Производство вискозного волокна как источник воздействия на окружающую среду

1 – дозирующий насос; 2 – свечевой фильтр; 3 – фильера; 4 – горизонтальная прядильная трубка; 5, 6 – прядильные диски; 7 – вертикальная трубка; 8 – нитепроводник; 9 – пластификационная ванна; 10 – штуцер для подачи довосстановительной ванны; 11 – штуцер для подачи оборотной воды; 12 – довосстановительные ролики; 13, 15 – штуцер для подачи свежей умягченной и оборотной воды; 14 – промывные ролики; 16 – авиважные ролики; 17 – штуцер для подачи авиважного препарата; 18 – сушильные ролики; 19 – приемная катушка

Рисунок 2.5 – Технологическая схема формования вискозной кордной нити

 

2.2.10 Последующая обработка  нити. Сформованные волокна подвергаются  ряду последующих обработок, в которые входит отделка, сушка, сортировка и упаковка. Отделка проводится для удаления с волокна компонентов осадительной ванны, серы, красящих веществ, труднорастворимых солей, а также для нанесения различных веществ, облегчающих дальнейшую переработку, улучшающих внешний вид и эксплуатационные свойства волокна.

К отделочным операциям относится промывка промывка, десульфурация, отбелка, кисловка, авиажная переработка или замасливание и некоторые другие.

Поступающие на отделку нити, волокна или пленка содержат значительное количество серной кислоты, сульфатов натрия и цинка и других примесей. Кроме того волокно удерживает большое количество примесей сероуглерода. Серная кислота и соли довольно легко удаляются в результате многократной промывки водой. Если в волокне находится большое количество сероуглерода, то до промывки производится отгонка сероуглерода.

При производстве кордных нитей оставшаяся после промывки сера не затрудняет переработку нитей, поэтому операция десульфурации не производится.

Отбелка проводится для окисления красящих веществ. В результате отбелки повышается белизна волокна, уменьшается оттеночность волокна и повышается яркость. Если волокно дальше будет окрашиваться в темный цвет, то отбелка не производится. В качестве отбеливающих веществ применяют разбавленные растворы гипохлорита (1 – 3,5 г/л) и хлорита (0,5 – 1,2 г/л) натрия или пероксода водорода (0,5 – 2 г/л).

Кисловка – операция перевода осевших на волокне солей кальция, магния и железа, которые придают ему желтоватую окраску.

Для авиважной обработки используют различные поверхностно-активные вещества. При производстве кордных нитей для улучшения адгезии к резине  авиважный аппарат добавляют минеральное масло.

После отделки вискозная кордная нить содержит значительное количество влаги, поэтому она подвергается сушке. Сушка кордных нитей проводится на машинах непрерывного процесса в течение очень короткого времени. Вследствие этого процесс может проводится и при более высокой температуре, достигающей 100 – 105∘С.

Еще одной важной операцией в производстве кордной нити является кручение. Основная цель кручения кордной нити – повышение ее усталостной прочности. Обычно кордная нить подвергается двум кручениям. При первом кручении в результате укрутки длина нити уменьшается на 16 – 19% [2], а толщина нити увеличивается. При втором кручении вследствие того, что оно проводится в противоположном направлении, длина нити увеличивается  примерно на 4%[2] и соответственно уменьшается толщина. Для уменьшения затрат труда на кручение кордной нити разработаны однопроцессные крутильные машины, которые в последнее время стали широко применяться в кордном производстве. Принципиальное отличие этих машин заключается в совмещении первой и второй круток. Применение таких машин позволяет повысить производительность труда более чем в два раза.

Общая технологическая схема производства представлена на рисунке 2.6.

 

2.3 Материальный  баланс производства вискозной  кордной нити

 

Для производства вискозной кордной нити используются целлюлоза, гидроксид натрия, сероуглерод, вода.

Рассмотрим материальный баланс производства высокомодульной кордной нити.

 

 

1 – мерсеризатор; 2 – гомогенизатор; 3 – барабанный фильтр; 4 – желоб; 5 – рыхлитель; 6 – трехвальный пильчатый измельчитель; 7 – транспортер для проведения деструкции щелочной целлюлозы; 8 – бункер-весы; 9 – емкость для растворительной щелочи; 10 – эвакуатор; 11 – декантатор; 12 – барабанный фильтр; 13 – фильтр-прессы второй фильтрации; 14 – промежуточный бак с мешалкой; 15 – дисковый фильтр; 16 – гомогенизатор; 17 – бак для намыва фильтрующего слоя; 18 – смеситель; 19 – ксантогенатор; 21 –растворитель; 22 – воздуходувка; 23 – бак для мерсеризационной щелочи; 24 – промежуточная емкость; 25 – коллектор-смеситель для приготовления растворительной щелочи; 26 – бак для гидроксида натрия; 27 – диализатор.

Рисунок 2.6 – Технологическая схема производства

 

Расчет выполнен на 1 тонну кондиционого волокна, содержащего 12% влаги, 0,2% золы, 0,3% авиажного препарата, 0,1% серы, 0,2% модификатора [4].

Баланс по целлюлозе.

Целлюлоза является полидисперсным продуктом, фракционный состав которого меняется во время технологического процесса. За счет деструкции увеличивается содержание низкомолекулярных фракций и соответственно уменьшается выход волокна. Кроме того, количество осаждаемой во время коагуляции целлюлозы в виде волокна зависит от зрелости вискозы, степени этерификации и коагулирующей способности осадительной ванны. Поэтому выход волокна из целлюлозы заданного количества определяется  с некоторой погрешностью.

Используют различные показатели выхода, характеризующие количество целлюлозы, перешедшей в волокно. Самым распространенным показателем является содержание α-целлюлозы. Фактический выход значительно выше содержания α-целлюлозы за счет включений β-целлюлозы и частично γ-целлюлозы. Однако за счет деструкции выход снижается и можно принять, что в волокно переходит α-целлюлоза и β-целлюлоза. Аналитическим показателем выхода, наиболее точно соответствующим фактическому выходу волокна при формовании, принято считать показатель растворимости в 18,0 или 21,5%-ном растворах гидроксида натрия без предварительного разбавления щелочи во время анализа. Иногда эту основную часть целлюлозы, переходящую в волокно, называют волокнистой целлюлозой или просто целлюлозой.

Баланс волокнистой целлюлозы для высокомодульного кордного волокна приведен в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 – Баланс волокнистой целлюлозы при производстве высокомодульной кордной нити (кг/т) [4]

Статьи прихода и расхода	Значение статей
Содержится в готовом волокне	886
Удаляется при диализе	16
Переход в низкомолекулярные фракции при деструкции	3
Потери при мерсеризации	1
Потери при ксантогенировании и растворении	1,5
Потери при фильтрации	5
Кислые отходы при заправке	1
Отходы вследствие образования подмотов	15
Отходы при резке	1
Отходы при сушке и упаковке	0,5
Общий расход волокнистой целлюлозы	930
Расход товарной целлюлозы (17% влаги, 83% волокнистой целлюлозы)	1113

 

Содержание волокнистой целлюлозы в готовом волокне составляет 886 кг/т. Во время диализа 16 кг/т волокнистой целлюлозы (в основном β-целлюлоза) выводится из рабочей щелочи в канализационную систему. Для высокомодульного кордного волокна деструкция проводится менее эффективно, поэтому в низкомолекулярные фракции превращается 3 кг/т волокнистой целлюлозы. Потери при мерсеризации, ксантогенировании, растворении и фильтрации достигают 7,5 кг/т. При производстве высокомодульного кордного волокна из-за высокой ориентационной вытяжки и большого числа подмотов отходы при формовании составляют17,5 кг/т.  Общий расход волокнистой целлюлозы на 1 тонну волокна составляет 930 кг. Удельная норма расхода целлюлозы рассчитывается на товарную целлюлозу, содержащую 12% влаги и 95% волокнистой целлюлозы. Для данного волокна удельная норма составляет 1113 кг/т.

Баланс по гидроксиду натрия.

Помимо основной статьи расхода гидроксида натрия на приготовление вискозы его потребление зависит от потерь во время транспортировки, отстоя, приготовления растворов укрепительной, рабочей и растворительной щелочи, а также при получении щелочной целлюлозы, вискозы и при диализе. Потери при транспортировке, во время отстоя и приготовления растворов оцениваются на основании опыта работы производств и составляют 7 кг на 1 тонну волокна. Потери в виде щелочной целлюлозы не превышают 1 кг/т. Наибольшие потери происходят при диализе. При производстве высокомодульной кордной нити, когда содержание гемицеллюлозы в рабочей щелочи не должно превышать 12 г/л, во время диализа теряется до 22 кг гидроксида натрия на 1 тонну волокна.

Баланс гидроксида натрия при производстве высокомодульной кордной нити приведен в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Баланс гидроксида натрия при производстве высокомодульной кордной нити (кг/т) [4]

Статьи расхода и прихода	Значение статей
Потери при транспортировке и приготовлении растворов укрепительной, рабочей и растворительной щелочи	7
Потери при мерсеризации, деструкции и транспортировке щелочной целлюлозы	1
Потери при диализе	22
Расход на приготовление вискозы	807
Общий расход гидроксида натрия	837

 

Баланс по воде.

Следует отметить, что поступление воды в систему значительно превышает ее вывод. Баланс воды при производстве высокомодульной кордной нити приведен в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Баланс воды при производстве высокомодульной кордной нити (кг/т) [4]

Статьи прихода и расхода	Значение статей
Вносится с вискозой	10970
Образуется при нейтрализации	370
Вносится с сырьем	120
Вносится при подогреве пластификационной ванны острым паром	500
Вносится оборотной воды для подпитки пластификационной ванны	7490
ВСЕГО	19450
Уносится с волокном на отделку	1050
Испаряется с поверхности осадительной и пластификационной ванны	300
Потери при регенерации осадительной ванны	800
Испаряется при кристаллизации	1650
Уносится с сульфатом натрия	1660
Подлежит выпарке	13990

 

При производстве высокомодульного волокна вследствие применения менее концентрированной вискозы с ней вносится значительное количество воды. Из-за большого уноса сульфата цинка в производстве высокомодульной кордной нити в пластификационную ванну добавляют больше  воды, чем при производстве обычного волокна. Все это приводит к менее экономичному балансу системы по воде в случае производства высокомодульной кордной нити.

Выпаривание воды является единственным эффективным методом ее удаления из осадительной ванны. В то же время это энергоемкий процесс. Поэтому изыскание путей снижения количества воды, вносимой в осадительную ванну, имеет большое значение. Как видно из таблицы, наиболее эффективным решением этой проблемы является  повышение концентрации α-целлюлозы в вискозе и снижение количества оборотной воды для подпитки пластификационной ванны.

Баланс по сероуглероду.

Процесс выделения сероуглерода на разных стадиях технологического процесса можно описать количественно при составлении материального баланса, приведенного в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4 – Баланс сероуглерода при производстве высокомодульной кордной нити (кг/т) [4]

Статьи прихода и расхода	Значение статей
1	2
Задается при ксантогенировании	100
Теряется при ксантогенировании:	2,5
с местным отсосом поступает на рекуперацию	2,2
потери через сальники	0,3
Переходит в серу при созревании:	2,0
поступает в осадительную  ванну	1,4
уносится с волокном  на отделку	0,6
Переходит в сероводород:	15,0
выделяется в подкапсюльное  пространство формовочной     машины и с местным отсосом поступает на улавливание	4,2
уносится с осадительной  ванной и после дегазации поступает  на улавливание	8,5
уносится со жгутом  в пластификационную ванну	0,6
поступает в канализацию	0,6
переходит в серу	0,2
выделяется в рабочую  зону	0,2
Переходит в SO2 при ксантогенировании и созревании	2,9
Потери с вискозой в канализацию с частичным (70%) возвратом на рекуперацию	0,7
Потери для обезвоздушивания вискозы	0,8
Поступает на формование:	78,1
выделяется в подкапсюльное  пространство формовочной машины  и с местным отсосом поступает  на рекуперацию	9,8
уносится с осадительной  ванной и после дегазации поступает  на рекуперацию	18,1
Продолжение таблицы 2.4
1	2
выделяется в аппарате  для пластификационной	48,8
обработки (включая вальцы) и с местным отсосом            поступает на рекуперацию
выделяется на  отделку	0,2
поступает в рабочую  зону при заправке (из отходов  волокна и из-за не плотности  капсюляции)	0,1
поступает в канализацию с потерями осадительной и пластификационной ванн	0,5
уносится с усиленным  местным отсосом при заправке  и из-за неплотности клапанов	0,6
Поступает на рекуперацию:	80,5
превращается в  серу и серную кислоту в  адсорберах	5,1
выбрасывается в атмосферу вследствие проскока в адсорберах	0,9
выбрасывается в  производство	74,5
Выбрасывается в атмосферу	2,1