УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОПИТКИ ЖГУТОВ ТКАНИ ЩЕЛОЧНЫМ РАСТВОРОМ

Полезная модель относится к отделочному производству текстильной промышленности и может быть использована для пропитки жгутов ткани в составе поточных линий для отварки суровых полотен из хлопковых и льняных волокон.
Известно устройство [1] для жидкостной обработки текстильного полотна, содержащее паровую камеру, ванну для обрабатывающего раствора, снабженную тканенаправляющими роликами, и отжимные валы, перемещающими полотно во внутреннем объеме паровой камеры. Паровая камера снабжена транспортирующими роликами, перфорированными трубами для подачи пара на входную ветвь полотна, и имеет гидрозатвор, посредством которого внутренний объем паровой камеры сообщается с обрабатывающим раствором в ванне, что герметизирует внутренний объем паровой камеры. Паровая камера имеет в своем дне сливной трубопровод для удаления конденсата, образующегося на внутренней поверхности стенок паровой камеры. Для непрерывного удаления воздуха, выделяющегося во внутренний объем паровой камеры из ткани в процессе ее запаривания, в гидрозатворе имеется перфорированная труба. Однако данное устройство не может быть использовано для пропитки жгутов ткани водным щелочным
раствором по следующей причине. Конструкция устройства предусматривает вхождение ткани в паровую камеру через гидрозатвор, предварительно пройдя через обрабатывающий щелочной раствор в ванне. В технологии отварки в качестве обрабатывающей жидкости используется водный щелочной раствор, и контакт ткани с ним до ее поступления в паровую среду приведет к резкому набуханию поверхностных волокон текстильного материала. Это затруднит удаление воздуха из пор ткани при ее запаривании, а в дальнейшем и замедлит проникновение при пропитке щелочного раствора в глубинные поры структуры ткани, В этом случае полного заполнения щелочным раствором всех пор волокнистого материала не произойдет, и в первую очередь незаполненными останутся наиболее мелкие поры, расположенные в структуре волокон.
За прототип принято устройство [2], применяемое в составе поточных линий для отварки суровых хлопчатобумажных и льняных тканей и используемое для пропитки жгутов ткани щелочным раствором, содержащее камеру с корпусом, с размещенными в ней ванной для щелочного раствора, в которой установлены транспортирующее устройство, в виде роликов, и перфорированная труба для подачи пара в щелочной раствор, для его подогрева, и отжимные валы.
Устройство по прототипу работает следующим образом. Обрабатываемая ткань поступает в камеру через отверстия в верхнее части ее корпуса двумя параллельными жгутами и вводится в щелочной варочный раствор и, пройдя в нем по роликам, поступает в нижнее жало отжимных
валов, образуя петлю. Затем жгуты многократно проходят в щелочном растворе по роликам и отжимаются в нижнем жале отжимных валов, образуя до 10-ти параллельных друг другу петель. Пройдя несколько повторяющихся циклов погружения в щелочной раствор, который подогревается до температуры 65...70°С острым паром из перфорированной трубы, и отжима в нижнем жале отжимных валов, жгуты ткани окончательно отжимаются в верхнем жале отжимных валов и выводятся из устройства для проведения дальнейших технологических операций отварки ткани на оборудовании поточной линии.
Однако при такой пропитке волокнистого материала щелочным раствором степень заполнения им поровой структуры ткани не достаточна. Это обусловлено тем, что при первом погружении ткани в щелочной раствор происходит очень быстрое набухание ее поверхностных волокон, что затрудняет продвижение щелочного раствора в глубинные слои текстильного полотна. В этом случае после окончания процесса пропитки жгута ткани незаполненными остаются наиболее мелкие поры структуры текстильного полотна, расположенные в самих волокнах. При отварке качественное и экономичное проведение процесса в первую очередь обусловливается полнотой заполнения щелочным раствором всех пор ткани, в том числе и пор отдельных волокон. По отмеченным выше причинам использование в технологии отварки хлопчатобумажных и льняных тканей для их пропитки устройства по прототипу приводит к завышенному потреблению тепловой энергии (пара) и вынуждает увеличивать время последующей
технологической операции отварки - обработки пропитанных щелочным растворов жгутов ткани в запарном аппарате поточной линии. Это время составляет более 2-х часов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели повышение полноты заполнения пор обрабатываемой ткани при ее пропитке щелочным раствором с одновременным снижением затрат пара на проведение операции пропитки и всего процесса отварки в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для пропитки жгутов ткани щелочным раствором, содержащем камеру с корпусом, транспортирующее средство, ванну со щелочным раствором и отжимные валы, отличающееся тем, что транспортирующее средство выполнено в виде барабана, цилиндрическая поверхность которого образована рейками с промежутками между ними, при этом рейки закреплены по периметру сплошных торцов барабана, коаксиально внутри барабана расположена перфорированная труба для подачи пара, корпус камеры в сечении имеет форму квадрата, стороны которого расположены под углом 45° к вертикали, и в его нижнем углу имеется трубопровод для отвода конденсата, а в нижних наклонных стенках корпуса камеры установлены гидрозатворы в виде труб, нижние концы которых опущены во внутренние объемы как дополнительно установленной перед камерой ванны с водой, так и ванны со щелочным раствором, причем в нижней части торцевой стенки корпуса камеры расположено отверстие, соединенное с трубопроводом для отвода воздуха, выделяющегося из ткани.
Для доказательства достижения технического результата, заключающегося в повышении полноты заполнения пор обрабатываемой ткани при ее пропитке щелочным раствором, с одновременным снижением затрат пара на операцию пропитки, осуществляли обработку суровой хлопчатобумажной ткани бязь арт.142 при ее пропитке варочным щелочным раствором с использованием устройства по прототипу и с использованием предлагаемого устройства.
В качестве варочного щелочного раствора использовался водный раствор следующего состава:
- гидроксид натрия, (NaOH, 100%-ный}
- 25 гр.
- силикат натрия
- 2±0,2 гр.
- бисульфит натрия
- 3±0,2 гр.
- неионогенный смачиватель
- 0,5 гр.
- вода
- 1 литр.
1 режим обработки - пропитка в устройстве по прототипу:
Температура варочного щелочного раствора при пропитке - 70°С. Пропитка жгута осуществляется повторяющимися циклами "окунка в варочный раствор - отжим в жале валов". Время пребывания материала в варочном растворе при одной окунке в каждом цикле - 1 секунда. Количество циклов - 10. Показатель отжима ткани после последнего отжима в жале валов - 120±1,0% Жгут ткани, пропитанный по этому режиму варочным щелочным раствором, подвергается обработке в среде насыщенного водяного пара с температурой 100±2°С в течение 120 минут.
После запаривания жгут ткани промывается в течение 10 секунд в воде с температурой 60°С, а затем в течение 10 секунд в холодной воде и отжимается до 110±10%. После этого жгут ткани подвергается обработке в течение 10 секунд в среде водного раствора серной кислоты, с ее концентрацией 4 г/л, при температуре 30°С, а затем окончательно промывается в холодной воде в течение 20 сек. и отжимается до 90±5%.
2 режим - пропитка в предлагаемом устройстве.
Образец ткани, свернутый в жгут, пропускается через холодную воду, после чего, без контакта с воздухом через гидрозатвор, подвергается обработке в среде насыщенного водяного пара в течение 5-ти секунд, а затем погружается в варочный щелочной раствор, состав которого указан в 1-м режиме обработки. Температура варочного щелочного раствора при пропитке - 20°С. т.е. его подогрев не производится. Пропитка жгута осуществляется методом: один раз окунка в варочный щелочной раствор (время пребывания жгута в растворе - 2 секунды) - один раз отжим в жале валов. Показатель влажности ткани после отжима в жале валов 120±1,0%. Затем жгут подвергается обработке в среде насыщенного водяного пара с температурой 100±2°С, в течение 100 минут. Дальнейшая окончательная обработка этого образца проводится как в 1-м режиме.
ап
Образцы ткани, обработанные по обоим режимам, высушивались до влажности 6±1%. Затем у образцов ткани определяли К - показатель капиллярности. Результаты этих экспериментов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Тип пропиточного устройства
Режим обработки
Степень пропитки, δ<sub>пр</sub>
Капиллярность готовой ткани, К<sub>ап</sub>, мм/час
Прототип
1 режим
0,87±0,2
128
Предлагаемое устройство
2 режим
0,98±0,2
135
ап
пр
Показатель капиллярности у всех образцов ткани до их обработки по обоим вариантам, составлял К=0 мм/час. Определение показателя степени пропитки δ для обоих режимов пропитки ткани проводилось по методике, описанной в [3].
Приведенные в таблице 1 результаты свидетельствуют, что использование для пропитки предлагаемого устройства позволяет обеспечить практически полную пропитку варочным щелочным раствором всех пор суровой ткани из природных целлюлозных волокон. А это, в свою очередь, обеспечивает высокое качество отварки (Кап≥130 мм/час), при сокращении на 20% общего времени всего цикла отварки. Причем эти показатели достигнуты без подогрева варочного щелочного раствора, что приводит к одновременному снижению затрат пара на осуществление процесса пропитки.
Для доказательства снижения затрат пара при пропитке в предлагаемом устройстве приводим теплотехнический расчет затрат тепловой энергии (пара) на проведение операции пропитки хлопчатобумажной ткани по обоим режимам.
Данные теплотехнического расчета показывают, что при осуществлении технологического процесса отварки суровых хлопчатобумажных тканей на поточной линии ЛЖО-2, замена пропиточной машины ММ-200 (прототип) на предлагаемое устройство для пропитки жгутов ткани щелочным раствором позволяет сократить потребление пара на 46%.
Таблица 2.
п/п
Параметры, размерности и расчетные зависимости.
Устройство по прототипу
Предлагаемое устройство
1
2
3
1. Исходные данные для расчета.
1.1.
Скорость движения ткани, V<sub>тк</sub>,  м/мин
200
200
1.2.
Масса 1 м<sup>2</sup>, В<sub>тк</sub>, кг/м<sup>2</sup>
0,2
0,2
1.3.
Ширина полотна ткани, в<sub>тк</sub>. М
1,0
1,0
1.4.
Теплоемкость сухой ткани, с<sub>тк</sub>, кДж/(кг·град.)
1,33
1,33
1.5.
Теплоемкость влаги в ткани, с<sub>вл</sub>, кДж/(кг·град.)
4,19
4,19
1.6.
Давление пара в паровой камере предлагаемого устройства, Р, Па
-
10<sup>5</sup> (атм. давл.)
1.8.
Темп-ра пара в паровой камере, t<sub>пар</sub>, °С
-
100
1.9.
Температура на поверхности теплоизоляции паровой камеры, t<sub>из</sub>, °С
-
40
1.10.
Теплота фазового перехода водяного пара (конденсации), α, кДж/кг пара
2259
2259
1.11.
Температура воздуха в цехе, t<sub>ц</sub>, °C
25
25
1.12.
Температура ткани в цехе, t°<sub>тк</sub>, °С
20
20
1.13.
Температура щелочного раствора в пропиточной ванне устройства, t<sub>р-ра</sub>, °С
70
без подогрева
1.14.
Влажность отжатой ткани на выходе из устройства, <img he="6" wi="8" file="00000002.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />, кг.влаг./кг.сух.тк.
1,2
1,2
1.15.
Масса сухой ткани, проходящей через пропиточное устройство, М<sub>тк</sub>, кг/час: М<sub>тк</sub>=V<sub>тк</sub>·В<sub>тк</sub>·в<sub>тк</sub>·(1,0-0,1)·60·2
4320
4320
1.16.
Масса влаги, входящей с тканью в пропиточное устройство, m<sub>вл</sub>, кг/час: m<sub>вл</sub>=М<sub>тк</sub>·U°<sub>тк</sub>=4320·0,1
432
432
Продолжение табл.2
1
2
3
4
1.17.
Площадь наружной поверхности изоляции запарной камеры предлагаемого устройства, F<sub>з.п.</sub>, м<sup>2</sup>
-
31,5
1.18.
Температура на наружной поверхности теплоизоляции паровой камеры предлагаемого устройства t<sub>из</sub>, °С
-
40
2. Расход тепловой энергии (пара) на пропитку жгутов ткани щелочным раствором в сравниваемых устройствах.
2.1.
На нагрев сухой ткани, Q<sub>тк</sub>, кДж/час:
- проходящей через устройство по прототипу,
<img he="12" wi="79" file="00000003.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
56956
- проходящей через предлагаемое устройство,
<img he="12" wi="80" file="00000004.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
459648
2.2.
На нагрев влаги, проходящей через устройство с сухой тканью, Q<sub>вл</sub>, кДж/час:
- в устройстве по прототипу:
<img he="12" wi="75" file="00000005.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
90504
- в предлагаемом устройстве:
<img he="12" wi="77" file="00000006.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
144806
2.3.
Потери теплоты через теплоизоляцию ограждения паровой камеры предлагаемого устройства:
<img he="11" wi="71" file="00000007.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
-
19798
Продолжение табл.2
1
2
3
4
2.4.
Потери теплоты через стенки ванны со щелочным раствором, <img he="6" wi="8" file="00000008.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />, кДж/час:
Щелочной раствор не требует подогрева.
<img he="12" wi="69" file="00000009.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
15838
2.5.
Расход теплоты на подогрев холодного щелочного раствора, подаваемого в ванну, взамен уносимого из нее с уходящей тканью, отжатой до влажности <img he="6" wi="8" file="00000010.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />, кДж/час:
Свежий щелочной раствор, подаваемый в ванну, не требует подогрева.
<img he="19" wi="81" file="00000011.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
995544
2.6.
Итого потребление в устройстве для пропитки жгутов ткани щелочным раствором:
- тепловой энергии, Q<sub>з.п.</sub>, кДж/час:
1158842
624252
<img he="5" wi="70" file="00000012.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
- пара, D<sub>з.п.</sub>, кг пара/час:
512,99
276,34
<img he="5" wi="92" file="00000013.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
Экономия пара при использовании предлагаемого устройства для пропитки жгутов ткани щелочным раствором, взамен устройства по прототипу составляет 236,65 кг пара/час, или 46%.
Предлагаемое устройство позволяет осуществлять пропитку щелочным раствором сразу двух жгутов ткани 1 и 2. Устройство содержит камеру 3, имеющую корпус 4, внутри которой установлен вращающийся барабан 5 для транспортирования обрабатываемых жгутов ткани 1 и 2 в паровой среде. Торцы 6 барабана 5 выполнены в виде сплошных кругов, диаметром 1,0...1,2 м. Цилиндрическая поверхность барабана 5 образована рейками 7, концы которых закреплены по периметру торцов 6 барабана 5. Между рейками 7 имеются промежутки, равные ширине реек. Коаксиально внутри барабана расположена перфорированная труба 8, для подвода через нее пара во внутренний объем камеры 3. Для удобства заправки внутри камеры 3 жгутов ткани 1 и 2 в верхних наклонных стенках ее корпуса 4 имеются герметично закрываемые люки 9. Для удаления конденсата, образующегося на внутренней поверхности стенок корпуса 4, в самой нижней его точке имеется отверстие 10, соединенное с трубопроводом 11. Для отвода воздуха, выделяющегося из ткани в процессе ее запаривания, в вертикальной стенке корпуса 4 паровой камеры 3 (на фиг.2 в правой вертикальной стенке) имеется отверстие 12, соединенное с трубопроводом 13,. Для ввода жгутов ткани 1 и 2 во внутренний объем камеры 3 и вывода из него предусмотрены гидрозатворы 14, 15, 18 и 19 в виде труб. Они установлены в нижних наклонных стенках корпуса 4 камеры 3, причем нижние концы у гидрозатворов 114 и 15 на входе жгутов в камеру 3 опущены в объем дополнительной ванны 16 с водой, а у гидрозатворов 18 и 19 на выходе жгутов из камеры 3 их нижние концы опущены в объем ванны 20 со щелочным раствором. Ванны 16 и 20 установлены вне внутреннего объема камеры 3. В нижней части торцевой стенки корпуса 4 камеры 3 расположено отверстие 12, соединенное с трубопроводом 13 для отвода воздуха, выделяющегося из ткани. Для проводки жгутов 1 и 2 через воду в ванне 16 имеется транспортирующий ролик 17. Для проводки жгутов через щелочной раствор в ванне 20 имеется транспортирующий ролик 21. Для удаления из жгутов ткани избытка щелочного раствора предусмотрены отжимные валы 22.
Предлагаемое устройство для пропитки жгутов ткани варочным щелочным раствором работает следующим образом. Жгуты ткани 1 и 2, пройдя предварительно по ролику 17 через воду в ванне 16, поступают во внутренний объем камеры 3 через гидрозатворы 14 и 15. Далее жгуты ткани 1 и 2, каждый со своей стороны, делают 2...6 оборота по цилиндрической поверхности барабана 5, образованной рейками 7. Количество оборотов (петель) зависит от плотности обрабатываемой ткани (с увеличением плотности ткани количество петель в заправке увеличивается). Наружный диаметр барабана 5 составляет 1,0...1,2 м, что обеспечивает 3,14...3,75 м длины одного оборота жгута ткани вокруг цилиндрической поверхности барабана 5. При скоростях 200...250 м/мин (3...4,2 м/сек) проводки ткани в оборудовании поточной линии ЛЖО-2 такой наружный диаметр барабана 5 обеспечит время пребывания ткани в паровой среде камеры 3 от 2 секунд (по два оборота каждого жгута на барабане) до 7 секунд (по шесть оборотов каждого жгута на барабане). Такой диапазон времени пребывания ткани в паровой среде (в зависимости от плотности ткани) необходим для полного удаления воздуха из ее пор и заполнения этих пор паром [3]. В процессе работы предлагаемого устройства через перфорированную трубу 8 пар непрерывно поступает во внутренний объем барабана 5 и всей паровой камеры 3. Пройдя по цилиндрической поверхности барабана 5 в паровой среде жгуты ткани 1 и 2 через гидрозатворы 18 и 19, без контактом с воздухом, поступают в щелочной раствор, находящийся в ванне 20. Хотя наружная поверхность корпуса 4 камеры 3 покрывается теплоизоляцией, тем не менее, полностью исключить передачу теплоты через стенки корпуса 4 невозможно. Поэтому на внутренней поверхности корпуса 4 паровой камеры 3 происходит частичная конденсация пара. Образовавшийся конденсат стекает по внутренней поверхности стенок корпуса 4 и собирается в нижней точке внутреннего объема камеры 3. В этом месте расположено отверстие 10, соединенное с трубопроводом 11, через которые удаляется скопившийся конденсат. Расположение стенок корпуса 4 паровой камеры 3 под углом 45° к вертикали исключает попадание капель конденсата на обрабатываемую ткань. При поступлении пропаренных жгутов ткани 1 и 2 в щелочной раствор в ванне 20, который не подогревается и его температура ниже температуры конденсации, пар мгновенно конденсируется и в порах ткани образуется вакуум. Под действием перепада давления над поверхностью щелочного раствора в ванне 20 и в порах ткани, он мгновенно заполняет все поры обрабатываемой ткани. Пройдя через щелочной раствор по транспортирующему ролику 21, жгуты ткани 1 и 2 поступают в жало отжимных валов 22, где из них удаляется избыток щелочного раствора. При работе предлагаемого устройства в составе поточной линии ЛЖО-2, после отжима жгуты ткани поступают на следующую операцию технологического процесса отварки на обработку пропитанной щелочным раствором ткани в запарном аппарате ЗВА.
Отличительными конструктивными особенностями предлагаемого устройства для пропитки жгутов ткани щелочным варочным раствором, являются следующие элементы.
Наличие двух отдельных, установленных вне объема камеры 3, ванн - ванны 16, на вводе обрабатываемых жгутов ткани 1 и 2 в паровую камеру 3, и ванны 20 на выводе жгутов из паровой камеры 3. Наличие двух раздельных ванн в предлагаемом устройстве необходимо для того, чтобы для герметизации нижних концов затворов 14 и 15 на входе жгутов в паровую камеру 3 применялась жидкость, не смачивающая поверхность волокон, из которых изготовлена ткань. Для природных целлюлозных волокон (хлопок, лен) такой жидкостью является вода. Ткань, вводимая в паровую среду, не должна быть пропитанной. Только в этом случае из пор ткани будет удаляться воздух, который и является главным препятствие при пропитке проникновению варочного щелочного раствора в поры ткани [3]. Поэтому в конструкцию предлагаемого устройства и введена дополнительная ванна 16, которая заполняется не варочной щелочным раствором, а водой. Расположение ванн 16 и 20 вне камеры, в которую подается пар, уменьшает его расход, по сравнению с прототипом, в котором ванна располагается внутри камеры.
Другой отличительной особенностью предлагаемого устройства является применение для каждой ветви жгута обрабатываемой в устройстве ткани двух пар трубчатых гидрозатворов - затворов 14 и 15 для ввода жгутов в камеру 3 и затворов 18 и 19, для вывода жгутов из камеры 3. Применение гидрозатворов в виде труб, взамен использованной в аналоге конструкции гидрозатвора затвора в виде параллелепипеда, площадь поперечного сечения которого в несколько раз больше площади поперечного сечения трубчатых затворов, позволяет в предлагаемом устройстве уменьшить поверхность контакта паровой среды с жидкостями, находящимися в ваннах 16 и 20, что снижает расход пара при его конденсации на поверхности растворов в этих ваннах.
Третьей отличительной особенностью конструкции предлагаемого устройства для пропитки жгутов ткани щелочным раствором является использование для транспортирования жгутов ткани через паровую камеру 3 вращающегося барабана 5. Конструкция транспортирующего устройства в виде вращающегося барабана позволяет, при небольшой длине самого предлагаемого устройства, обеспечить длину заправки ткани в паровой среде в камере 3, которая обеспечивает необходимое время 2...7 секунд запаривания ткани при работе устройства в составе поточной линии ЛЖО-2 на скоростях 200...250 м /мин.
пр
Эффективность использования предлагаемого устройства для пропитки жгутов ткани щелочным раствором в технологии их отварки, по сравнению с устройством по прототипу, подтверждена проведенными экспериментами по оценке достигаемых значений степени пропитки δ ткани при использовании этих устройств (таблица 1.). Теплотехнический расчет подтвердил значительное снижение затрат теплоты на проведение операции пропитки жгутов ткани щелочным раствором с использованием предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом (таблица 2.).
пр
пр
ап
ап
Приведенные в табл.1 результаты свидетельствуют, что использование предлагаемого устройства для пропитки жгутов ткани щелочным раствором позволяет обеспечить практически полную пропитку указанным раствором всех пор суровой ткани из природных целлюлозных волокон. Степень пропитки при использовании предлагаемого устройства составила δ=0,98±0,2, аналогичный показатель при использовании устройства по прототипу составил δ=0,87±0,2. Такое улучшение пропитки обеспечило и высокое качество отварки готовой ткани. Показатель капиллярности отваренной ткани при использовании для пропитки щелочным раствором предлагаемого устройства составил К=135 мм/час, вместо показателя К=128 мм/час, при использовании устройства по прототипу. Причем высокие показатели при использовании предлагаемого устройства достигнуты без подогрева щелочного раствора, что приводит к снижению на 46% затрат пара на осуществление операции пропитки.
Использованные источники.
1. А.с. 935549 СССР. Устройство для жидкостной обработки текстильного полотна. / М.Н.Герасимов с соавторами - Опубл. 1982. - Бюл. №22.
2. Бельцов В.М. Оборудование текстильных отделочных предприятий: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. СПГУТД. СПБ., 2000, 568 с.
3. Герасимов М.Н. Пропитка тканей: теория процесса, технология, оборудование. - Иваново: ИГТА, 2002, - 176 с.