СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТКАНИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК D06B3/10 D06B3/20 D06B23/20 D06L1/14 

Изобретение относится к отделке текстильных материалов, в частности, к разработке ресурсосберегающих технологий, предусматривающих охрану окружающей среды от вредных производственных загрязнений.

Отделочное оборудование многих зарубежных фирм по желанию заказчика может быть смонтировано параллельно с оборудованием очистки воды. Степень очистки воды достаточно высока, но стоимость его нередко превышает стоимость отделочного оборудования, также как и занимаемая площадь.

С разработкой мембранной технологии очистки воды появилась возможность создания локальных схем очистки от отдельных линий или ванн с возвратом в производственный цикл очищенной воды и ценных компонентов, например, красителя шлихты и др.

Проблема сброса истощенных, разбавленных пропиточных ванн решена в изобретении, описанном в патенте РФ N 1795990 "Способ управления непрерывной обработкой ткани, преимущественно, мокроотжатой" (Пудышева Т.С., Хохлов В.М. и др. D 06 B 23/18, БИ 1993, N 6). Разбавляемый мокроотжатой тканью пропиточный раствор стабилизируют по концентрации, направляя его на мембранные разделительные элементы для отделения в виде пермеата излишка растворителя.

В некоторых случаях текстильные материалы в процессе их изготовления и отделки подвергаются пропиткам различными технологическими растворами, которые после определенных обработок и для достижения требуемых качественных показателей готовой продукции должны быть в обязательном порядке удалены с ткани полностью. К таким материалам относится шлихта, наносимая на нити ткацкой основы в процессе ткачества. От 30 до 70% загрязнений сточных вод отделочных производств являются загрязнениями от процессов расшихтовки тканей (Г.В. Васильев, Ю.М.Ласлов и др. Очистка сточных вод текстильных предприятий. - Москва: Стройиздат, 1981 г.).

В последнее время увеличилось использование синтетических шлихтующих материалов, обусловленное множеством причин, среди которых требование к уменьшению загрязнения сточных вод и необходимость облегчения расшлихтовки при отделке по современным высокопроизводительным способам. Синтетические клеящие материалы (ПВС, КМЦ и др.) могут быть выделены из отработанных промывных вод в неизменном виде и использованы повторно. Эффективной регенерации мешают сильное разбавление промывных вод, повреждение шлихты при расшлихтовке и загрязнение шлихтующего материала. На решение этих проблем были направлены усилия исследователей.

В изобретении по патенту РФ N 1444424 "Способ расшлихтовки ткани и устройство для его осуществления "(Козлов В.В., Пудышева Т.С. и др., МКИ D 06 B 23/20, Опубл. БИ 1988 N 46 (прототип) взамен внесения смачивателей и др. химических материалов предложено запаривание в течение 3 - 4 с поступающей на расшлихтовку ткани, ее промывку и мембранное разделение отработанной промывной воды с возвратом очищенной воды и ценных компонентов. Это позволило получить более чистый регенерат с неповрежденной шлихтой, улучшить адгезионные и когезионные свойства шлихты, которые ухудшались при накапливании смачивателей; это также дало возможность получить более концентрированные отработанные воды, содержащие ценные компоненты.

Изобретение довольно простым и экономичным способом позволяет возвратить в производственный цикл шлихтования до 25 кг ПВС в час по сухому продукту и очищенную воду с температурой 65 - 75^oC.

Однако при расшлихтовке суровых хлопчатобумажных тканей в отработанную промывную воду уже при температуре 60 - 62^oC и выше попадают азотсодержащие, воскообразные, красящие вещества (морин, госсипетин и др.), то есть природносопутствующие целлюлозосодержащим волокнам соединения. Наряду с вносимыми в рецептурный состав шлихты пластификаторами, маслами, смачивателями, пеногасителями эти вещества родственны суровому целлюлозному волокну и не оказывают отрицательного влияния на приклей и др. свойства шлихты, тем более, что после процесса ткачества шлихта должна быть удалена с ткани. Количество примесей не превышает 5 - 7% от общего количества регенерируемого синтетического полимера, но даже этого количества достаточно, чтобы при длительном хранении или перевозке придать регенератору неприятный запах, в результате окисления примесей, являющихся биологически разлагаемыми продуктами в отличие от синтетического полимера (ПВС), не подвергающегося биологическому расщеплению. Специально проведенными испытаниями установлено, что по этой причине теряется от 20 до 38 кг ПВС в час, который мог бы быть использован многократно в случае получения более чистого продукта при его регенерации. К тому же очищенный от примесей полимер может найти широкое применение непосредственно в отделочном производстве при аппретировании и печатании тканей широкого ассортимента.

Помимо вышеупомянутого имеются затруднения в достижении оптимальной сопряженности между количеством отработанной промывной воды, отводимой на мембранное разделение, и производительностью ультрафильтрационных установок: во избежание их идут на размещение запасных накопительных емкостей, хотя это не всегда оправдано и необходимо.

Задача, решаемая изобретением, состоит в расширении технологических возможностей в использовании регенерата, достижении наибольшей эффективности и сопряженности в работе отделочного и очистного оборудования.

Для решения этой задачи в предлагаемом способе расход воды на обработку ткани и поверхность мембранного разделения (количество мембран) определяют исходя из качественных показателей ткани (поверхностная плотность, ширина, величина приклея шлихты), скорости ее обработки, а также удельной проницаемости мембран и скорости протекания растворе над мембраной.

В предлагаемом способе обработки ткани, ошлихтованной синтетической шлихтой, включающем промывку ткани и мембранное разделение отработанной промывной воды с возвратом в производственный цикл очищенной воды и ценных компонентов, расход воды, используемый при работке ткани непосредственно на снятие шлихты устанавливают, контролируют и отбирают на мембранное разделение в соответствии с зависимостью:

где P - расход воды в обработке ткани без учета на унос тканью при установившемся режиме, забираемый на ультрафильтрацию в мембранной установке, м³/ч;
V - скорость обработки ткани, м/ч;
G - поверхностная плотность ткани, г/см²;
h - ширина ткани, см;
r - коэффициент приклея шлихты, %;
k - коэффициент удаления шлихты с ткани, %;
C_к - концентрация синтетического полимера в концентрате, которую планируют получить, г/л;
ϕ • Z - производительность мембранной установки по пермеату, м³/ч;
ϕ - удельная производительность (проницаемость 1 мембраны), л/м² ч;
Z - количество мембран, шт;
- производительность мембранной установки по концентрату, м³/ч,
при скорости протекания разделяемого раствора над мембраной W = 3-4 м/с, при этом отработанную промывную воду перед подачей на мембранные фильтры подвергают дополнительной очистке флотацией.

Устройство для осуществления способа содержит промывные ванны, направляющие ролики, отжимные валы, систему трубопроводов и включенные в циркуляционный контур отвода отработанной промывной воды насос и мембранные фильтры. Устройство дополнительно снабжено патрубками подсоса воздуха, установленными в трубопроводах концентрата, а также рабочей емкостью с входным карманом, образованным стенкой емкости и сплошной вертикальной пластиной, переходящей в перфорированную горизонтальную пластину, расположенную в нижней части емкости. Патрубок подведения концентрата расположен над входным карманом. В верхней части емкости имеется узел удаления пены.

Поставленная задача решается, в частности тем, что процесс мембранного разделения отработанной промывной воды, содержащей синтетический полимер шлихты, например, ПВС, ведут при скоростях протекания раствора над мембранной, равных 3-4 м/с, взамен практикуемых 2,0 - 2,5 м/с при одинаковом, общепринятом давлении в системе, равном 0,1 - 0,5 МПа.

Установлено, что ведение процесса ультрафильтрации при скорости движения раствора над мембраной 3-4 м/с имеет следующие преимущества:
1. Устраняет влияние процесса концентрационной поляризации, которое имеет место особенно для клеящих, вязких растворов, каким является полимерная шлихта.

2. Увеличивает производительность мембранных ультрафильтров, количество которых на этом основании может быть сокращено.

3. Движение рабочего раствора при скорости 3-4 м/с обеспечивает более полный подсос воздуха в раствор через соответствующие патрубки и более активное эжектирование воздуха в рабочий раствор, содержащийся в емкости, что в целом обеспечивает перенасыщение и частичное растворение воздуха в растворе. Этим обеспечивается последующая флотация и удаление посторонних примесей из концентрата полимера.

Перенасыщение обрабатываемого промывного раствора воздухом и его частичное растворение в нем обеспечивает образование комплексов частицы - пузырьки и удаление частиц с наименьшими размерами, которыми обладают практически все вышеупомянутые примеси по сравнению с размером макромолекул синтетического полимера. Выделяющиеся из такого раствора микропузырьки выносят особо мелкие частицы загрязнений на поверхность раствора в виде пены, которую удаляют.

Ведение процесса мембранного разделения при скорости протекания раствора над мембраной W = 3-4 м/с и расположение выходящей с указанной скоростью струи раствора на расстоянии 0,4 ± 0,2 м над уровнем жидкости в рабочей емкости обеспечивает эжектирование воздуха в раствор и направление полученной смеси под горизонтальную перфорированную пластину, выполняющую роль диспергирующей решетки. В результате нежелательные примеси удаляются флотацией. Схема устройства приведена на фиг. 1.

Устройство для реализации способа включает в себя промывные ванны 1, отжимные валы 2, направляющие ролики 3, заборный патрубок 4, включающий металлическую сетку для задержания механических примесей, трубопровод отведения промывного отработанного раствора 5, насос подающий 6; циркуляционный контур содержит рабочую емкость 7, циркуляционный насос 8, трубопровод подведения промывного раствора 9 на мембранные фильтры 10, оснащенные манометрами 11 и запорный арматурой 12, трубопровод отведения пермеата 13, трубопровод концентрата 14, имеющую патрубок подсоса воздуха 15. Патрубок возврата концентрата из трубопровода 14 расположен на высоте 0,4 ± 0,2 м над входным карманом 16, образованным стенкой емкости 7 и вертикальной сплошной пластиной 17, расположенной параллельно стенке емкости и переходящей в горизонтальную перфорированную пластину 18, расположенную параллельно днищу в нижней части емкости 7. Узел удаления пены включает в себя горизонтальную вращающуюся планку 19, сдвигающую пену в направлении внутренней стенки лотка 20, по которому последняя удаляется в канализацию. Устройство снабжено запорными вентилями 21 и трубопроводом отведения 22 готового к употреблению концентрата к месту его использования.

Устройство работает следующим образом.

Образующийся промывной раствор, содержащий все компоненты, входящие в рецептуру шлихты (хлопковое масло, СПАВ, стеарокс, глицерин, ПВС и др.), а также примеси, содержащие природносопутствующие целлюлозным волокнам соединения (морин, госсилетин), через заборный узел 4, включающий сетку для задержания механических загрязнений по трубопроводу 5 насосом 6 подается в рабочую емкость 7. Циркуляционный насос 8 по трубопроводу 9 подает раствора на мембранные фильтры 10, оснащенные манометрами 11 и запорной арматурой 12.

Параметры ультрафильтрации: скорость протекания раствора над мембраной 4 м/с, давление 0,28 МПа, мембрана марки Ф-1, удельная проницаемость 200 л/ч, количество мембран - 6, концентрации ПВС в регенераторе 20 г/л.

При мембранном разделении образуются два потока, один из которых, пермеат (очищенная вода), по трубопроводу 13 отводится на повторное использование в качестве горячей технологической воды. По трубопроводу концентрата 14, имеющему патрубок подсоса воздуха 15, второй поток - концентрируемый раствор - попадает во входной карман 16, образованный вертикальной сплошной пластиной 17, расположенной параллельно стенке емкости 7, переходящей в горизонтальную перфорированную пластину 8, расположенную параллельно днищу емкости 7. За счет разницы в 0,4 ± 0,2 м в уровнях раствора, находящегося в емкости и раствора, выходящего из патрубка трубопровода 14, происходит эжектирование воздуха и аэрирование раствора, который, минуя входной карман 16, за счет скорости выходящего потока концентрируемого раствора попадает под перфорированную пластину 8, выполняющую роль диспергирующей решетки. Здесь воздух измельчается на более мелкие пузырьки, и происходит образование комплексов "частицы-пузырьки", которые всплывают на поверхность раствора в виде пены. Упомянутые выше примеси, а также мелкие волоконца легко подвергаются флотации, с помощью которой происходит очищение синтетического полимерного материала (ПВС) от посторонних примесей. Узел удаления пены, расположенный в верхней части емкости, включает в себя горизонтальную вращающуюся планку 19, сдвигающую пену вдоль внутренней стенки лотка 20, по которому пена отводится в канализацию.

Раствор концентрируется, проходя очередной цикл мембранного разделения за счет удаления воды в виде пермеата, а также очищается от примесей за счет удаления последних в виде пены. При достижении заданной концентрации получаемого регенерата (20 г/л ПВС) путем переключения вентилей 21 циркуляционный насос 8 подает очищенный продукт к месту его повторного использования по трубопроводу 22.

Полученный регенерат ПВС был использован в приготовлении аппретов для обработки отбеленных тканей или напечатанных как белоземельными, так и грунтовыми рисунками; в приготовлении загустителей печатных красок, а также в шлихтовании ткацких основ (при длительном хранении или перевозке последнего (в течение более 30 суток) без каких-либо осложнений.

В условиях АО ЗиМа (ткацко-отделочная фабрика им. Ф.Зиновьева) были проведены производственные испытания по оценке возможности использования отработанных промывных вод, содержащих поливиниловый спирт (ПВС) для приготовления аппретов.

Расшлихтовке подвергалась ткань арт. 82068, основы которой были ошлихтованы составом, г/л:
ПВС (марка BI-H) - 80
ПВС (марка 6-1-H) - 100
хлопковое масло - 0,8
смачиватель - 0,4
стеарокс-6 - 1,3
глицерин - 8,0
Ткань поступала со скоростью 60 м/мин в ванны 1, проходя по направляющим роликам 3, промывалась горячей водой (температура 85-95^oC), отжималась до остаточной влажности = 90% на отжиме 2.

Расход воды определяли и поддерживали исходя из приведенной выше зависимости. Количество воды, используемое на промывку ткани и забираемое на мембраное разделение, составило:

Объем воды, подаваемый в ванну, с учетом на унос ее тканью составил:

По приводимому способу и устройству был получен концентрат, содержащий 20 г/л ПВС, и на его основе приготовлен аппрет следующего состава, г/л:
ПВС - 10
Хлористый аммоний - 3,0
Карбамол-2 - 40
Оптический отбеливатель - 1,5
Данным аппретом обработаны ткани арт. 50 и 548 по ходовому режиму на линии ЛАО.

Режим обработки: скорость 70 м/мин; отжим 90 ± 5%; температура сушки 100-120^oC до влажности 25-30% - на барабанах, далее до кондиционной влажности в цепном поле линии. Качество ткани соответствует существующим ГОСТам и ТУ, результаты испытаний приведены в таблице.

Ошлихтованную синтетической шлихтой ткань промывают, а отработанную промывную воду подвергают мембранному разделению и возвращают в производственный цикл очищенную воду (пермеат) и ценные компоненты. Процесс ведут при контролируемом расходе воды, при скорости протекания разделяемого раствора над мембраной 3-4 м/с. Перед подачей на мембранные фильтры отработанную промывную воду подвергают очистке флотацией. Устройство для обработки ткани содержит промывные ванны, направляющие ролики, отжимные валы, систему трубопроводов и циркуляционный контур. Согласно изобретению оно снабжено рабочей емкостью для очистки отработанной промывной воды флотацией. Емкость имеет входной карман, перфорированную горизонтальную пластину в нижней части и узел удаления пены в верхней части. Изобретение позволяет расширить технологические возможности в использовании регенерата, достижении наибольшей эффективности и сопряженности в работе отделочного и очистного оборудования. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ обработки ткани, ошлихтованной синтетической шлихтой, включающий промывку ткани и мембранное разделение отработанной промывной воды с возвратом в производственный цикл очищенной воды и ценных компонентов, отличающийся тем, что процесс обработки ткани ведут при контролируемом расходе воды, определяемом в соответствии с зависимостью:

где P - расход воды, м³/ч, забираемый на мембранное разделение;
G - поверхностная плотность ткани, г/см²;
h - ширина ткани, см;
V - скорость обработки ткани, м/ч;
r - коэффициент приклея шлихты, %;
K - коэффициент удаления шлихты в объеме (м³/ч), %;
C_к - концентрация полимера шлихты в концентрате, которую необходимо получить, г/л;
ϕ - удельная производительность (проницаемость мембран), л/м²ч;
Z - поверхность разделения, м² или количество мембран при скорости протекания разделяемого раствора над мембраной;
W = 3 - 4 м/с, при этом отработанную промывную воду перед подачей на мембранные фильтры подвергают дополнительной очистке флотацией. 2. Устройство для обработки ткани, ошлихтованной синтетической шлихтой, содержащее промывные ванны, направляющие ролики, отжимные валы, систему трубопроводов и включенные в циркуляционный контур отвода отработанной промывной воды насос и мембранные фильтры, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено рабочей емкостью с входным карманом, образованным стенкой емкости и сплошной вертикальной пластиной, переходящей в перфорированную горизонтальную пластину, расположенную в нижней части емкости, при этом трубопровод концентрата оснащен патрубками подсоса воздуха и расположен над входным карманом рабочей емкости. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено узлом удаления пены, расположенным в верхней части рабочей емкости.