Пожаробезопасность процесса производства волокнистых материалов

№82-1,

технические науки

Сушка волокнистых материалов от жидкостей отличных от воды, в частности от органических растворителей, резко сужает область применения её традиционных способов ввиду угрозы пожарной и экологической безопасности. Предлагаемый способ сушки нетканых материалов в процессе производства синтетической кожи нового поколения предусматривает использование в качестве сушильного агента перегретого водяного пара.

Похожие материалы

К середине 60-х годов прошлого столетия увенчались успехом усилия исследователей, направленных на получение полимерных материалов, обладающих характерными для натуральной кожи структурой и свойствами. К таким материалам следует отнести так называемые «дышащие» (пропускающие пар и воздух) синтетические кожи на нетканых основах из тонких химических волокон. Натуральная кожа состоит из тончайших, перепутанных между собой коллагеновых волокон (микрофибрилл) и обладает хорошо развитой системой взаимосвязанных микро- и макропор. Поэтому разработка способа получения волокон матрично-фибриллярного строения явилась основой создания принципиально новых видов материалов, так называемых синтетических кож нового поколения.

Одна из стадий технологического процесса получения синтетической кожи нового поколения заключается в удалении органического растворителя из основы синтетической кожи, оставшегося в материале после экстракции матричного полимера. Данную стадию можно рассматривать как сушку материала. Одним из главных факторов, влияющих на выбор способа сушки материала, является использование в технологии производства синтетической кожи нового поколения в качестве экстрагентов матричного полимера (полиэтилена низкой плотности) алкилбензолов (толуол, изомерные ксилолы) и нормальных алканов (гептан, декан). Все используемые растворители оказывают наркотическое воздействие на организм человека и вызывают кожное раздражение. Это говорит о том, что остаточное содержание растворителя в синтетической коже должно быть нулевым.

В текстильной промышленности для сушки и термообработки тканей и нетканых материалов применяют в основном два способа подвода тепла к материалу: кондуктивный и конвективный.

Кондуктивный способ сушки осуществляется посредством соприкосновения материала с горячей поверхностью сушильных цилиндров. Сушильные цилиндры обогреваются паром, поскольку газовый обогрев нецелесообразен.

Конвективный способ сушки осуществляется в машинах при обдуве ткани горячей парогазовой смесью. Достоинствами конвективного способа сушки являются простота конструкции и невысокая стоимость оборудования, а недостатками высокий удельный расход тепла, сравнительно низкая интенсивность теплообмена между сушильным агентом и поверхностью высушиваемого материала, и, следовательно, повышенная длительность процесса.

В нашем случае использование кондуктивного способа сушки неоправданно по причине ограничения температуры сушильных цилиндров ввиду пожароопасности используемых растворителей.

Использование горячего воздуха в качестве сушильного агента при конвективном способе сушки, также не оправдано ввиду образования взрывоопасной смеси паров органического растворителя и воздуха. Дальнейшее разделение данной смеси затруднительно.

Проведенные исследования показали, что процесс сушки синтетической кожи от органического растворителя в наиболее экологически и пожаробезопасном варианте реализуется в токе водяного пара. Использование насыщенного водяного пара с температурой 100ºС требует последующей сушки материала от водяного конденсата. Применение же перегретого пара исключает эту необходимость. Для доказательства этих утверждений, выбора оптимального способа удаления растворителя и нахождения основных технологических параметров, влияющих на скорость процесса, были проведены экспериментальные исследования, направленные на изучение кинетики данного процесса в токе насыщенного и перегретого водяного пара.

Процесс удаления растворителя из кожи сопровождается образованием смеси практически взаимно не смешивающихся жидкостей — органического растворителя и воды. Данные жидкости способны смешиваться друг с другом на уровне, не превышающем 0,05%. Для возврата дорогостоящего растворителя в технологический цикл водно-органическая смесь подлежит разделению с последующей декантацией. Для рекуперации растворителя, смешанного с водой, применимы методы адсорбции и ректификации. Очищенная вода, ввиду жестких предельно-допустимых концентраций, пригодна лишь для технических целей. Поэтому, с учетом вредного воздействия на организм человека всех используемых реагентов и необходимости их дальнейшей рекуперации, следует, что решаемая нами задача заключается в отыскании оптимального способа, обеспечивающего полное удаление растворителя из синтетической кожи.

На основе проведённых исследований можно сделать следующие основные выводы.

  1. Экспериментально доказано, что использование насыщенного водяного пара для удаления органического растворителя из синтетической кожи крайне неэффективно, так как место растворителя в поровом пространстве материала занимает конденсат водяного пара. Остаточная влажность материала составляет порядка 45%. Это приводит к необходимости его последующей сушки от воды другим способом.
  2. Удаление растворителя из кожи наиболее целесообразно проводить в токе перегретого водяного пара. Данная стадия рассматривается нами как процесс конвективной сушки капиллярно-пористого материала от двух компонентов, так как при воздействии на материал перегретого пара вначале происходит полное удаление органического растворителя, а затем воды, сконденсировавшейся в порах кожи.
  3. Повышение температуры перегретого пара приводит к резкому сокращению времени испарения, как растворителя, так и воды. Это ведёт к повышению эффективности сушки, которое сопровождается уменьшением удельного расхода водяного пара на единицу испарения органики. Увеличение расхода водяного пара, напротив, практически не повлияло на кинетику процесса сушки. Следовательно, нет необходимости проводить весть процесс сушки кожи с одинаковыми параметрами водяного пара. На первой стадии, когда содержание растворителя в материале велико, имеет смысл применить перегретый пар с температурой, близкой к температуре кипения удаляемого растворителя, что при минимизации расхода теплоносителя позволит сохранить высокое качество кожи.

Список литературы

  1. Чесунов В.М., Захарова А.А. Оптимизация процессов сушки в лёгкой промыш¬ленности. – М.: Легпромбытиздат, 1985. – 112 с.
  2. Бунин О.А., Малков Ю.А. Машины для сушки и термообработки ткани. – М.: Машиностроение, 1971.
  3. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования: ГОСТ 12.1.005-76 ССБТ.
  4. Беспамятов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно-допустимые концентрации химиче¬ских веществ в окружающей среде. Справочник. – Л.: Химия, 1985.
  5. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности: ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ.
  6. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инжене¬ров и врачей. /Под ред. Н.В. Лазарева. – Л.: Химия, 1976.
  7. Очистка производственных сточных вод. Учебное пособие для вузов. /Под ред. С.В. Яковлева. – М.: Стройиздат, 1986.
  8. Справочник химика, т.2. – Л.: Химия, 1977.