Совершенствование технологии и оборудования для переработки отходов шерстяного производства

Текстильная промышленность является одной из важнейших отраслей народного хозяйства, где все больше внимание уделяется рациональному использованию сырья, а также поиску путей эффективного использования регенерированных волокон и возможности их получения.

Актуальность использования отходов легкой промышленности подтверждается не только опытом работы предприятий текстильной промышленности, но и данными Госкомстата (2001 год): мягкие волокнистые отходы содержат более 50% прядомого волокна, отходы некондиционной пряжи — 13%, лоскута — 19%, льняные отходы, подлежащие котонизации, — 60% итак далее.

Отходы представляют значительный резерв сырья и могут быть направлены на производство пряжи больших и средних линейных плотностей, нетканых материалов, но, несмотря на достигнутый прогресс в последние годы, проблемы с регенерацией волокон из отходов остаются.

Практически все виды отходов могут быть переработаны, но для этого необходимо качественно очистить, разрыхлить отхода и удалить из них пыль.

В связи с этим возрастает необходимость создания новых малоотходных и безотходных технологий и оборудования для ее осуществления.

Внедрение новой, более производительной техники и технологии на действующих предприятиях обеспечит на тех же или меньших площадях увеличение конкурентоспособной продукции с лучшими технико-экономическими показателями.

В связи с важными задачами, стоящими в настоящее время перед текстильной промышленностью нашей страны, большое значение имеют сведения о новейших достижениях техники и технологии отечественной и зарубежной промышленности дам выработки шерстяной пряжи [I].

Сравнивая зарубежные технологии и поточные линии для переработки отходе" с общими тенденциями развития отечественного машиностроения в данных направлениях, необхсдимо отметить отсутствие значительного расхождения в технологии. Однако технический уровень отечественных машин и качество подготовки кадров значительно отстают от мирового уровня в области безотходных технологий, а именно в части разволокнения, обеспыливания, очистки и получения пряжи средней и малюй линейной плотности из смесей с использованием восстановленных волокон, полученных из отходов прядильного, ткацкого и швейного производства.

В настоящее время в текстильной, химической и легкой промышленности создались значительные запасы волокнистых отходов производства, большая часть которых вполне может быть использована. Поэтому получение качественных регенерированных волокон и поиск путей их более эффективного использования — задача актуальная и своевременная, так как, все возрастающий объем производства продукции текстильной промышленности требует увеличения количества сырья.

Аугшмисть темы дкситии. На сегодняшний день переработка и рациональное использование сырьевых ресурсов, особенно отходов, является одной из важнейших проблем для российских текстильных предафиятий. Это связано с отсутствием научно обоснованных технологий как подготовки, так и использования отходов, а также необходимого оборудования.

В настоящее время шерсть является очень дорогостоящим сырьем, поэтому совершенствование качества регенерированных волокон, то есть возможность получения этого сырья наиболее рентабельными способами с сохранением потребительских и технологических свойств, является актуальной проблемой. Особую значимость имеют универсальные технологии и оборудование, разработанные на базе вновь созданных или модернизации существующих узлов и механизмов, используемых в текстильном производстве.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с общероссийской межвузовской научно-технической программой «Текстиль России» и в рамках научных исследований по гранту 2003 года по фундаментальным исследованиям в области проблем легкой промышленности по теме «Разработка новых конкурентоспособных нетканых и других материалов для.

Цель диссертационной работы заключается в повышении эффеэтвдвосга технологического процесса переработки отходов шерсти на основе разработки устройств, реализующих регенерацию волокон для получения качественного вторичного сырья.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проанализированы существующие технологии и оборудование для переработки отходов шерстяного производства и направления их использования.

2. Разработаны и теоретически обоснованы технология и конструкция барки для гидродинамической очистки волокнистого материала, при этом улучшены условия протекания мойки материала, повышающие эффективность его очистки.

3. Исследовано изменение объемной плотности и деформации волокнистого настила при технологической обработке на выходе питателя и решена задача о воспроизводимости поля признака (волокнистого полотна в виде пучков) при заданном числе неровностей на игольчатой решетке питателя.

4. Разработаны и практически реализованы технология и конструкция узла предварительной подготовки отходов шерсти в процессе очистки и стабилизации структуры для щадящего режима обработки в процессе чесания.

5. Теоретически обоснована технология предварительной подготовки отходов, имеющих значительное количество сорных примесей, в зоне питающего устройства.

6. На основании регрессионных зависимостей установлена связь показателей физико-механических свойств регенерированного волокна с технологическими параметрами рабочих органов питающих устройств и определены их оптимальные заправочные параметры.

7. Получена и исследована продукция, изготовленная с использованием отходов.

Обмиы и методика исследования. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования процесса очистки текстильных отходов. В качестве объекта исследований использовались отходы шерстяного производства: очес кардный, угары из пыльных камер, выпады, а также шерсть помесная 64−60* аппаратная репейная.

Постановка и проведение эксперимента, обработка результатов проводились с использованием методов математического моделирования, регрессионного и дисперсионного анализов.

Расчеты по резушттш исследований и экспериментов выполнялись с помощью компьютерных вычислительных средств. Экспериментальные исследования проводились на яаборвшфжш оборудовании кафедры механической технологии текстильных материалов (МТТМ) ИГТА. При их выполнении использовались методы планирован!" эксперимента с последующей обработкой данных методами математической статистики. Применялись методы тюрешешй механики и прикладной аэродинамики для анализа взаимодействия рабочих органов в технологических процессах очистки и получения качественных характеристик по физико-механическим свойствам очищенного волокна.

Кроме того, при проведении исследований применялись современные методы с использованием аппарата дифференциального и интегрального исчислений, теории случайных чисел.

Свойства полученных полуфабрикатов и товаров народного потребления определялись на стандартных современных отечественных и зарубежных лабораторных приборах.

Достоверяость теоретических положений подтверждается результатами экспериментальных исследований при проверке разработанных технологии и оборудования в производственных условиях.

Научная новизна, В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:

1. В результате исследования гидродинамических условий промывки шерсти в технологическом процессе определена зависимость между концентрацией раствора в некотором сечении волокнистого пучка и изменением его концентрации вдоль пучка, а также получена фушсщюнальная зависимость силы сопротивления, которое испытывает волокнистый пучок при движении, от различных факторов гидродинамического взаимодействия.

2. Теоретически и экспериментально обосновано повышение эффективности очистки промываемого материала за счет установки в шерстомойной барке ряда свободно вращающихся полых цилиндров разного дашрт. Новизна технмесжого решения подтверждена патентом на полезную модель Ns 36 834 РФ МПК D01 В 3/04.

3. В результате исследований волокнистого материала ва игольчатой решетке питателя получены уравнения, связывающие расстояние между пучками из волокон с изменением объемной плотности регенерируемой массы отходов в процессе их технологической обработки и точностью вос! фоизведения полученных результатов, которые необэшдтш для точного представления профильного разреза волокнистого настила.

4. Получена система уравнений, описывающая напряженное состояние некоторого объема волокнистого материала при взаимодействии его с колковым рабочим органом.

5. Разработано новое устройство для переработки волокнистых отходов шерсти, техническая новизна которого подтверждена свидетельством на полезную модель № 27 385 РФ МПК D01 G15/72, в котором с целью повышения эффективности очистки волокнистых смесей теоретически обосновано применение под нижним транспортирующим валиком поддерживающе-расчесывакмцего валика с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движений.

6. Дано научное обоснование применения технологии обработки сильно засоренных волокнистых отходе" шерсти, оешэдодаой на продольных и поперечных перемещениях бородки из волокон относительно основной оси дщвзкеншпшающеюсяоя.

7. Выполнены экспериментальные исследования условий оредаарвгсшьдои обработки отходов шерсти, додгаерждшощне теоретические разработки позонного деформирования волокнистого материала.

8. Проведено исследование выработанной в условиях производства готовой продукции, содержащей обработанные отходы шерсти.

Практическая яюиисть я всишаиа результатов работы. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что теоретические результат доведены до практического внедрения в виде оптимальной технологии очистки отходов, позволившей получить готовую продуктов на ОАО Серпуховском текс1>*льж>-швеЙ1юм объединении (СТШО) «Пролетарий».

Разработана и испытана барка дм гидродинамической очистки шерстяных волокнистых смесей, в которой повышена эффективность очистки промываемого материала путем дозированного равномерного и постоянного колебательного воздействия на пучки из волокон в процессе их движения в промывной барке.

Кроме того, разработано и испытано устройство для очистки волокнистых отходов, за счет которого повышена эффективность очистки волокнистой смеси путем динамического воздействия на бородку в процессе ее разработки.

Практическая ценность работы также заключается в том, что созданные технология и оборудование по переработке отходов позволили повысить качество регенерируемого волокна и способствовали его эффективному использовашно при производстве текстильных изделий.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты свидетельствуют о развитии нового перспективного направления, связанного с решением вопросов по обеспечению текстильной промышленности дополнительным сырьем и рациональному применению сырья.

Результаты работы могут быть использованы при создании нового и модернизации действующего оборудования для регенерации волокна из текстильных отходов. Основные научные разработки нашли применение в учебном процессе на кафедре МТТМ Ивановской схх^дарсгаенной текстильной академии.

Промышленная реализация результатов диссертационной работы осуществлена на комбинате «GOBI» ХК (г. Улан-Батор, Монголия) и ОАО OHIO «Пролетарий» (г. Серпухов Московской обл.).

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку:

— на межвузовских научно-технических конференциях аспирантов, магистров я студентов «Молодые ученые — развитие текстильной и легкой иромшвжнавсга)» в Ивановской государственной текстильной ащемня в.

2002;2003 гг.;

— на международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» в Ивановской 1Х>сударствешюй текстильной академии в 2002 и 2004 гг.;

— на международной научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности» в Ивановской государственной текстильной академии в.

2003 г.;

— на научных семинарах и заседаниях кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии в 2001;2004 гг.;

— на расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов в 2004 г.

Публикации. Основные результаты исследований, выполненных в рамках настоящей диссертации, опубликованы в пяти статьях в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», в одной статье в юбилейном сборнике научных трудов «Теория и практика процессов прядения», в двух свидетельствах на полезную модель, в шести тезисах щштщж, а также в отчете о научно-исследовательской работе по теме «Теоретические разработки по выявлению закономерностей поэтапного ослабления связей между текстильными волокнами в процессах деформации крученых и плоских структур и регенерации волокон».

Структур" ¦ объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общего вывода и рекомендаций, списка литературы, включающего 112 шшшнм, и приложений. Основное содержание изложено на 152 страницах, иллюстрировано 37 рисунками и включает 28 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Теоретически обоснована и экспериментально апробирована технологов очистки отходов аппаратного шерстопрядения, основанная на воздействии механических сил на обрабатываемое волокно с целью плавного изменения объемной плотности волокнистой структуры пучка, что обеспечивает более мягкий режим процесса отделения сорных примесей.

2. В результате теоретического анализа гидродинамических условий очистки шерсти в промывной барке установлена зависимость протекания техяадошческого процесса мойси шерсти от изменешш размеров волокнистого пучка и его скорости. Усовершенствована конструкция шерстомойшй барки, позволяющая улучшить условия протекашм мойки материала и повысить эффективность его очистки при сохранении длины вшюш0н. Новшдотсхшр1ескогореюевдж11одх^ на полезную модель № 36 834 РФ МПК D 01 В 3/04.

3. Для предварительной подготовки обрабатываемого материала и образования волокнистого настила предложено использовать сдвоенный шпатель, состояний из доух оданяшк сеющй, на югором дроясюдаг изменение объемной плотности за счет деформации волокнистого настила при технологической обработке, а также смешивание нескольких компонентов смеси.

4. На осшхдаши обобщения теоремы отсчетов в двухмерных координатах получены уравнения, связывающие расстояние между пучками из волокон с изменением объемной пшшосш регенерируемой массы отходов в процессе их технологической обработки и точностью воспроизведения шшучшшх результатов, явобходимюе для точного представления профильного разреза волокнистого настила питателя. Получено математическое описание напряженного оос юкшв некоторого объема волокнистой материала при взаимодействии его с колковым рабочим органом.

5. Разработав* технология я кялярушлщя узла щхдааркстаой подготовки отхода" шерсти в процессе очистки, которые значительно улучшают ход дальнейшего технологического процесса и повышают эффекзявшхяъ очистки волокнистой смеси за счет рредварнтельной подготовки волокнистого слоя и динамического воздействия дополнительного валика на бородку в процессе ее разработки. Получено шучное обоснование применения данной технологии. Разработанное устройство позволяет снизить укорочение длины волокон более чем на 10%, а остаточное содержание сорных примесей в обработанных образцах — на 20%. Новизна технического решения подтверждена свидетельством на полезную модель Jfe 27 385 РФ МПК D 01 G9/12.

6. Рассмотрено явление рассортировки, возникающее при смешивании швшятетт смеет в питателе. В результате проведеяшых экспериментальных исследований определены следующие условия, при которых может быть достигнута наибольшая эффективность смешивания в питателе: при непрерывном питании постоянным количеством волокнистого материалапри тткжшем разшр&ш свойств компонентов смесиори непрерывной работе шпателя-смесителяпри послойном размещении отдельных слоев вошжгасшй массы на сиешпающей решетке (более qeunfi компонент должен располагаться в верхнем слое).

7. На сдаоеивдм питателе получена смесь из трех «хшнешт (очеса кардного, угаров, выпадов), в которой распределение клочков компонентов в малых частях смеси является тевь хорошим (коэффициент шшклпы смешивания находится в приделах 1,1−2,0), а неравномерность смеси составляет 3%.

8. Получены регрессионные уравнения, устанавливающие связь параметров шянаяцп процесса регевервр" волокна (засоренность, средняя длина и степень разрыхленности) с основными параметрами заправки ццшивдеш устройства я устройства для <лкш волокэшетых отходов, а также проведена оптимизация заправочных параметров этих устройств.

9. По pesyj&Tsrstc технологических ясшпавий уашвкво, что очищающе действие разработанного агрегата для непрерывной очистки волокнистых отходов более чем в даа раза превышает очивдаощее действие базовой угароочищающей машины, при этом сохраняется средняя длина ввжшж Нашришсяояутааиобработасаюаь да огсодов, в кшорой после очистки содержание пыли и сорных примесей не превышает нормы.

10. Получена готовая продукция с использованием обработашых отходов — аппаратная пряжа и нетканый велюр.