Повышение эффективности сушки хлопчато-бумажных тканей в процессах отделки и колорирования

Развитие текстильного производства не мыслимо без совершенствования технологических процессов и оборудования для отделки тканей. Многочисленные виды обработок текстильных материалов заключаются в осуществлении ряда физико-химических процессов, протекающих при определенной температуре. От эффективности организации в теплоиспользующих установках процессов теплои массопереноса зависят качество выпускаемой продукции, продолжительность цикла обработки материалов, удельный расход энергии, химических реагентов и технологической воды.

Для текстильного производства характерно большое разнообразие тепломассообменных операций с тканью и оборудования для их осуществления. Особое место занимают процессы обработки материалов в жидкости (расшлихтовка, отварка, беление, крашение, печатание, мерсеризация, аппретирование и др.).

Различные материалы после операций обработки в жидкости требуют разных способов и режимов сушки. Рациональная организация процесса сушки позволяет повысить показатели качества ткани. Сушильные машины отличаются большим разнообразием по способу подвода теплоты к материалу (конвективные, контактные, терморадиационные, высокочастотные, комбинированные). Также широко используются машины для влажно-тепловой обработки, выпарные аппараты.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что для повышения экономичности процесса сушки ткани, перспективным направлением является использование в сушильных машинах систем обогрева при непосредственном сжигании природного газа в сушильном агрегате. Сушильные машины фирм «Babcock» и «Bruckner», оснащенные подобными системами обогрева, обладают рядом существенных достоинств и являются эффективными.

Совершенствование термических процессов и оборудования для их реализации в текстильной промышленности необходимо для повышения их производительности путем интенсификации процессов тепло— и массопереноса, снижения расхода энергии на единицу выпускаемой продукции, повышения показателей ее качества. Кроме того, оборудование должно быть удобно при обслуживании и безопасно.

Разработка и внедрение новых теплоиспользующих установок предъявляют повышенные требования к точности и достоверности расчетов тепло— и массообмена в элементах конструкций и знания тепло физических характеристик обрабатываемых материалов. Не менее важны расчеты баланса массы и баланса теплоты в таких установках. Анализ балансов позволяет определять виды расходов теплоты, выявить не производительные тепловые потери, разработать меры по их снижению.

Актуальность темы

диссертации.

Развитие отделочного производства текстильной промышленности невозможно без совершенствования его технологических процессов и оборудования. Отличительной особенностью отделочного производства является наличие физико-химических процессов обработки текстильных материалов, протекающих при определенной температуре. От эффективности организации в теплоиспользующих установках процессов теплои массопереноса зависят энергосберегающие показатели, в частности продолжительность цикла обработки материалов, удельный расход энергии, химических реагентов, а также качество обрабатываемой ткани.

Для отделочного производства характерно большое разнообразие тепломассообменных процессов с тканью и оборудования для их осуществления. Особое место занимают процессы обработки материалов в жидкости: мерсеризация, беление, крашение, печатание, аппретирование и др.

Различные текстильные материалы после процессов обработки их в жидкости требуют разных способов и режимов сушки. Сушильные машины отличаются большим разнообразием по способу подвода тепловой энергии к текстильному материалу (конвективные, контактные, терморадиационные, высокочастотные, комбинированные).

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что для повышения экономической эффективности процесса сушки перспективным направлением является использование в сушильных машинах обогрева при непосредственном сжигании природного газа в сушильном агрегате. Сушильные машины фирм «Babcock» и «Bruckner» (Германия), оснащенные подобными системами обогрева обладают рядом существенных достоинств и являются достаточно эффективными.

Совершенствование термических технологий в текстильной промышленности связано с интенсификацией процессов теплои массопереноса, со снижением расхода энергии на единицу выпускаемой продукции и повышением показателей ее качества.

При разработке и внедрении новых теплоиспользующих установок должны предъявляться повышенные требования к точности и достоверности расчетов теплои массообмена при взаимодействии текстильного материала с сушильным агентом или с элементами конструкций оборудования. Не менее важны результаты расчетов балансов массы и теплоты в таких установках, анализ которых позволяет определить виды расходов теплоты, выявить непроизводительные потери тепловой энергии, разработать меры по снижению ее потребления.

В настоящее время в условиях становления рыночных отношений основной задачей текстильных предприятий является выпуск конкурентноспособной продукции. Решение данной задачи непосредственно связано с техническим перевооружением предприятий, которое должно осуществляться в направлении разработки и создания нового энергосберегающего оборудования и модернизации действующего оборудования.

Таким образом, научные исследования, направленные на совершенствование сушки тканей в процессах отделки и калорирования тканей для улучшения показателей их качества, а также развитие теоретических и практических методов расчета процессов теплообмена, являются в настоящее время достаточно актуальными.

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является совершенствование процесса сушки напечатанных хлопчатобумажных тканей на сушильных машинах для повышения его экономической эффективности и качества выпускаемой ткани.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные, технологические и технические задачи:

— проведен теоретический анализ эффективности различных способов интенсификации процесса сушки напечатанной ткани при использовании в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа;

— проведена экспериментальная оценка влияния СВЧ-обработки тканей на стадии их сушки в процессах заключительной отделки растворами термореактивных смол;

— исследованы параметры конвективного способа сушки напечатанной ткани с применением соплового обдува ее горячим воздухом;

— разработана методика расчета параметров конвективного способа сушки напечатанной ткани с применением соплового обдува ее горячим воздухом, учитывающая особенности циркуляции потока сушильного агента в зоне соплового обдува;

— осуществлены производственные испытания опытного образца сушильной машины, реализующей конвективный способ сопловой сушки ткани, с использованием в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа.

Объекты и методы исследований.

Объектами исследований являлись хлопчатобумажные и смешанные ткани поверхностной плотности 0,09. 0,28 кг/м2, главного класса переплетений. Для печати использовались активные красители и соответствующие текстильные вспомогательные вещества.

При теоретических исследованиях процесса сушки тканей использованы математический аппарат дифференциального и интегрального исчислений и численные методы решения уравнений на ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на лабораторных стендах и экспериментальных промышленных установках. При исследовании теплотехнических параметров применялись известные методы теплометрии. Оценку показателей качества тканей осуществляли с использованием стандартных методик.

Научная новизна:

— разработана математическая модель и метод расчета процесса сушки ткани с использованием в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа в смеси с воздухом с учетом рециркуляции теплоносителя в зоне соплового обдува;

— выявлены закономерности основных параметров кинетики процесса сушки ткани с использованием различных рабочих растворов и сушильного агента на основе продуктов полного сгорания природного газа в смеси с воздухом;

— разработаны технологические режимы сушки ткани после печати с применением комбинированного способа теплового воздействия сушильного агента в виде смеси воздуха и продуктов полного сгорания природного газа;

— определен диапазон эффективного использования СВЧ-обработки тканей на стадии их сушки в процессах заключительной отделки растворами термореактивных смол.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных теоретических и экспериментальных результатов для совершенствования процесса сушки напечатанных тканей за счет применения в качестве сушильного агента высокотемпературных продуктов сгорания природного газа в смеси с воздухом.

Промышленная реализация результатов работы осуществлена на ОАО «Глуховский текстиль» (г.Ногинск, Московская обл.) при модернизации сушильной машины тканепечатного агрегата «ЕШех». Эффективность от новых технологических решений состояла в интенсификации процесса сушки ткани и экономии тепловой энергии.

На основании проведенных технологических и теплотехнических испытаний установлено, что при использовании системы газового обогрева производительность тканепечатной машины «ЕШех», работающей в производственных условиях ОАО «Глуховский текстиль», повысилась с 35 м/мин до 60. 70 м/мин при увеличении коэффициента полезного использования теплоты сушильной части машины с 32 до 50%.

Экономический эффект от внедрения составил 321,048 тыс. руб. (в ценах 1998 г.) на одну установку в год.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены и получили положительную оценку на:

— международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Кострома, 1998 г.) — международной научно-технической конференции «Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении» (Витебск, 1998) — расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии (Иваново, 1998);

— научно-техническом совете ОАО «Глуховский текстиль» (г.Ногинск Московской области, 1998 г.).

Публикации.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Губерман М. С., Ипатова В. И., Куликов Е. Г., Скурихин В. В. и др. Сушильная машина на газовом отоплении для ткани // Текстильная промышленность. — № 3. — 1995. С. 30−31.

2. Губерман М. С., Сакалов М. А., Скурихин В. В. Исследование эффективности комбинированного энергоподвода на стадии сушки в процессе заключительной отделки ткани // Текстильная промышленность. -№ 6, — 1998.-С. 17−18.

3. Губерман М. С., Сакалов М. А., Скурихин В. В. Использование продуктов сгорания газа в сушильном оборудовании для ткани // Текстильная промышленность. — № 6. — 1998. С. 19.

4. Скурихин В. В. Машина для конвективной сушки с газовым обогревом Международная научно-техническая конференция // Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях: Тез. докл. международной науч.- техн. конф. — Кострома, 1998.

5. Скурихин В. В. О снижении затрат энергии при тепловой обработке ткани // Новые ресурсосберегающие технологии и улучшение экологической обстановки в легкой промышленности и машиностроении: Тез. докл. международной науч.-техн. конф. — Витебск, 1998.

6. Губерман М. С., Сакалов М. А., Скурихин В. В. Математическая модель и методика машинного исследования процесса сушки ткани в сопловой газоконвективной машине. М., 1998. — 9 с. — Деп. в ЦНИИТЭИлегпром 20.01.99 № 3809-ЛП.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, литературного обзора состояния проблемы (1 глава), результатов исследований (2,3 главы), результатов производственной апробации опытного образца сушильной машины (4 глава), выводов, списка литературы из 112 наименований, — 1 приложений. Работа изложена на 168 страницах текста, включая 34 рисунка и 8 таблиц.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА.

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Анализ современного состояния техники и технологии сушки тканей после печати выявил необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований по интенсификации этого процесса.

2. На основании экспериментальных исследований установлено, что наиболее эффективным способом сушки ткани является сопловой конвективный способ с использованием в качестве сушильного агента продуктов сгорания природного газа в смеси с воздухом. Его применение обеспечивает снижение удельных расходов тепловой энергии, затрачиваемой на обработку ткани, способствует повышению производительности сушильных машин в 2 раза и к.п.д. с 32 до 50%.

3. Показана теплотехническая и технологическая эффективность использования сверхвысокочастотного электромагнитного поля в комбинации с продуктами сгорания природного газа и воздуха на стадии сушки в процессе придания хлопчатобумажным тканям свойств малосминаемости.

4. Разработана математическая модель, позволяющая средствами компьютерного вычислительного эксперимента рассчитывать оптимальные технологические и конструктивные параметры сушильной части тканепечатно-го оборудования при использовании в качестве сушильного агента смеси воздуха и продуктов полного сгорания природного газа.

5. Расчеты с использованием разработанной математической модели процесса сопловой сушки ткани горячим воздухом в смеси с продуктами сгорания природного газа дали следующие результаты:

— при предельно малом расстоянии от сопла до ткани (30 мм) кратность присоединенной массы равна единице (массовый расход смеси в струе удваивается);

— с увеличением влажности сушильной смеси влияние микрорециркуляции на интенсивность сушки снижается с 15 до 13%;

— по мере удаления сопла от поверхности ткани кратность присоединенной массы отработавшей сушильной смеси в присопловой зоне быстро увеличивается, интенсивность сушки при этом быстро уменьшается;

— при ширине сопла около 5 мм и шаге 140 мм кратность присоединенной массы возрастает с единицы (при расстоянии сопла от ткани 30 мм) до 3,5 (при расстоянии 300 мм), интенсивность сушки в этих условиях снижается примерно с 0,08 до 0,04 (кг/с)/м ;

— с уменьшением ширины щелевого сопла, вследствие значительного увеличения скорости струи через сопло, интенсивность сушки возрастает, несмотря на рост присоединенной массы и вызываемое этим снижение потенциала сушки;

— увеличение шага сопел при неизменной длине участка активной сушки вызывает рост интенсивности сушки из-за существенного увеличения скорости истечения газов из сопел вследствие уменьшения их числа;

— с увеличением количества сопел (при неизменных длине участка активной сушки и ширине сопла) снижается интенсивность сушки из-за уменьшения шага сопел и скорости истечения газов из сопел, обусловленного увеличением их суммарного проходного сечения.

6. Разработаны методики и программы расчета статики сушильной машины, позволяющие проводить расчеты на основе теплового и материального балансов как отдельных зон, так и сушильной машины в целом с учетом параметров кинетики процесса сушки ткани и связанных с этим режимных и конструктивных параметров.

7. Проведены модернизация и промышленные испытания сушильной машины тканепечатного агрегата марки «ЕШех» с использованием газового обогрева смесью горячего воздуха и продуктов сгорания природного газа с рециркуляцией сушильного агента и возможностью регулирования температуры и расхода теплоносителя. Результаты промышленной апробации полностью подтвердили выводы теоретического анализа данного процесса, разработанного с помощью предложенной математической модели.

8. Рассчитана технико-экономическая эффективность от внедрения в производство технологических и технических решений по использованию системы газового обогрева на сушильных машинах отделочного производства, которая составла 321,048 тыс. руб. (в ценах 1998 г.). на одну машину в год.