автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Высокоэффективный процесс производства обуви с замкнутым циклом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

^"' ■''ЩёБСКий технологический институт легкой промышленности

¿•^лмтвм

Г;«»"? ИШГ1Я.

На правах рукописи АЛИЕВ РОВШАН РИЗВАН ОГЛЫ

УДК ¿75.8.636.085

ВЫСОКОЭ£ШГИВНЬЛ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ОБУВИ С ЗАкКНУШк ЦИКЛОВ

Спеииальность 0b.I9.06 - Технология обувных и ножевенно-галантерейных изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

Работа выполнена в Киевском технологическом Институте легкой промышленности

Паучныл руководитель - Доктор технических наук,

профессор Нестеров В.Л.

¿•унциальные оппоненты: доктор технических наук,профессор,

академик Луцык Р.Б.

кандидат технических наук,

ст.науч.сотр. УкрЖИКП Кропотко Г.Е.

Ведущее предприятие - Бакинская обувная фабрика .4 2.

Запита состоятся г С'/^/у^ЛУ/ 1ЭаЭ г. в чж. (7(7мин, на заседании специализированного Соьета К 0u8.3j.0o в Киевском технологическом институте легкой промышленности по адресу: ¿52011, г.Киев, ул.Немировича-Данченко, 2.

С диссертации;; можно ознакомиться е библиотеке Киевского те> нолог;:ческогз института легком нрошалеинсстк. Защ: отзывы по автореферату б двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в специализированна!! Сонет на имя )'ченого секретаря.

Автореферат разослан 4 19лЗ г.

Ученый секоетарь специализирован-

Актуальность теш. Технический прогресс в обувной и смежных отраслях легкой промышленности обусловливается непрерывным расширением ассортимента применяемых для изготовления обуви материалов, б том числе искусственных и синтетических. Соответственно увеличиваются объемы и число видов отходов кож для верха и низа обуьи, резины, картонов, синтетической кожи, полиуретанов, пол:юиш'лхл-рида, полиэтилена, термозластопластов и др.

Ск;:гаемые и вывозимые на свалки отходы материалов загрязняют окружающую среду экологически вредными, трудноразлагаацимися вещестзаг.:и, требуют значительных экономических и сложных технических средств для их обезвреживания и уничтожения.

Помимо экологической опасности, значительные отходы в обувной промышленности приводят к большак потерям материалов в производстве, что недопустимо, особенно в настоящее время, когда дефицит сырья связан с сокращением выпуска и уменьшением ассортимента обуви, потерями производства. Поэтому использованием от-ходоз для изготовления основной и дополнительной продукции и замена ими дефицитного сырья даст значительный экономический эффект с учетом того, что затраты на сырье и материалы составляют более 70;' себестоимости обуви.

В настоящее время мало работ по достаточно полному исследованию переработки отходов обувного производства и их использованию в обувной и других отраслях промышленности. Многие проблемы

• |

еда не решены, так как недостаточно изучена переработка разных видов отходов.

Актуальность настоящей работы определяется тем, что создание высокоэффективного процесса производства обуви с замкнутым циклом использования отходов позволяет решить важнейшую проблему: рационально использовать ресурсы обувного производства.

Цель работы. Целью работы является создание высокоэффективного процесса производства обуви с замкнутым циклом. Для решения поставленной цели на,мечены и решены следуюаде задачи:

- разработана системная классификация обувных отходов но основным критериям их образования и использования;

- проанализированы и обобщены современные способы использования отходов в обувной промышленности и различных отраслях народного хозяйства, а таюке способы обезвреживания неиспользуемых отходов,'

- разработаны более экономные технологические процессы переработки отходов низа обуви из резины и полиуретанов;

- разработаны математические модели системы комплексного ис пользования отходов обувного производства, а также высокоэффективного процесса производства обуви с замкнутым циклом.

■Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования, базирующиеся на научных ■ достижениях отечественных и зарубежных ученых в области определе ния состава резиновых и полиуретановых смесей, проектирования технологических процессов, статистической обработки результатов, теории графов и технологии производства обуви.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана системная классификация отходов обувного про-

г

изводства по источникам их образования, видам первичных материалов и способа« использована;

- показана возможность повышения использования всех видов образующихся отходов и на этой основе с помощью математического моделирования разработан высокоэффективный процесс производства обуви с замкнутым циклом использования отходов в обувной и друис отраслях промышленности.

Практическая значимость работы состоит в том, что внедрение высокоэффективного процесса производства обуви с замкнутым циклом при минимизации отходов позволяет сократить расход кау-чуков, полиуретанов, удешевить продукцию л улучшить экологическую обстановку.

Апробация работы. Осногпше разделы диссертационной работы была долохенн :я получала положительную оценку на ХП научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава Киевского технологического института легкой промышленности в 1У92 году, на XI научной конференции профессорско-преподавательского

состава Азербайджанского технологического института в [ЬШ году.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 печатных работ.

Объем работы. Лисаертацконная работа состоит из введения, четырех разделов с выводами, обида выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на ЮЗ страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 20 таблиц. Библиография включает 54 наименования. Сбщил объем работы 184 стр.

РАБОТЫ ;

Во введении обоснована актуачьнисть и необходимость проведенных в работе исследований, определена научная новизна,цель диссертаций и ее практическая значимость.

В по от! о;; главе рассмотрены л скорректированы с точки зрения современного уровня'технического прогресса основные понятия и определения в области отходов обувного производства, предложена их классификация, учитывающая значительное расширение номенклатуры я способов их использования в обувной, и друг:« отраслях

промышленности.

Рассмотрено современное состояние возникновения, переработки и промышленного ис пол ь з об а нияо тхо дог- обувного производства. Приведены сведения о количестве и номенклатуре отходов, образующихся ежегодно в обувкой промышленности Азербайджанской республики и Украины. Объем образованных всех твердых сбувккх отходов в 19?0 г. в Азербайджане составлял 300 и на Украине 12000 тонн (б том числе отходов кож хромового дубления - 5; вулканизированной резины - 3, отходов сдедкартояа - Í.5; дублированных тканей ■ 2,5 тыс.тонн). По Азербайджану эти цийры ориентировочно составляют 125, 75, 37,5 и тонны.

Проанализированы экологические проблемы утилизации и обезвреживания отходов и загрязнений. Рассмотрена современная ситуация в области образования твердых, газообразных, жидких и пылеобразных отходов :-: обувной промышленности, я2ляищ{хся серьезными источниками загрязнения окружающей среды. -Приведены данные по выделению в окружаю:::.'.о среду вредных газообразных и жидких веществ предприятиями обувкой промыалашюстя Украины в сопоставлении-с установленными ?Zll, ¿ак перечень загрязкяоздх веществ, выделяемые в атмосферу, а такие их характеристика по технологически'«: операциям.

Проанализированы современные методы очистки воздуха от загрязнений к рекуперации растворителе-;:, а также и;е.-;-:;ееся отечественное оборудований для этих целег. и рекомендации по его применению.

Вторая глава лосвялена проблеме расширения использования отходов в обузяок 'А смежных отраслях производства, что позволит обеспечить экономка глатернальних ресурсов и ускорить создание ло отходил технологи? производства обуви. Рассмотрены персаекти-

вы и способы использования в обувном производстве отходов резины, полиуретанов, поливинилхлорида, термо-, эластопластов и других материалов в качестве ингредиентов смесей для изготовления формованных деталей методами литья и прессовой вулканизации. Рассмотрены возможности улавливания, рекуперации и возвращения в производство испаряющихся органических растворителей в технологических процессах. Дани рекомендации на основе обобщения практического опыта в этой области.

Освещены широкие возможности применения отходов обувной промышленности при производстве кожкартона, искусственных кож, в сельском хозяйстве, строительстве и т.д.

Обобщен опыт и охарактеризованы технические средства для утилизации и обезвреживания отходов, прежде всего, применяемые в Украине и е других странах СИЛ?.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований и практического внедрения разработанных на их основе рекомендаций на обувных предприятиях, например, при изготовлении формованных подошв из резин я полиуретанов с использованием отходов указанных материалов.

Проведенные на бакинском производственном объединении "Кд-

маи" исследования показали, что отходы, получаемые при произвсд-

(

стве спортивно»; обуви (мягкая, эластичная резина), мох'ут повторно использоваться в качестве регенерата в резиновой смеси. Предварительно э^и отходы необходимо выдержать в растворителе (диок-сане). Экспериментально установлено оптимальное время набухания отходов.

При набухании в резине увеличиваются межмолекулярные расстояния, что способствует лучшему их смешиванию резины с другими ингредиентами. Перед смешиванием отходы подвергаются термо-

механической обработке на вальцах и затем смешивается с другими ингредиентами резиновой смеси.

Для проведения эксперимента к резиновой смеси добавлялись различные массовые части регенерата в расчете на 100 м.ч. каучука (10,2и,ЗС,40,50 м.ч.). Полученные подошвы с различными добавками отходов эластичной резины (в виде регенерата) проверялись на соответствие требованиям норматива по физико-механическим свойствам. Показатели приведены в табл.1.

Установлено, что при добавлении 40-50 м.ч. регенерата в рас счете на 100 м.ч.каучука фкзико-механические свойства подошвенных резлк соответствуют требованиям норматива, лишь при добавлении 4С-оО м.ч. (рис.1) несколько увеличивается масса обуви.

Результаты эксперимента позволяют сократить, не ухудшая физико-механических свойств, расход основных каучукоь, мягчктелей и др., сокращают длительность л энергоемкость смещения, способст' вуют улучшению технологических свойств смесей (каландруемость, шприцуемость, скорость вулканизации), позволяют удешевить продукцию и улучшить экологическую обстановку.

На предприятиях Азербайджанской республики в производстве отдельных деталей низа обуви и при литьевом методе изготовления обуви ежегодно образуется 15 тонн полиуретаношх отходов. Непе-реработакные отходы ежегодно вывозились на городские свалки, что приводило к потере ценных материальных ресурсов и ухудшению экологической обстановки в данном регионе.

Б связи с этим были проведены исследования повторного испол: зования полиуретановых отходов для производства формованных подошв методом прессования.

Эксперимент заключался в следующем.

I.Определяли оптимальные размеры частиц при измельчении от-

Таблица I

Показатели физико-механических сво>:ств подошвенной резины при добавлении в резиновую смесь регенерата

Показатели физико- Регенерат, м.ч. в расчете на 100 м.ч.

механических _каучука_

свойств резины 0 10 20 30 40 50

Плотность, г/см3

Предел прочности при растяжении,МПа

Удлинение при разрыве, %

Остаточное удлинение при разрыве,%

Сопротивление многократному изгибу, тыс.изгибов

¡'асса обуви, г

Сопротивление истиранию, мм3/Дж

1,3 1,3

160 13

160 13

15,о 15,5

405

;Э5

3,1

1,3

160 13

15,5 405

3,1

1,3

160 13

15 410

156 13

1,3 1,4

6 5 МО 14

15

418

14

423

3,1

3,2 2,8

ходов полиуретана (размер частиц о-а мм в поперечном сечении).

2.Выбирали наиболее пригодные.типы оборудования для измельчения отходов ("Кондукс" II- 1С).

3.Определяли температуру и оптимальные технологические ре-жкмы прессования (температура - 200°С и время выдержки в прессою оме - 3 млн).

4.Определяли физико-механические свойства подошв из вторичного полиуретана и сопоставляли с показателями аналогичных по-тошв из первичного полиуретана.

5.Выполняли производственную проверку предложенной технологии в условиях Еакинско;! обувной фабрики X 2.

Опыты проводились на образцах вторичного полиуретана, полу-(енного на предприятии. Критерием оптимальности служила сходи-

ю

Рис.1. Зависимость массы обуви (г) от количества добавляемого регенерата (м.ч.) в расчете на 100 м.ч. каучука

кость физико-механических показателей подошв из вторичного полиуретана по сравнению с аналогичными показателями подошв из первичного полиуретана, изготовленных по существующей технологии (табл.2).

Таблица 2

Показатели физико-механических свойств подошв из отходов полиуретанов при оптимальных значениях размеров частиц отходов, температуры и выдержки при прессовании по предложенной технологии

£изико-механические показатели подоив

Подошвы, изготовленные до технологии

существующей

предложенной

Плотность, кг/м ООО

Предел прочности при растяжении, МПа ',,'1

Относительное удлине-

остаточясе, не менее 25

при разрыве, не более ' 4С0

Твердость, усл.ед. 55-75

Сопротивление многократному изгибу, число изгибов 150300

Сопротивление истиранию, мм3/Дж 12

-320 4,0

23 370 60-60

¡76500 15

Из данных таблицы 2 видно, что физико-механические свойства деталей, изготовленных по предложенной технология, соответствуют требованиям норматива, а в ряде случаев отмечено повышение физико-механических показателей, определяющих основные эксплуатационные свойства материалов (например, сопротивление многократному изгибу увеличивается в 1,2 раза).

На основе результатов эксперимента, согласующихся с данны-

ми УкрНЖКИ, сделаны выводи о характере зависимости между технологическими параметрами сырья, режимами его переработки и физико-механическими показателями изделия из вторичного полиуретана. Так, при 1'кеньлен.)И размеров частиц нолиуретанового сырья увеличиваются насыпной вес, масса и плотность материала, усиливается аутогезия между его частицами. Б результате увеличиваются прочность материала на разрыв, повышается твердость материала и его сопротивление истиранию.

При увеличении частиц полиуретана происходит уменьшение насыпного веса, массы и плотности материала. Вследствие этого уменьшается аутогезия между частицами, ухудшаются прочностные показатели материала, уменьшается его твердость, сопротивление истираним к др.

При уменьшении температуры прессования увеличивается вязкость расплава, могут образовываться структурные дефекты (трещины, нечеткое формование рисунка), происходит снижение прочностных показателей. При увеличении температуры происходит перегрев массы, повышается газовыделение, ухудшаются прочностные показатели формованных изделий.

При уменьшении времена выдержки формуемого изделия в пресс-форме наблюдается недостаточное заполнение последнее,появление углублений ("утяжек") и неровностей на поверхности изделия. При увеличен/.и времени выдержи изделия в пресс-форме снижается производительность оборудования.

Полученные в ходе эксперимента результаты обрабатывались на ЗБМ типа 1КГ, АТ '* С.вОв " с помощью программы СТАР по известной методике, позволившей вычислить систему уравнений регрессии, которые после проведения расчетов можно записать в виде:

У = 159 - 1и,125Х1 - Ю,125Х^

где - регенерат, м.ч. в расчете на 100 м.ч.каучука, У - удлинение при разрыве резины,

¿Полученные уравнения регрессии позволили определить оптимальные значения исследуемых факторов, построить графическое изображение зависимостей (например, зависимость удлинения при разрыве резины от количества добавляемого регенерата (м.ч.) в расчете на 100 м.ч.каучука и др.).

В четвертой главе разработана математическая модель высокоэлективного процесса производства обуви с замкнутым циклом и рассчитана экономическая эффективность использования отходов по-глуретанов для изготовления деталей низа обуви.

Особое внимание уделено созданию математической модели спе-1иализированного производства с точки зрения эффективного использования отходов. Для этого было проведено формализованное описа-ше процессов обувного производства, конкретизированы пункты пе-)еработки отходов, составлены характерные материальные потоки, :оторне описаны с помощью моди^ицировагной системы графов (рис. 2).

'¿одлфициро ванная система градов показывает характерные мате-малыше потоки, где выделены пункты (склады, цехи и т.д.) пере-;аботки материалов - вершины графов, обозначенные символами А, ,С,..., и переход полуфабриката из одного пункта переработки в ругой - ветви градов. При этом выделейы потоки отходов. Напри-ер, отходы сборочного цеха переходят .в. пункт Н г участок пере-аботки отходов.

Рассмотри: построение математической модели формализованно-о процесса. Математическая модель включает функции цели и огра-ичения на ее решение. Целевой функцие/. считается экономический

/

а

/

показатель, который адекватен разности количества материального потока до входа в пункт переработки полуфабриката и после его выхода из этого пункта. Эта разность тождественна получению отходов на соответствующем пункте переработки материалов. Такие разности в каждом переходе являются локальными целевыми функциями. Разность количеств материального потока по всему технологическому циклу является глобальной целевой функцией.

Оптимизация локальных и глобальной целевых функций соответствует созданию модели высокоэффективного малоотходного, в конечном итоге, безотходного технологического процесса производства обуви с замкнутым циклом.

Таким образом, использование отходов после каждого пункта переработки материала приближает разомкнутую систему обувного производства, какой она является в настоящее время, к замкнутой со всеми положительными ее качествами.

Математическая модель замкнутой системы обувного производства с точки зрения минимизации отходов в каадом пункте их переработки составлена по каждому участку и з конце получена синтезированная математическая модель всей замкнутоЗ системы предприятия; Гс •

г г

у*

.....

И * 1

- (1+ 4 +"+?*)] - Ъе [Е (^е,--^)]]

На рис.1 к синтезированной .магматической моделк приняты следующие обозначения:

Р(А,Е)~ глобальная синтезированная математическая модель все:! замкнутой систгмы предприятия; А - поставщики материалов; - функция, соответствующая материальное потоку у поставщиков - вершина графа А ; V/ - поставщики сырья; 'С -число поставщиков; В - склады сырья предприятия; /6 - функция, соответствующая материальному потоку на фабричных складах - вершина графв В ; - склады; $ - число складов; С?1 - раскройный цех; ^ - функция, соответствующая материальному потоку в раскрокком цехе - вершина графа Сх ; ОС - технологические процессы раскройного цеха; £ - количество процессов в раскройном цехе; 0« - вырубочный цех; ~ «¿ункцая, соответ-

ствующая материальному потоку в вырубочном цехе - вераина графа 0г ; у - технологические лроцессы вырубочнего цеха; _/И -количество процессов в вырубочном цехе; X) - сборочный цех;

- функция, соответствующая материальному потоку в сборочном цехе - вершина графа I) ; И - технологические лроцессы сборочного цеха; - количество процессов в сборочном цехе; Н- цех дополнительно", продукции (специализированны;! цех); ^ - 'функция, соответствующая материальному потоку в специализированном цехе - вершина гри^а Н ; - технологические процессы специа-лкзкроь-шного цеха; Ь - количество процессов специализированного цеха; £ - склад готовой продукции; ^ - -ункция, соответствующая материальному потоку на выходит: базе - вершина графа Е ; Э - участки выходной базы; V - количество участков; К^-детали верха обуьи; Ки.... К1.5. • - отходы детале;: верха обуви;

Кг - детали низа обуви; Кг.*.----Кг.«, -отходы деталей низа

обуви; - неиспользуемые отходы выбрасываете на свалку; V-

газообразые отходы; S - очистка сточных вод; R - рекуперация, обезвреживание отходов; U - комплектовка отходов для передачи другим отраслям производства; Кг.и.- отходы кожкар-тона используемые в производстве кожкартона; Кг.г.1.~ отходы натуральной кожи используемые в производстве кожкартона; -сборка заготовок верха обуви; - сборка обуви; 2)г1...])гл -отходы деталей низа обуви в сборочном цехе; ^ - повторная переработка отходов обуви; N< - строительная организация;

N i.«.....Ni.«. - готовые изделия; N¿ - в сельскохозяйственной

промышленности; N2.«. готовые изделия; N3- другие от-

расли промышленности; Nj,i.....Nj-5- готовые изделия; М - метод переработки; TCi.i.z....TCí.s,c технология производства изделий; 1...15 - образцы переработанных отходов (резин и полиуретанов); О - готовая обувь; £ - склад готовой продукции; Р - потребитель.

Минимизация глобальной целевой функции описывает синтезированную математическую модель, которая обеспечивает малоотход-ность технологического процесса производства обуви. Для безотходного процесса производства обуви математическое выражение имеет следующий вид: ' ■•■

F(A,E)-0

Приводен расчет экономического эффекта от использования отходов полиуретанов, который получен за счет снижения себестои-: ; ■ 1 мости полиуретанавых подошв при использовании отходов полиуретанов и выпуска новой более качественной продукции,для удовлетворения нужд населения.

ВЫВОДУ

I.Разработана системная классификация отходов обувного производства по источникам их образования, видам материалов и спо-

собам их переработки.

2.Обобщены современные способы использования отходов обувного производства как в обувной промышленности, та и в других отраслях народного хозяйства. Показана возможность создания новых технологических процессов переработки отходов рез/н и полиуретанов .

3.Раскрыты возможности перспективы полного использования всех видов образующихся в обувном производстве отходов.

4.Рассмотрены материальные потоки обувного предприятия и разработана математическая модель высокоэффективного малоотходного процесса нроизьодства обуви. Предложена система комплексного использования отходов обувного производства.

5.Разработаны рациональные технологические параметры; размера частиц при измельчении отходов полиуретанов, температура литья, время выдержки изделия в пресс-форме под давлением.

Остановлено, что физико-механические показатели подошв из отходов полиуретанов соответствуют требованиям нормативов, а сопротивление многократному изгибу превышает нормативный показатель в 1,2 рази.

7.На бакинском производственном объединении "Пдмак" разработан технологический процесс изготовления спортивной обуви методом прессовой вулканизации с добавкой эластичных отходов резаны. Изготовленная с;юртг.ьпая обувь по свода ризкко-мехаяяческим показателям соответствует требованиям норматива. Б г. объединением '"лздман" было изготовлено по данной технологии 130 тыс. пар спортивной обуви с экономическим агентом 1Ь тис .рублей.

с.На бакинской обувной фабрике £ - внедрен технологический процесс изготовления формованных подошв из отходов полиуретана. Б 1У1Э2 г. выпущено тыс.пар подоив с экономическим эффектом

115 тыс.рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I.¡'о.таханэз А.Х., венчан А.П., Алешков З.П., Алиев P.P. Ло-висеннг экологичнсстн литья низа обуви из полиуретанов. '/.»формаций нлый листок 11 34 АзгСЖГГЛ, 1У91.

с.Гемиханов Л.Х., Нестеров Б.П., Лбдуллаев Н.И.»Гасанов У,.К.,_ Алиев P.P. Г.тходы обувного производства. Информационный листок .'£' 12 ЛзН^ЯГГК, 1831.

3.Исмиханов А.Х., Алиев P.P. 'Использование отходов эластичных резин в производстве спортивной обуви. Информационный листок .i 154. АзПЖТ/, iaai.

4.Алиев P.P., Нестеров Б.П. Создание технологического процесса изготовления обуви с замкнутым циклом переработки. Тезисы • доклада 44-3 научной конференции профессорско-преподавательского состава института. Киев, дТИЛП, 1992.

5.Алиев P.P., Исмиханов А.Х., Ь'амедов Э.И. Переработка отходов искусственных кож и подошвенных резин. Информационный листок

J70. Азшжта, mz. С-

о.Нестеров В.П., Алиев P.P., Исмиханов А.Х., Паааев Б.С. Переработка отходов резиноездержащих материалов методом измельчения. Тезисы докладов XI научно-практической конференции про фес-зорско-преподавательскэго состава АзТ!'. Гянджа, 1Ээ2.

7.Нестеров З.П., /тлев P.P., Исмиханов А.л., Мамедов о.ИЛ'с-тсльзование отходов резины в производстве обуви методом прессо-зой вулканизация //Легка промислов1С1;ь, Киев. -. 19У2. - Ii 4.

ü.Алиев P.P., Нестеров 3.11. Переработка отходов литья полиу-зетанов для производства подошв методом прессования //Легка про-1ИСлов1СТь, Киев. - Iä93. - J* 2.

Э.Алиев P.P. и др. Переработка'отходов натуральной кожи в ПБХ-комлсзициях Для использования в производстве искусственных кож и пленок. Сборник научных трудов Азербайджанского технологического института. - 1УУЗ. - Ь выпуск.

гп "вдинжсерви:

зак.№ 2/6 тир.

40 экз.