автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Совершенствование процесса отбеливания хлопчатобумажных тканей композицией на основе оптического отбеливателя стильбентриазинового ряда

На правах рукописи

МАРТЬЯНОВ КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТБЕЛИВАНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ КОМПОЗИЦИЕЙ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОГО ОТБЕЛИВАТЕЛЯ СТИЛЬБЕНТРИАЗИНОВОГО РЯДА

Специальность 05.17.08 Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИВАНОВО 2013

005061429

Работа выполнена на кафедре «Химические технологии органических веществ» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТТТУ»),

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Брянкин Константин Вячеславович,

доктор технических наук, доцент

Рудобашта Станислав Павлович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплотехники и энергообеспечения предприятий, Московский государственный агроинже-нерный университет им. В.П. Горячкина

Тишин Олег Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологических машин и оборудования, Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета

Ведущая организация

Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов» (ОАО «НИИХИМ-ПОЛИМЕР»), г. Тамбов

Защита диссертации состоится 1 июля 2013 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.05 в Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, ауд. Г-205. Тел.: (4932) 32-54-33. E-mail: dissovet@isuct.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « Z*^» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.063.05

Зуева Галина Альбертовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Происходящие в России процессы развития рыночных отношений оказывают благоприятное влияние на наращивание производства товаров бытовой химии, ведущей среди которых является группа синтетических моющих средств (CMC). В состав CMC входит оптический отбеливатель, использующийся для крашения в белый цвет хлопчатобумажных (х/б) тканей.

Основным показателем оптических отбеливателей является прирост белизны ткани, который в значительной степени зависит от вида оптического отбеливателя, типа ткани, технологических параметров процесса нанесения оптического отбеливателя и наличия наполнителей, повышающих эффективность отбеливания ткани.

Отбеливание х/б тканей длится 30 мин при температуре 50 °С, при этом белизна ткани достигает своего максимального значения при определенной концентрации оптического отбеливателя и дальнейшее увеличение белизны возможно только при увеличении его концентрации в растворе CMC, что экономически нецелесообразно.

Разработка оптически отбеливающей композиции (ООК), в состав которой входят оптический отбеливатель и наполнители, позволит: снизить расход оптического отбеливателя для придания ткани требуемой белизны, уменьшить продолжительность процесса нанесения компонентов ООК на волокна нитей х/б ткани, снизить затраты на производство ООК за счет создания новых выпускных форм.

Работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 — 2013 гг. ГК от 1 декабря 2010 г. № 14.740.11.0821, Аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» код РНП. 2.2.1.1.5355, гранта РФФИ № 12-03-97552-р_центр_а.

Цель работы. Создание физической модели процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани, разработка его математического описания, позволяющего определить технологические параметры процесса переноса ООК в нити х/б ткани для достижения заданной степени белизны х/б ткани. Разработка ООК на основе оптического отбеливателя для х/б тканей, повышающей белизну волокон нитей х/б ткани за счет введения наполнителей, увеличивающих воздействие оптического отбеливателя на х/б ткань.

Задачи исследования. Для выполнения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

— исследована структура х/б ткани типа «Бязь» из хлопковых волокон;

— предложена физическая модель процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани;

- разработано математическое описание процесса переноса ООК в нити х/б ткани с учетом типа ткани, геометрии нитей и способа их плетения;

- определены наполнители, используемые при отбеливании х/б тканей для повышения эффективности воздействия оптического отбеливателя;

— предложен состав наполнителей в ООК, обеспечивающий высокое качество отбеливания волокон нитей х/б ткани;

— изучено влияние наполнителей ООК на белизну х/б ткани;

- предложена ООК, формирующая высокие показатели качества х/б ткани при ее нанесении;

- проведена проверка адекватности предложенного математического описания процесса переноса ООК в нити х/б ткани реальному процессу;

- предложена инженерная методика, позволяющая определить технологические параметры процесса крашения: продолжительность процесса переноса ООК в нити х/б ткани, концентрацию ООК в х/б ткани по окончании процесса, обеспечивающую требуемую белизну волокон нитей х/б ткани;

- обоснована себестоимость производства ООК в сухой выпускной форме и в виде высококонцентрированной суспензии.

Научная новизна работы:

- предложена физическая модель процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани;

- разработано математическое описание процесса переноса ООК в нити х/б ткани с учетом: типа ткани, геометрии нитей и способа их плетения;

- предложен состав наполнителей в ООК, обеспечивающий высокое качество отбеливания волокон нитей х/б ткани;

- установлено влияние наполнителей ООК на белизну х/б тканей.

Практическая ценность:

- предложена схема красильной установки для нанесения ООК на х/б ткань;

- определены концентрации наполнителей ООК и их влияние на прирост белизны волокон нитей х/б тканей;

- разработаны две выпускные формы ООК, состоящие из оптического отбеливателя и наполнителей, обеспечивающие высокие показатели качества отбеливания х/б тканей (при наличии 50% оптического отбеливателя в ООК);

- разработана инженерная методика расчета технологических параметров нанесения ООК на х/б ткань при использовании предложенной красильной установки, позволяющая рассчитывать: скорость движения х/б ткани, продолжительность процесса нанесения ООК на х/б ткань и ее выдержки для достижения заданной концентрации ООК в х/б ткани;

- рассчитана себестоимость производства ООК в сухой выпускной форме и в виде высококонцентрированной суспензии (ВКС), которая подтверждает экономическую целесообразность ее производства. Снижение себестоимости составило для сухой выпускной формы 36,5%, а для ВКС-формы - 38,7% по сравнению с оптическим отбеливателем.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 1 Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010 г.), 8 Всероссийской научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологии» (Тула, 2010 г.), 5 Общероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы современной науки и образования» (Красноярск, 2010 г.), 1 Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» (Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Диссертация содержит 147 страниц машинописного текста, в том числе 57 рисунков и 54 таблицы, список использованных источников включает 146 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований. Показана научная новизна и практическая ценность, даны рекомендации по реализации результатов исследования в промышленности и научно-инженерной практике.

В первой главе проведен обзор существующих оптических отбеливателей, приведены области их применения; пояснены основные показатели эффективности их работы; рассмотрено влияние химического состава оптических отбеливателей на суб-стантивность; отмечена однотипность поведения оптических отбеливателей и красителей при осуществлении процессов крашения; приведено описание структурного строения хлопкового волокна; рассмотрено влияние различных наполнителей ООК на прирост белизны х/б ткани; определены технологические параметры процесса нанесения ООК на волокна нитей х/б ткани и их влияние на белизну х/б тканей (геометрические размеры аппарата, концентрации ООК, температура и рН оптически отбеливающего раствора); проведен обзор существующих способов организации процесса крашения и современного оборудования для крашения ткани; проведен обзор существующих способов распыла жидкостей; представлены результаты анализа по использованию оптических отбеливателей в составе CMC: приведена информация по использованию математических зависимостей для описания процессов переноса ООК в волокна нитей х/б тканей; сформулированы задачи исследования.

Во второй главе дается описание схемы установки для нанесения ООК на х/б ткань, предлагается физическая модель процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани и ее математическое описание.

Процесс нанесения ООК на х/б ткань осуществляется распылением по схеме, приведенной на рис. 1. CMC распыливается на х/б ткань с помощью гидравлических форсунок методом водяных лезвий таким образом, чтобы вся зона нанесения CMC на поверхность х/б ткани была охвачена областью распыла.

Исходная CMC, концентрация ООК, С0

Гидравлические форсунки удельной

Зона промы х/б ткані

Зона нане<

ткань длиной L

Рис. 1. Схема нанесения ООК на х/б ткань

Процесс нанесения ООК на х/б ткань осуществляется в непрерывном режиме подачи CMC и движения полотна х/б ткани. В зоне подготовки х/б ткани осуществляется ее обработка горячей водой или паром, избыток воды отжимается валами. В область нанесения CMC на х/б ткань поступает влажная прогретая х/б ткань с расширенными порами волокон.

Белизна х/б ткани достигается за счет адсорбции ООК волокнами нитей х/б ткани. Механизм переноса ООК в волокна х/б ткани принимаем идентичным процессу отбеливания раствором оптического отбеливателя. Далее производится отжим х/б ткани и промывка ее холодной водой, обеспечивающей удаление CMC из пространства между нитями х/б ткани. При этом концентрация ООК внутри волокон не изменяется. Перенос ООК в волокна нитей х/б ткани осуществляется при непрерывной подаче (потоку» ее из форсунок (с расходом, vF м3/(м2-с)) с концентрацией ООК в CMC С0 (кг/м3). ООК, попадая на х/б ткань, смешивается с уже имеющейся на ткани водой и ее концентрация в межнитиевом пространстве х/б ткани составит Су (кг/м3). Перераспределение ООК в х/б ткани при ее нанесении принимается мгновенным.

ООК в межнитиевом пространстве (с концентрацией Су) включает в себя компоненты ООК в растворенном состоянии. В глубь нитей компоненты ООК переносятся в растворенном виде. ООК из межнитиевого пространства к поверхности нити переносится диффузионным ПОТОКОМ (поток jflbj) (рис. 2), далее в микропоры нити х/б ткани - за счет диффузионного переноса (поток js).

Поток ООК jy из форсунок с концентрацией ООК, С0

Межнитиевое

(концентрация ООК, -Щг (концентрация ООК, Cfib s)

Рис. 2. Физическая модель процесса нанесения ООК на волокна нитей х/б ткани

Внутри нити компоненты ООК переносятся как по поверхности волокон, так и внутри микропор (межволоконное пространство по сечению нити). При этом происходит перенос ООК из микропор на поверхность волокон, при котором формируется условие равновесия между сорбированным на поверхность волокон ООК и находящимся в межволоконном пространстве. После нанесения ООК на х/б ткань, она закрепляется внутри волокон нитей х/б ткани, далее ткань промывается водой и сушится.

Таким образом, процесс отбеливания х/б тканей представляет собой совокупность следующих этапов:

1) распыл ООК в составе CMC на х/б ткань;

2) конвективный перенос ООК в межнитиевое пространство х/б ткани;

3) Диффузия ООК К ПОВерХНОСТИ НИТИ (ПОТОК jf,b_s)\

4) диффузия ООК в микропоры нити (поток js);

5) удаление отработанной ООК (поток jeiuz).

На основании предложенной физической модели процесса переноса ООК в волокна нитей х/б тканей математическая модель процесса переноса ООК должна в себя включать математическое описание процесса переноса ООК:

— в межнитиевом пространстве х/б ткани;

— к нитям х/б ткали;

— внутрь нитей х/б ткани к поверхности волокон.

Для описания процесса переноса ООК внутри нитей х/б ткани предложенным способом нанесения необходимо учитывать ее строение (тип ткани, геометрия волокон и нитей, способ их плетения). Нити х/б ткани рассматриваются как бесконечные цилиндры с фиксированными радиусами (/?/„„ и Rlrv).

Средняя концентрация ООК в х/б ткани является суперпозицией усредненных по радиусу нитей концентраций для нитей основы и утка и с учетом перекрывания нитей при плетении х/б ткани может быть рассчитана по уравнению

С пь - С Ги

fib_eqv

+2Х

х1опЩоп

г Р

V

(1)

где 0,75 и 0,5 - доли поверхности нитей основы и утка при их перекрывании в плетении х/б ткани; величины А/о„ и А1п, рассчитываются в зависимости от лимитирующей стадии.

Для случая внешней диффузии в качестве лимитирующей стадии: А{РКа{\-е{\-\1Кл)))2

_ _J^) 2

■^tyu--

4{рК-л (i-E(i-1/KA)))2 ■/*(*,)

X>rvR„

(я,,.^ (1 - е(1 -1 / кА )))2 + (р/с )2 л2 )

Для случая внутренней диффузии в качестве лимитирующей стадии:

(2) (3)

А1оп- 2 XlonRh„>

(4) 7

Л,гу~ 2 Х1п>^1п>- (5)

Использование формул (1) - (5) зависит от значений величин параметров Д р и Л.

Третья глава посвящена разработке состава ООК на основе оптического отбеливателя стильбентриазинового ряда для х/б ткани. Приводятся результаты экспериментальных исследований влияния разработанной ООК на белизну х/б ткани: длительности процесса отбеливания (рис. 3), температуры процесса отбеливания (рис. 4) и накопления компонентов ООК в х/б ткани при многократном нанесении (рис. 5).

60

50

к

14 о Ю н о о о. К О.

С

40

30

20

10

-4-- -А

*

У

60

0 10 20 30

Длительность процесса отбеливания, мин

Рис. 3. Влияние на белизну х/б ткани длительности крашения ООК:

- — оптический отбеливатель;

-----_ООК

я е? и Ю н о о о. S о.

с

55

50

45

~Г_ ———" 5

\

L _ _ -О

- Г]

/ 1

/ j

Л А i

i

!

j

i

1

!

20 40 60 80 Температура процесса отбеливания, град

Рис. 4. Влияние на белизну х/б ткани температуры процесса нанесения ООК:

--оптический отбеливатель;

-----_ ООК

Для оценки влияния наполнителей ООК на белизну х/б ткани использовалась стандартная методика (ГОСТ 22567.11-82), основанная на определении прироста белизны х/б ткани при использовании отбеливающих средств. В качестве предмета исследования использовалась неотбеленная х/б ткань типа «Бязь» (100%-ный хлопок) артикул 276, изготовленная по ГОСТ2298-92. В качестве основного компонента ООК использовался оптический отбеливатель стильбентриазинового ряда.

В ходе экспериментальных исследований по оценке влияний различных наполнителей в ООК на прирост белизны волокон нитей х/б ткани, были выбраны наполнители, позволяющие увеличить белизну х/б ткани за счет повышения диспергируемости, выбираемости оптического

м 110

3 5 7 9 Циклы крашения

Рис. 5. Влияние CMC, приготовленной с использованием ООК на белизну х/б ткани при многократном нанесении

отбеливателя и повышения красящей способности за счет ввода неорганических пигментов и угольных сорбентов.

В качестве наполнителей в ООК были приняты следующие соединения: соль морская (хлорид натрия (=70%), хлорид магния (=11%) и сульфат магния (=5%)), повышающая выбираемость компонентов ООК из раствора и сродство оптического отбеливателя с х/б тканью; коралл (карбонат кальция (=83%) и карбонат магния (=12%)), являющийся неорганическим пигментом; глицерин, повышающий дисперги-руемость компонентов ООК в воде, и активированный уголь, адсорбирующий примеси из отбеливающего раствора.

В результате экспериментальных исследований была создана ООК, в состав которой в соотношении 50:50 входят оптический отбеливатель и наполнители. При этом эффективность отбеливания была аналогична его 100% использованию.

Состав созданной многокомпонентной ООК представлен в табл. 1 и защищен авторскими правами.

Таблица 1

Состав оптически отбеливающей композиции

№ п/п Компоненты ООК Состав ООК, %

1. Оптический отбеливатель 50,00

2. Соль морская 16,64

3. Коралл 16,63

4. Глицерин 16,63

5. Активированный уголь 0,10

По результатам экспериментальной проверки влияния ООК на белизну х/б ткани было определено:

- использование в качестве диспергатора компонентов ООК глицерина приводит к увеличению диспергируемое™ ООК в 1,36 раза;

- компоненты ООК не оказывают влияния на оптический отбеливатель;

- образец х/б ткани отбеленный ООК - ярче, чем после обработки оптическим отбеливателем, более краснее и синее, значение хроматического индекса силы на 13%, выше, чем у оптического отбеливателя, что указывает на то, что при одной и той же длине волны (400 нм) материал, отбеленный ООК, имеет на 13% выше степень поглощения светового потока, чем оптический отбеливатель;

- снижение продолжительности процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани с 30 до 20 мин, что позволяет повысить производительность стадии на 33%;

- оптимальной температурой процесса нанесения ООК на волокна нитей х/б ткани является 35 °С;

- использование ООК в составе CMC при многократном нанесении на х/б ткань не приводит к снижению ее белизны, а компоненты ООК не накапливаются в х/б ткани;

- значение прироста белизны х/б ткани одинаково как при использовании ООК, так и при использовании ВКС ООК даже при ее длительном хранении.

В четвертой главе представлены результаты проверки адекватности предложенной математической модели, инженерная методика расчета процесса переноса ООК в нити х/б ткани с использованием предложенной схемы красильной машины

и результаты расчета себестоимости производства ООК в зависимости от выпускной формы.

Для проверки адекватности математического описания процесса и его дальнейшего практического использования, включая разработку инженерной методики расчета процесса переноса ООК в нити х/б ткани, необходимо экспериментально определить входящие в нее параметры: коэффициент диффузионного переноса ООК внутри нитей х/б ткани (D), растворимость ООК в CMC (С*), коэффициент адсорбционного равновесия (КА) и коэффициент массопереноса внутри микропор нитей х/б ткани (р).

Параметры математической модели определялись при трех фиксированных температурах: 35, 50 и 75 °С.

В ходе экспериментального определения требуемых коэффициентов были получены следующие значения:

1) растворимость ООК в CMC (С*) малозависима от температуры в диапазоне 35...75 °С и имеет значение С* = 2,8-10"3 кг/м3;

2) значение коэффициента адсорбционного равновесия в ходе проведенных экспериментальных исследований (рис. 6) составило 412,05;

« ">ч

К u К м"

о. 3

н и и

a s

<° 5

« ю

2 s

о

а р

О JO «

1400 1200 1000 800 600 400 200 0

it

У/

t

I

ж

о

1

Концентрация ООК в CMC после отбеливания, г/м

Рис. 6. Изотермы адсорбции ООК внутрь нитей х/б ткани при различных температурах:

—»—-35 °С;

--1---50 "С;

■■■♦■■•-75 °С

3) значение коэффициента диффузионного переноса ООК внутри нитей х/б ткани в температурном диапазоне 35.. .75 °С составило от 1,05-1 (Г6 до 2,95-1 (Г6 м2/с;

4) значение коэффициента массопереноса внутри микропор нитей х/б ткани в температурном диапазоне 35...75 °С составило от 2,01-Ю-6 до 2,2-10"6 м/с.

Полученные значения коэффициентов использовались в расчетных зависимостях для определения концентрации ООК в нитях х/б ткани.

Результаты вычислений в сопоставлении с фактическими экспериментальными данными представлены в табл. 2.

Таблица 2

Проверка адекватности предложенной модели реальному процессу

Исходная концентрация ООК в CMC, г/л Продолжительность процесса нанесения ООК на х/б ткань, с Концентрация ООК в х/б ткани, кг/м3 Погрешность, %

расчетное значение эксперимент

0,005 1197 1,150 1,133 1,5

Сравнивая результаты эксперимента и расчета с использованием математической модели (табл. 2), можно сделать вывод об их хорошей сходимости, а следовательно, и об адекватности математической модели процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокнах нитей х/б ткани реальному процессу. Расхождение между значениями, полученными расчетным и экспериментальным путем, не превышает 5%.

Инженерная методика расчета предлагаемого способа переноса ООК на х/б ткань с использованием схемы красильной машины, изображенной на рис. 1, включает следующие этапы:

1 этап. Для расчета продолжительности процесса нанесения и средней концентрации ООК в нити х/б ткани (С^) определяются следующие величины:

- радиусы нитей основы (/?/„„) и утка (И,Г1) х/б ткани;

- доли нитей основы (х10„) и утка (х,гу) в единице поверхности х/б ткани.

Для определения долей поверхности нитей основы и утка проводится анализ образцов ткани согласно ГОСТ 29104.3-91, в ходе которого определяется количество долей поверхности нитей утка (п,п) и нитей основы (*?,„.) по зависимостям (6) и (7):

•10

"„•Ю + и^-ІО

"to,-ю

(6)

(7)

- растворимость ООК в CMC ((f);

- долю межволоконного пространства нитей х/б ткани (е);

- коэффициент равновесия адсорбции ООК на поверхности нити и растворенной в жидкости ее микропор (КА) из уравнения

Cfib =(l-e)«+e-^ = a(l-e(l-l/Kj);

КА

значение средней равновесной концентрации ООК в нити х/б ткани:

^ flbeqv

= С'КА{ \-г{\-\/КА)У,

(8)

(9)

- коэффициент диффузионного переноса ООК внутри микропор нити х/б ткани (£>):

D = 0,063 R2 /х

1/2 >

(10)

- коэффициент массоотдачи при распыле раствора CMC из форсунок (Р):

где А и В - коэффициенты, зависящие от режима подачи CMC (значений критерия Рейнольдса). Для определения значений А и В используется зависимость

NUD _ Рг°'33

0,515 Re0'55, Re <2;

0,725Re0'47, 2<Re<30; (12)

0,395 Re0'64, Re >30,

где N11 „ = 2р/?/О0 - диффузионный критерий Нуссельта; Ргп = V / £>0 - диффузионный критерий Прандтля; Яе = р// (Д.) = \р Н/(5Р у) - критерий Рейнольдса;

- площадь нитей на единицу поверхности х/б ткани:

= 1 ООтс (0,75 ■ 445Л/0„ + 0,5 • 165Д(П,), (13)

где 165 и 445 - количество нитей основы и утка на 10 см2 х/б ткани определяемых экспериментально;

- рассчитывается критерий БИО (Ш) для определения лимитирующей стадии (В; > 1) в процессе переноса ООК в нити х/б ткани, используя уравнение

Bi = (ß*J/Z>. (14)

еду

При малых значениях критерия БИО (В1 « 1) скорость процесса определяется внешней диффузией или считается, что процесс протекает во внешнедиффузионной области, а при больших значениях БИО (В1 > 1) - скоростью внутренней диффузии (внутридиффузионная область)

2 этап. Определяется продолжительность процесса нанесения ООК на х/б ткань до достижения требуемого значения концентрации ООК в нитях х/б ткани 0,98 от концентрации насыщения:

0.75Д sf 0,5О

±Ah„e ^ V*"**» (15)

/=1 1=1

» + Xtru к

Далее рассчитывается скорость движения х/б ткани (v£, м/мин):

vL=H х. (16)

Длина L равна диаметру основания конуса факела распыла гидравлической форсунки. Значение длины зоны нанесения выбиралось из условия, что факел (или несколько факелов, расположенных по ширине х/б ткани) распыла должен полностью перекрывать требуемую ширину х/б ткани.

3 этап. По уравнению (1) вычисляется средняя концентрация ООК в нити х/б ткани (Cfib) по окончанию процесса переноса. Уравнения для расчета величин /(¡<т и

А,п выбираются в зависимости от значения критерия БИО: при Bi « 1 - уравнения (2НЗ), при Bi > 1 - уравнения (4)-(5).

Данная методика расчета может быть использована для любого типа ткани с различными диаметрами нитей основы и утка, а также для разных составов ООК.

Предлагаемая ООК готовится на основе оптического отбеливателя стильбен-триазинового ряда. Производство ООК можно создать на существующем производстве оптического отбеливателя без изменения аппаратурного оформления.

Прирост белизны при использовании ООК (0,4% от массы сухой моющей смеси (CMC)) составляет 56,789%; для достижения полученного значения необходимо использовать 0,288% от массы CMC оптического отбеливателя. Затраты на использование ООК вместо оптического отбеливателя приведены в табл. 3.

Таблица 3

Затраты на использование ООК вместо оптического отбеливателя

Наименование оптически отбеливающего вещества Цена за 1 т, р. Концентрация ООВ необходимая для достижения прироста белизны х/б ткани в 56,789%, % от массы CMC (на 100% основного вещества)

Оптический отбеливатель 161 528 0,288

Оптически отбеливающая композиция (сух. в.ф.) 102 589 0,400

Оптически отбеливающая композиция (ВКС в.ф.) 99 005 0,400

Использование ООК вместо оптического отбеливателя позволяет повысить прирост белизны х/б ткани до 56,789% при снижении затрат на отбеливание с использованием сухой выпускной формы на 11,79%, а при помощи ВКС - 14,87%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена физическая модель процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани.

2. Разработано математическое описание процесса переноса ООК в нити х/б ткани с учетом: типа ткани, геометрии волокон и нитей, способа их плетения, позволяющее рассчитать концентрацию ООК в нитях х/б ткани в зависимости от начальной концентрации ООК в растворе CMC и времени пребывания в зоне нанесения ООК на х/б ткань.

3. Определена лимитирующая стадия процесса отбеливания - диффузия ООК к хлопковым волокнам в нитях х/б ткани.

4. Оценено влияние температуры процесса отбеливания на концентрацию ООК в волокнах нитей х/б ткани.

5. Предложена методика определения коэффициента массопереноса ООК из межнитиевого пространства к нитям х/б ткани.

6. Получена зависимость для расчета средней концентрации ООК в нити х/б ткани, учитывающая наличие лимитирующей стадии в процессе отбеливания.

7. Предложены наполнители для создания ООК: для увеличения выбираемости -соль морская (16,64% от массы ООК), диспергируемое™ - глицерин (16,63% от

массы ООК), для повышения белизны х/б ткани - коралл (16,63% от массы ООК) и активированный уголь (0,1% от массы ООК).

8. Исследовано влияние рекомендованных наполнителей на качественные показатели ООК (белизна, оттенок, стойкость ООК при хранении, диспергируемость и накапливаемость при многократном отбеливании).

9. Предложены составы сухой ООК и в виде ВКС, позволяющие: повысить значение общей разницы цвета на 5,26%, увеличить значение хроматического индекса силы на 13% по сравнению со стандартным оптическим отбеливателем, уменьшить продолжительность процесса переноса компонентов ООК на 33%, снизить температуру раствора CMC до 35 °С.

10. Предложена схема красильной машины и разработана инженерная методика расчета процесса отбеливания х/б ткани, позволяющая определить продолжительность нанесения ООК на х/б ткань для достижения заданной степени белизны, концентрацию ООК в нитях х/б ткани и скорость движения х/б ткани.

11. Реализация предложенной технологии производства ООК в сухой выпускной форме и в виде ВКС осуществлена на ОАО «Пигмент» в цехе № 20. Снижение затрат на отбеливание х/б ткани с использованием сухой выпускной формы составило 11,79%, а при помощи ВКС - 14,87%.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а — концентрация адсорбированной ООК в порах нитей х/б ткани, кг/м3; С/,,,, - концентрация ООК в нити утка х/б ткани, кг/м3; С,п - концентрация ООК в нити основы х/б ткани, кг/м3; С0 - концентрация ООК в CMC, кг/м3; Су - концентрация ООК в межнитиевом пространстве х/б ткани, кг/м3; C^j - концентрация ООК в диффузионном потоке к поверхности нити х/б ткани, кг/м3; Cf,/,_eqv - средняя равновесная концентрация ООК в нити х/б ткани, кг/м3; Стр - концентрация ООК в диффузионном потоке в микропоре нити х/б ткани, кг/м3; С* - растворимость ООК в CMC, кг/м3; Cftb - средняя концентрация ООК в нити х/б ткани, кг/м3; D - коэффициент диффузионного переноса ООК внутри нитей х/б ткани, м2/с; Do - коэффициент молекулярной диффузии ООК в CMC, м2/с; F - поверхность нитей х/б ткани, м2; Н - толщина х/б ткани, м; jy - поток ООК к поверхности х/б ткани, кг/(м2-с); jf,b_s ~ диффузионный поток ООК к поверхности нити х/б ткани, кг/(м2-с); js - поток ООК внутри нити х/б ткани, кг/(м2-с); )аиг - поток отработанной ООК с поверхности х/б ткани, кг/(м2-с); КА - коэффициент адсорбционного равновесия ООК на поверхности нити х/б ткани; k — среднее значение доли свободной поверхности нитей основы и утка из-за их перекрывания в х/б ткани; L - длина зоны нанесения ООК на х/б ткань, м; Rhn - радиус нити утка х/б ткани, м; Rlrv - радиус нити основы х/б ткани, м; R - средний радиус нитей х/б ткани, м; г - условный радиус нити х/б ткани, м; S - площадь х/б ткани, м2; SF - площадь нитей на единицу поверхности х/б ткани, м2/м2; х,оп - доля нити утка в единице поверхности х/б ткани; xlrv - доля нити основы в единице поверхности х/б ткани; рт/- коэффициент процесса адсорбции ООК к поверхности нити х/б ткани;

Рт/) - коэффициент процесса диффузии ООК к поверхности нити х/б ткани;

Р5 - коэффициент процесса массопереноса ООК к поверхности нити х/б ткани; Р — коэффициент массопереноса ООК внутри нитей х/б ткани, м/с; е — доля

межволоконного пространства нитей х/б ткани; ц - динамическая вязкость раствора CMC, Па-с; vF - расход ООК на единицу поверхности в зоне ее распыла, м3/(м2-с); vL - скорость движения х/б ткани, м/мин; v - кинематическая вязкость раствора CMC, м2/с; р - плотность раствора CMC, кг/м3; т - продолжительность процесса нанесения ООК на х/б ткань, с; т1/2 - время, за которое концентрация ООК в нити достигает значения половины от максимально необходимой величины, с; Bi - диффузионный критерий БИО; NuD - диффузионный критерий Нуссельта; Рг0 - диффузионный критерий Прандтля; RcD - критерий Рейнольдса.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Мартьянов, К.И. Наполнители в оптически отбеливающих препаратах, увеличивающие белизну хлопковой ткани / К.И. Мартьянов, К.В. Брянкин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - № 2. - С. 317 - 320.

2. Брянкин, К.В. Моделирование процесса переноса отбеливающей композиции на хлопчатобумажную ткань / К.В. Брянкин, К.И. Мартьянов, А.И. Леонтьева, A.A. Дегтярев // Вестник Тамбовского государственного университета. - Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. - № 3. - С. 650 - 655.

3. Мартьянов, К.И. Снижение длительности процесса отбеливания хлопчатобумажной ткани при использовании отбеливающей композиции / К.И. Мартьянов, К.В. Брянкин // Перспективы науки. - Тамбов : Изд-во ТМБпринт, 2012. - № 10 -С. 109-112.

4. Мартьянов, К.И. Применение нанокатализаторов в процессе отбеливания / К.И. Мартьянов, A.A. Логачева // Приоритетные направления развития науки и технологии : сб. докладов 8 Всерос. науч.-техн. конф. - Тула : Изд-во «Инновационные технологии», 2010. - С. 181 - 184.

5. Мартьянов, К.И. Применение оптически отбеливающих препаратов совместно с нанокатализаторами / К.И. Мартьянов, A.A. Логачева // Актуальные вопросы современной науки и образования : сб. материалов 5 Общерос. науч.-практ. конф. с международным участием. - Красноярск : Научно-инновационный центр, 2010. -С. 298-301.

6. Мартьянов, К.И. Эффективность применения наполнителей, содержащих нанокатализаторы, к оптически отбеливающим препаратам / К.И. Мартьянов, A.A. Логачева // Современная наука: теория и практика : сб. материалов 1 Междунар. науч.-практ. конф. - Ставрополь : Изд-во СевКавГТУ, 2010. - С. 54 - 56.

7. Леонтьева, А.И. Оптически отбеливающий препарат, в наполнители которого входят материалы в наноструктурированной форме / А.И. Леонтьева, К.И. Мартьянов, A.A. Логачева // Казанская наука. - Казань : Изд-во «Казанский Издательский Дом», 2010,-№9.-Вып. 1,-С. 155- 159.

8. Мартьянов, К.И. Использование наполнителей в оптически отбеливающих препаратах / К.И. Мартьянов, A.A. Логачева // Техника и технология: новые перспективы развития : сб. материалов 1 Междунар. науч.-практ. конф. (13. 04. 2011). - М. : Изд-во «Спутник+», 2011. - С. 46 - 49.

Подписано в печать 28.05.2013. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 273

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201358891 МАРТЬЯНОВ КОНСТАНТИН ИГОРЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТБЕЛИВАНИЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТКАНЕЙ КОМПОЗИЦИЕЙ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОГО ОТБЕЛИВАТЕЛЯ СТИЛЬБЕНТРИАЗИНОВОГО РЯДА

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Брянкин Константин Вячеславович

Иваново 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ................................................................8

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................12

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ОПТИЧЕСКОГО ОТБЕЛИВАТЕЛЯ В ВОЛОКНА НИТЕЙ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ТКАНИ.....................16

1.1. Оптические отбеливатели и их химическое строение..................17

1.2. Субстантивность и флюоресценция: качественные характеристики оптических отбеливателей...................................25

1.3. Влияние химического строения оптических отбеливателей

на субстантивность...........................................................................28

1.4. Свойства оптических отбеливателей..............................................30

1.5. Свойства хлопчатобумажной ткани и прямых красителей, определяющие эффективность процесса переноса.......................31

1.5.1. Молекулярное строение хлопкового волокна....................31

1.5.2. Структурное строение хлопкового волокна.......................33

1.5.3. Влияние наполнителей на процесс переноса оптического отбеливателя в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.....................................................34

1.5.4. Технологические характеристики процесса переноса оптического отбеливателя на волокна нитей хлопчатобумажной ткани.....................................................37

1.6. Технологические параметры, влияющие на процесс переноса оптического отбеливателя в волокна нитей

хлопчатобумажной ткани.................................................................40

1.6.1. Влияние температурного режима на процесс переноса

оптического отбеливателя в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.....................................................40

1.6.2. Влияние геометрических размеров аппарата на процесс переноса оптического отбеливателя в волокна нитей хлопчатобумажной ткани...........................40

1.6.3. Влияние концентрации оптического отбеливателя на процесс переноса оптического отбеливателя в волокна нитей хлопчатобумажной ткани...........................41

1.6.4. Влияние величины рН оптически отбеливающего раствора на белизну хлопчатобумажной ткани.................42

1.7. Оборудование и способы организации процесса переноса оптического отбеливателя в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.................................................................42

1.8. Оборудование для распыла отбеливающего раствора на поверхность хлопчатобумажной ткани...........................................48

1.9. Использование оптических отбеливателей в отбеливающих средствах............................................................................................50

1.10.Применение методов математического моделирования для описания процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани..............51

Выводы к главе 1.......................................................................................54

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ОПТИЧЕСКИ ОТБЕЛИВАЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ В ВОЛОКНА НИТЕЙ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ТКАНИ.................57

2.1. Постановка задачи моделирования процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.................................................................57

2.2. Структура хлопчатобумажной ткани и ее волокон.......................59

2.3. Физическая модель процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.................................................................65

2.4. Система принятых допущений при описании процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажных тканей....................................................67

2.5. Математическое описание процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажных тканей...............................................................68

2.5.1. Перенос оптически отбеливающей композиции в межнитиевом пространстве хлопчатобумажной ткани. ...68

2.5.2. Концентрация оптически отбеливающей композиции внутри нитей хлопчатобумажной ткани.............................69

2.5.3. Перенос оптически отбеливающей композиции к поверхности нити хлопчатобумажной ткани.....................70

2.5.4. Перенос оптически отбеливающей композиции внутрь нити хлопчатобумажной ткани...............................71

2.6. Определение концентрации оптически отбеливающей композиции в нитях хлопчатобумажных тканей...........................76

Выводы к главе 2.......................................................................................77

РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКИ ОТБЕЛИВАЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ ДЛЯ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ТКАНИ.................78

3.1. Наполнители оптически отбеливающих композиций...................78

3.2. Методика оценки отбеливающей способности оптически отбеливающих композиций.............................................................79

3.3. Оценка влияния концентрации оптического отбеливателя на эффективность процесса переноса в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.................................................................83

3.4. Влияние наполнителей в оптически отбеливающих

композициях на белизну хлопчатобумажной ткани......................84

3.4.1. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани

активного кислорода и хлора в оптически отбеливающей композиции.................................................84

3.4.2. Влияние на выбираемость оптического отбеливателя из раствора при использовании различных наполнителей.........................................................................86

3.4.3. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, увеличивающих диспергируемость компонентов оптически отбеливающей композиции.......88

3.4.4. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, формирующих рН среды............................89

3.4.5. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, снижающих концентрации примесей.......91

3.4.6. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, являющихся усилителями цвета................93

3.4.7. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, закрепляющих компоненты оптически отбеливающей композиции в хлопчатобумажной ткани.......................................................................................94

3.4.8. Влияние на белизну хлопчатобумажной ткани наполнителей, являющихся усилителями флюоресценции оптического отбеливателя.......................96

3.5. Эффективность процесса переноса оптически отбеливающей

композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани..............98

3.6. Оптически отбеливающая композиция на основе

оптического отбеливателя................................................................99

3.6.1. Диспергируемость оптически отбеливающей композиции............................................................................100

3.6.2. Чистота оптического отбеливателя в составе оптически отбеливающей композиции...............................101

3.6.3. Влияние на величину белизны хлопчатобумажной ткани длительности хранения оптически отбеливающей композиции.................................................103

3.6.4. Влияние на оттенок белизны хлопчатобумажной ткани наполнителей оптически отбеливающей композиции............................................................................105

3.6.5. Оценка влияния концентрации оптически отбеливающей композиции на эффективность отбеливания хлопчатобумажной ткани..............................106

3.6.6. Длительность процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани.....................................................108

3.6.7. Влияние температуры процесса переноса оптически отбеливающей композиции в волокна нитей хлопчатобумажной ткани на прирост белизны.................109

3.6.8. Влияние оптически отбеливающей композиции на белизну хлопчатобумажной ткани при многократном отбеливании оптически отбеливающей композицией......111

Выводы к главе 3.......................................................................................113

РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ОПТИЧЕСКИ ОТБЕЛИВАЮЩЕЙ

КОМПОЗИЦИИ В НИТИ ХЛОПЧАТОБУМАЖНОЙ ТКАНИ...........114

4.1. Идентификация параметров математической модели

процесса переноса оптически отбеливающей композиции в

нити хлопчатобумажной ткани........................................................114

4.1.1. Определение коэффициента адсорбционного равновесия и растворимости оптически отбеливающей композиции в синтетическом моющем средстве..................................................................................114

4.1.2. Определение коэффициента массопереноса оптически отбеливающей композиции из межнитиевого пространства к нитям хлопчатобумажной ткани..............116

4.1.3. Определение коэффициента диффузионного переноса оптически отбеливающей композиции к волокнам нитей хлопчатобумажной ткани..........................................119

4.2. Инженерная методика расчета процесса переноса оптически отбеливающей композиции в нити хлопчатобумажной ткани.... 122

4.3. Себестоимость производства оптически отбеливающей композиции........................................................................................125

4.3.1. Технология производства и расчет себестоимости оптического отбеливателя....................................................125

4.3.2. Расчет себестоимости производства оптически отбеливающей композиции.................................................127

4.4. Экономическое обоснование использования оптически отбеливающей композиции вместо оптического отбеливателя......................................................................................131

Выводы к главе 4.......................................................................................132

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ...........................133

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................135

ПРИЛОЖЕНИЕ А.....................................................................................148

ПРИЛОЖЕНИЕ Б......................................................................................150

ПРИЛОЖЕНИЕ В.....................................................................................161

ПРИЛОЖЕНИЕ Г......................................................................................162

ПРИЛОЖЕНИЕ Д.....................................................................................182

ПРИЛОЖЕНИЕ Е......................................................................................183

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж.....................................................................................185

ПРИЛОЖЕНИЕ 3......................................................................................190

ПРИЛОЖЕНИЕ К.....................................................................................193

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Обозначения Величина Размерность

а концентрация адсорбированной оптически отбеливающей композиции в порах нитей хлопчатобумажной ткани кг/м

Cion концентрация оптически отбеливающей

композиции в нити утка хлопчатобумажной ткани кг/м3 Ctrv концентрация оптически отбеливающей композиции в нити основы хлопчатобумажной ткани кг/м

Со концентрация оптически отбеливающей

композиции в синтетическом моющем средстве кг/м3

Су концентрация оптически отбеливающей композиции в межнитиевом пространстве

л

хлопчатобумажной ткани кг/м

Cfib_s концентрация оптически отбеливающей композиции в диффузионном потоке к поверхности нити хлопчатобумажной ткани кг/м3

Cfibeqv средняя равновесная концентрация оптически отбеливающей композиции в нити хлопчатобумажной ткани кг/м^

Стр концентрация оптически отбеливающей композиции в диффузионном потоке в микропоре нити хлопчатобумажной ткани кг/м3

С* растворимость оптически отбеливающей

композиции в синтетическом моющем средстве кг/м3

Cfib средняя концентрация оптически отбеливающей

композиции в нити хлопчатобумажной ткани кг/м3

.3

И коэффициент диффузионного переноса оптически отбеливающей композиции внутри нитей хлопчатобумажной ткани м

Д> коэффициент молекулярной диффузии оптически отбеливающей композиции в синтетическом моющем средстве м /с

о

^ поверхность нитей хлопчатобумажной ткани м

Н толщина хлопчатобумажной ткани м

]у поток оптически отбеливающей композиции к

поверхности хлопчатобумажной ткани кг/(м -с)

диффузионный поток оптически отбеливающей композиции к поверхности нити

хлопчатобумажной ткани кг/(м -с)

75 поток оптически отбеливающей композиции

внутрь нити хлопчатобумажной ткани кг/(м -с)

Л/иг поток отработанной оптически отбеливающей композиции с поверхности хлопчатобумажной ткани кг/(м -с)

КА коэффициент адсорбционного равновесия оптически отбеливающей композиции на поверхности нити хлопчатобумажной ткани Кц упрощающий коэффициент

к среднее значение доли свободной поверхности нитей основы и утка из-за их перекрывания в хлопчатобумажной ткани Ь длина зоны нанесения оптически отбеливающей

композиции на хлопчатобумажную ткань м

то масса оптически отбеливающей композиции в

синтетическом моющем средстве кг

те1и2 масса оптически отбеливающей композиции в

отработанном синтетическом моющем средстве кг

Я/оп радиус нити утка хлопчатобумажной ткани м

Я1п, радиус нити основы хлопчатобумажной ткани м

Кее]У средний радиус нитей хлопчатобумажной ткани м

г условный радиус нити хлопчатобумажной ткани м

5" площадь хлопчатобумажной ткани м 5/г площадь нитей на единицу поверхности

2 2

хлопчатобумажной ткани м /м

xion доля нити утка в единице поверхности

хлопчатобумажной ткани xtrv доля нити основы в единице поверхности

хлопчатобумажной ткани (Зга/ коэффициент процесса адсорбции оптически отбеливающей композиции к поверхности нити хлопчатобумажной ткани (Зтр коэффициент процесса диффузии оптически отбеливающей композиции к поверхности нити хлопчатобумажной ткани (3s коэффициент процесса массопереноса оптически отбеливающей композиции к поверхности нити хлопчатобумажной ткани (3 коэффициент массопереноса оптически отбеливающей композиции внутри нитей хлопчатобумажной ткани м/с

в доля межволоконного пространства нитей

хлопчатобумажной ткани (i динамическая вязкость раствора синтетического

моющего средства Па-с

У/г расход оптически отбеливающей композиции на

единицу поверхности в зоне ее распыла м3/(м2-с)

VI скорость движения хлопчатобумажной ткани м/мин

V кинематическая вязкость раствора синтетического

моющего средства м2/с

р плотность раствора синтетического моющего

средства кг/м3

т продолжительность процесса нанесения оптически отбеливающей композиции на хлопчатобумажную ткань с

Т]/2 время, за которое концентрация оптически отбеливающей композиции в нити достигает значения половины от максимально необходимой величины с

В1 диффузионный критерий БИО

диффузионный критерий Нуссельта Ргд диффузионный критерий Прандтля Яед критерий Рейнольдса

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Происходящие в России процессы развития рыночных отношений оказывают благоприятное влияние на наращивание производства товаров бытовой химии, ведущей среди которых является группа синтетических моющих средств (CMC). В состав CMC входит оптический отбеливатель, использующийся для крашения в белый цвет хлопчатобумажных тканей (х/б тканей).

Основным показателем оптических отбеливателей является прирост белизны ткани, который в значительной степени зависит от вида оптического отбеливателя, типа ткани, технологических параметров процесса нанесения оптического отбеливателя и наличия наполнителей, повышающих эффективность отбеливания ткани.

Отбеливание х/б тканей длится 30 мин при температуре 50 °С, при этом белизна ткани достигает своего максимального значения при определенной концентрации оптического отбеливателя, дальнейшее увеличение белизны возможно только при увеличении его концентрации в растворе CMC, что экономически нецелесообразно.

Разработка оптически отбеливающей композиции (ООК), в состав которой входят оптический отбеливатель и наполнители, позволит: снизить расход оптического отбеливателя для придания ткани требуемой белизны, уменьшить продолжительность процесса нанесения компонентов ООК на волокна нитей х/б ткани, снизить затраты на производство ООК за счет создания новых выпускных форм.

Работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы ГК от 1 декабря 2010 г. № 14.740.11.0821, Аналитической ведомственной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» код РНП. 2.2.1.1.5355, гранта РФФИ № 12-03-97552-р_центр_а.

Цель работы. Создание физической модели процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани, разработка ее математического описания, позволяющего определить технологические параметры процесса переноса ООК в нити х/б ткани для достижения заданной степени белизны х/б ткани. Разработка ООК на основе оптического отбеливателя для х/б тканей, повышающей белизну волокон нитей х/б ткани за счет введения наполнителей, увеличивающих воздействие оптического отбеливателя на х/б ткань.

Задачи исследования. Для выполнения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

- исследована структура х/б ткани типа «Бязь» из хлопковых волокон;

- предложена физическая модель процесса переноса ООК в волокна нитей х/б ткани;

- разработано математическое описание процесса переноса ООК в нити х/б ткани с учетом типа ткани, геометрии нитей и способа их плетения;

- определены наполнители, используемые при отбеливании х/б тканей для повышения эффективности воздействия оптического отбелив