для смешивания отходов хлопчатобумажного производства и хлопка. Рыхлитель-чиститель ТРЧ предназначен для интенсивного рыхления и очистки отходов хлопчатобумажного производства. В результате воздействия на волокнистую массу ножей в сочетании с колосниками происходит эффективное выделение сорных примесей в угарную камеру, а волокнистая масса снимается его ножами и протаскивается по колосниковой решетке. С последнего ножевого барабана волокнистая масса воздушным потоком подается па комбинированный наклонный очиститель ОНК-6, па котором вместо шести ножевых барабанов установлены колковый барабан, планочное трепало, колковый барабан и игольчатое трепало. Такое сочетание рабочих органов оказывает положительное влияние на процесс рыхления хлопка. Прессуют очищенное волокно с помощью прессов АРО-1.

Очищенные и спрессованные в кипы отходы могут повторно использоваться в технологическом процессе. В зависимости от ассортимента вырабатываемой пряжи и ее назначения они могут служить составной частью сортировки. Даны рекомендации /17/, что при выработке пряжи линейной

плотности 84-20 текс можно вкладывать до 25% отходов, при выработке пряжи 85-250 текс на роторных машинах МР-150-1 в смеси с низкосортным хлопком - до 30-40%, также можно вкладывать 10-15% очищенного волокна из отходов при выработке пряжи 18,5-15,4 текс.

Рис. 4 Технологическая линия по переработке отходов.

В производстве пряжи используется только 65-68% прядомых отходов, в том числе отходов второй прядомой группы - только 37%. Орешек и трепальный пух используются в производстве пряжи только на 30%. Остальные отходы применяются в производстве ваты, нетканых полотен, в цехах по производству товаров на