Повышение эффективности технологии получения регенерированных волокон из путанки и лоскута

Деятельность любого текстильного предприятия характеризуется множеством количественных и технико-экономических показателей. Среди них нет ни одного, который не зависел бы от качества сырья и степени его использования. Экономия материальных сырьевых ресурсов является приоритетным направлением работы всех текстильных предприятий. Создание малоотходных технологий подразумевает не только минимизацию количества отходов при производстве пряжи, но и рациональное их использование [1].

Кризис сырья, существующий в Российской Федерации в текстильном производстве, заставляет комплексно подходить к его использованию и повсеместно внедрять безотходную технологию. Этому уделяется особое внимание во всех развитых странах мира.

Всего продукты регенерации, при годовом потреблении хлопка-волокна по РФ в 280 тыс. тонн (данные на 2008 г.), составляют:

— прядомые волокна, которые могут использоваться в производстве медицинской ваты и ватно-марлевых изделий, составляют 24,75 тыс. тонн (рис. 1);

— пуховая группа волокон (волокна длиной менее 20 мм), которые могут быть использованы для производства женских гигиенических пакетов и детских подгузников-трусиков, а также в оборонной промышленности, составляет 10,61 тыс. тонн.

Таким образом, с использованием регенерированного волокна для производства упомянутых изделий в текстильной промышленности может быть использовано дополнительно 35,36 тыс. тонн хлопка [2].

Стоимость сырья настолько возросла, что даже доли процента исходного сырья, попадающие в отходы, представляют собой значительные материальные ценности. К 2008;му году объем текстильных отходов в мире составил примерно 8,5 млн. тонн, или около 16% общего объема поступления волокнистых материалов (в т.ч. примерно 4,75 млн. тонн приходится на вторичное сырье, 0,65 млн. тонн — на отходы химических волокон и 3,6 млн. тонн на отходы отраслей последующей переработки), а в связи с увеличением выпуска продукции их объем постоянно повышается.

Вторичным текстильным сырьем называются промышленные отходы, а также изношенные и бывшие в употреблении волокнистые материалы и изделия, не пригодные для применения по прямому назначению, но пригодные после соответствующей обработки к использованию в качестве сырья для промышленной продукции [3].

Технологические процессы подготовки различных компонентов сырья к смешиванию, смешивание и чесание являются начальными звеньями в сложном процессе приготовления пряжи.

В этих процессах закладываются такие важнейшие технологические показатели качества полупродуктов, как равномерность по составу и расположению образующих ровницу или чесальную ленту волокон, сохранение их первоначальной длины и прочности, эффективная очистка от сора и пыли и другие показатели, оказывающие воздействие на последующие процессы приготовления пряжи и определяющие свойства получаемого продукта.

С непрерывно растущей потребностью в пряже связано усиление научно-исследовательской работы по созданию новых способов ее получения. Любые изменения в технологическом процессе непосредственно влияют на количество используемого оборудования, которое в свою очередь отражается на затратах по всем основным статьям себестоимости продукции [4]. В последние десятилетия стали рассматриваться патенты и лабораторные разработки, не получившие практического применения. Классический способ прядения был дополнен способом производства непрерывных искусственных нитей. Были созданы и внедрены в текстильную промышленность химические волокна.

Все это выдвигает вопросы экономного расходования сырья, сокращения количества образующихся в процессе его переработки отходов, а также сбора и использования образующихся отходов в ряд особо важных проблем.

42,7 тыс. тонн.

Рис. 1 Схема выхода отходов и возможности их регенерации в прядильных, ткацких, швейных и трикотажных производствах (1994г) 11,68 тыс. тонн.

Рис. 2 Схема выхода отходов и возможности их регенерации в прядильных, ткацких, швейных и трикотажных производствах (2008г.).

Актуальность работы. В настоящее время в России проблемы получения качественной пряжи и изделий из нее с вложением регенерированных волокон находятся в стадии поиска и решения. Кризис сырья в Российской Федерации заставляет предприятия комплексно подходить к его использованию и повсеместно внедрять безотходную технологию получения текстильных изделий. Насущным является вопрос создания простой, эффективной и высокоэкономичной технологии и оборудование для щадящего режима получения регенерированных волокон, поскольку получение таких волокон прядомой длины и вложение их определенного количества в смесь позволяет снизить себестоимость вырабатываемой пряжи без ухудшения ее физико-механических показателей.

На сегодняшний день крайне актуальными остаются научные исследования, направленные на разработку и внедрение технологий, связанных с процессами регенерации волокон из отходов текстильного и швейного производств, и повторного использования этого сырья при выпуске текстильной продукции. Анализ существующей отечественной и зарубежной техники и технологии восстановления волокон из вторичного сырья показал необходимость дальнейшего изучения вопросов получения качественных регенерированных волокон из таких наиболее распространенных видов отходов, как лоскут и путанка.

Длина получаемых регенерированных волокон и их прядомая способность зависят от эффективности работы поточных линий для разволокнения отходов. Эффективность поточных линий в свою очередь определяется конструктивными и технологическими параметрами резательных и разрыхляющих машин, которые обеспечивают щадящее поэтапное разволокнение лоскута и путанки. Определение оптимальных заправочных параметров резательного устройства должны обеспечить высокую эффективность разволокнения, снижение выделения в отходы регенерированных комплексов волокон, способствовать сохранению их штапельной длины без потери прочности при разволокнении.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является повышение эффективности регенерации хлопчатобумажных волокон из путанки и лоскута за счет совершенствования процессов резания и разрыхления текстильного материала на разволокняющей поточной линии путем использования предложенных технических разработок, а также последующее изготовление пряжи пневмомеханического способа прядения с вложением в смесь до 7% полученных волокон.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Аналитически установлены щадящие условия разволокнения путанки в начальной стадии поточной линии для определения минимально необходимой силы удара игольчатого трепала по слою волокнистого материала.

2. Получено математическое описание движения сорных примесей, пуха и волокон в узле пильчатого барабана разволокняющей поточной линии.

3. Усовершенствована конструкция игольчатого трепала поточной линии для разволокнения путанки за счет использования перфорированной планки и предложена формула для расчета напора воздуха, необходимого для очистки игл трехбильного трепала.

4. Разработано устройство для поперечного резания длинномерного текстильного материала и проведена оптимизация заправочных параметров его основных рабочих органов с учетом свойств разрезаемого материала.

5. Устройство для поперечного резания апробировано и внедрено в производство в составе поточных линий для регенерации путанки и лоскута.

Основные методы исследования. При теоретическом исследовании рассматриваемой проблемы использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии, математического моделирования, теоретической механики и аэродинамики, компьютерное имитационное моделирование.

Постановка и проведение экспериментальных исследований осуществлялись на базе математических методов планирования эксперимента. Экспериментальные исследования и основные теоретические положения, полученные в диссертационной работе, подвергались проверке в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Обработка и анализ исследований проводились в соответствии с методами математической статистики на ПК.

Научная новизна заключается в развитии теоретических основ регенерации текстильных материалов и получении новых математических зависимостей, описывающих воздействие разрыхляющих рабочих органов на перерабатываемый материал и сорные примеси, а также в использовании полученных научных выводов для совершенствования технологических процессов и модернизации разволокняющей поточной линии.

В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

— определена минимально необходимое значение силы удара игольчатого трепала, необходимая для отрыва клочка от зажатого слоя путанки;

— теоретически изучено движение сорных примесей, пуха и волокон в узле пильчатого барабана разволокняющей поточной линии, в результате чего получена система уравнений, описывающая траекторию движения частиц. Система уравнений использована для повышения эффективности очистки волокнистого материала от посторонних примесей;

— показана возможность использования уравнения Эйлера в расчетах теоретического давления потока воздуха, создаваемого игольчатым трепалом с перфорированной поверхностью, который используется для очистки игл от волокон;

— проведена оптимизация заправочных параметров основных рабочих органов разработанного устройства для поперечного резания с целью получения регенерированных волокон максимальной длины.

Научная новизна предложений подтверждена тремя статьями в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и патентом Российской Федерации на полезную модель.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. Разработано, изготовлено и внедрено в производство устройство для поперечного резания длинномерного материала, обеспечивающее сохранность длины регенерируемых волокон, используемых далее для получения пряжи. Выполнена конструкторская и рабочая документация на изготовление данного устройства (подтверждены протоколом заседания НТС ООО «Куровские ткани») и предложены рекомендации по его эффективному использованию, позволяющие максимально раскрыть возможности устройства.

Разработана и апробирована новая конструкция трехбильного игольчатого трепала разволокняющих поточных линий для разволокнения путанки, что позволяет обеспечить щадящий режим получения регенерированных волокон.

Основные практические результаты работы получены и подтверждены в ООО «Куровские ткани» (г. Куровское, Московская обл.), учебном процессе кафедры прядения. Применение предложенного устройства для поперечного резания длинномерного материала и новой конструкции трехбильного игольчато трепала позволили получить регенерированные волокна высокого качества. Вложение полученных регенерированных волокон в основную сортировку позволяет экономить исходное сырье и снизить себестоимость пряжи без ухудшения ее физико-механических показателей.

Внедрение разработанного устройства для поперечного резания длинномерного материала, оптимизация его заправочных параметров и добавление полученных регенерированных волокон в основную сортировку позволили получить условный экономический эффект в сумме 800 тыс. руб. в год.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы публиковались, докладывались и получили положительную оценку на: Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию Российского заочного института текстильной и легкой промышленности (г. Москва, 2002 г.) — международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2008 г.) — межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученыеразвитию текстильной и легкой промышленности» (г. Иваново, 2008;2009 гг.) — заседании научно-технических сотрудников ООО «Куровские ткани» (г. Куровское Московской обл., 2009 г.) — заседании кафедры начертательной геометрии и черчения Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2009 г.) — научно-техническом семинаре ИГТА (г. Иваново, 2009 г.).

Публикации.

1. Быков, М. Ю. Совершенствование технологии производства — важный фактор увеличения прибыли предприятия [Текст] / М. Ю. Быков, А. Г. Горькова // Тезисы доклада Международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию института. Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности. — М, 2002. — С. 45 — 46.

2. Кабанов, С. М. Разработка новой конструкции разрыхляющих органов разволокняющих машин с учетом аэродинамики [Текст] / С. М. Кабанов, К. В. Сумароков, А. Г. Горькова, A.A. Минофьева // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — Иваново: ИГТА, 2004. — № 1(276) -С. 94−98.

3. Кабанов, С. М. Условия разволокнения путанки в начальной стадии поточной линии [Текст] / С. М. Кабанов, М. Д. Ларионова, А. Г. Горькова, С. П. Зимин, С. И. Курач // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — Иваново: ИГТА, 2005. — № 2 (283).-С. 119−121.

4. Сапрыкин, Д. Н. Условия разволокнения путанки [Текст] / Д. Н. Сапрыкин, А.Г. ГорьковаИв. гос. текст, академия. — М., 2005. — 9с. — Деп. в ВИНИТИ 06.12.05, № 1596-В2005.

5. Горьков, Г. Н. Движение сорных примесей, пуха и волокон в узле приемного барабана кар дочесал ьной машины [Текст] / Г. Н. Горьков, С. Д. Белоголовцев, A.A. Виноградов, А. Г. Горькова // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. — Иваново: ИГТА, 2005. — № 6. — С. 33 — 36.

6. Калинин, E.H. Устройство для поперечного резания длинномерного материала / E.H. Калинин, Г. Н. Горьков, А. Г. Горькова. — Патент на полезную модель № 49 830 Российской Федерации — заявитель ГОУВПО «ИГТА». № 2 005 122 204/22- заяв. 13.07.05: опуб. 10.12.05. Бюл. № 34. — 5с.

7. Старостина, Е. В. Современная малоотходная техника и технология производства пряжи [Текст] / Е. В. Старостина, А. Г. Горькова, Г. И. Чистобо-родов, Г. Н. Горьков. — Иваново: ИГТА, 2007. — 228с.

8. Горькова, А. Г. Статистические законы взаимодействия разрыхляемого материала с зубьями пильчатого барабана [Текст] / А. Г. Горькова // Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2008): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспир. и студ. Часть 1— Иваново: ИГТА, 2008. — С. 6 — 8.

9. Горькова, А. Г. Оптимизация параметров процесса разволокнения путанки [Текст] / А. Г. Горькова, С. Г1. Зимин, И. П. Горькова // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-2008): сб. материалов междунар. науч.-техн. конф. — Иваново: ИГТА, 2008. — С. 5 — 6.

10. Горькова, А. Г. Пильчатый валик чесальной машины [Текст] / А. Г. Горькова, E.H. Никифорова // Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2009): сб. материалов межвуз. науч.-техн. конф. аспир. и студ. Часть 1 — Иваново: ИГТА, 2008. — С. 3 — 4.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 4 глав, изложенных на 163 страницах машинописного текста, включая 65 рисунков и 34 таблицы, а также списка использованных литературных источников из 122 наименований, приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Построена обобщенная схема выхода отходов и обратов в прядильном, ткацком, трикотажном и швейном производствах и показаны возможные пути их повторного использования в прядении после регенерации.

2. В результате расчетов определено значение силы удара игольчатого трепала разволокняющей поточной линии, которая необходима и достаточна для отрыва клочка от зажатого слоя путанки. Для обеспечения щадящих условий регенерации и сохранения длины регенерированного волокна рекомендовано использовать результаты расчета.

3. Получена система уравнений, описывающая движение частиц в воздушном турбулентном потоке. Показана возможность повышения очищающей способности разволокняющей поточной линии на основе способа инерционно-аэродинамической очистки волокнистого материала от сорных примесей в узле пильчатого барабана.

4. Усовершенствована конструкция игольчатого трепала поточной линии для разволокнения путанки за счет использования перфорированной планки для создания возможности очистки игл била от волокна во время работы.

5. Показана возможность использования уравнения Эйлера для преобразования механической энергии вращения в давление при расчете напора воздуха, создаваемого игольчатым трепалом с перфорированной планкой, для очистки игл била от волокон.

6. Разработана конструкция устройства для поперечного резания длинномерного материала, в которой достигается скользящее резание, что в наибольшей степени обеспечивает сохранение длины регенерированного волокна.

7. Проведенная многокритериальная оптимизация разволокнения на базе результатов производственных экспериментов выявила следующие оптимальные заправочные параметры устройства для резания: для путанки: величина разводки между питающим столиком и ротационным ножом Х1 = 0,22 мм, частота вращения ротационного ножа Х2 = 240 мин-1, скорость питающего транспортера Х3 = 54,8 м/миндля лоскута: величина разводки между питающим столиком и ротационным ножом Х1 = 0,27 мм, частота вращения ротационного ножа Х2 = 320 мин" 1, скорость питающего транспортера Х3 = 9,2 м/мин.

8. Получены результаты разволокнения путанки и лоскута на поточных линиях с использованием предложенных технических средств для резания и разрыхления. Состав волокнистой массы, полученной из путанки, включает волокно — 81,2%, концы нитей — 18,8%, коэффициент вариации волокон по линейной плотности — 13,2%. Состав волокнистой массы, полученной из лоскута, включает волокно — 59,3%, концы нитей — 37,5%, лоскут -3,2%, коэффициент вариации волокон по линейной плотности — 19%.

9. Производственные испытания доказали, что вложение в смесь до 7% регенерированных волокон не снижает физико-механические характеристики пряжи пневмомеханического способа прядения, позволяет сэкономить дорогостоящее основное сырье и снизить себестоимость получаемой пряжи.