Хімічна технологія та обладнання підприємств

 

Частина 2

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

для студентів напряму підготовки

6.050503 –“ Машинобудування ”

 

 

Усі цитати і фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені, записи одиниць відповідають стандартам. Зауваження рецензента враховані

Обговорено і рекомендовано на засіданні кафедри "Машини і апарати виробництв хімічних волокон та текстильної промисловості" протокол №6 від “11” січня 2011 р.

 

 

 

Чернігів ЧДТУ 2011

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ЧЕРНIГIВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГIЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ ТА ОБЛАДНАННЯ ПІДПРИЄМСТВ

 

Частина 2

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

для студентів напряму підготовки

6.050503 –“ Машинобудування ”

 

 

Обговорено і рекомендовано

на засіданні кафедри Машини і апарати виробництв хімічних волокон та текстильної промисловості Протокол №6 від “11 ” січня 2011 р.

 

 

Чернігів ЧДТУ 2011

Хімічна технологія та обладнання підприємств. Частина 2. Методичні вказівки до лабораторних робіт для студентів напряму підготовки 6.050503 –“ Машинобудування”. /Уклад.: Чередніченко П.І., Бакалов В.Г., Бакалов О.В. – Чернігів: ЧДТУ, 2011 – 46 с.

 

Укладачі: Чередніченко Петро Іванович, доктор технічних наук, професор

Бакалов Валерій Григорович, канд. технічних наук, доцент

Бакалов Олег Валерійович, старший викладач

 

 

Відповідальний за випуск: Чередніченко П.І., завідувач кафедри “Машини і апарати виробництв хімічних волокон та текстильної промисловості”, доктор технічних наук, професор

 

 

Рецензент: Ігнатенков О.Л. кандидат технічних наук, доцент кафедри МА ВХВ і ТП Чернігівського державного технологічного університету

 

ВСТУП

До восьмидесятих років ХІХ століття для виготовлення тканин і трикотажних полотен побутового і технічного призначення використовувались виключно природні волокна: бавовна, шерсть, натуральний шовк та луб’яні волокна.

В зв’язку з необхідність значного розширення асортименту текстильних матеріалів, збільшення кількості волокон та підвищення їх якості, була винайдена технологія виробництва хімічних волокон. Особливо бурхливий розвиток виробництво хімічного волокна почалося з тридцятих років ХХ століття, коли був розроблений спосіб виробництва синтетичних волокон.

Хімічні волокна, як штучні, так і синтетичні використовують переважно для технічних цілей при виготовленні електроізоляції, труб, струн, сіток, канатів та ін. Для тканин їх використовують менше, тому що вони негігроскопічні, погано пропускають повітря, накопичують статичну електрику.

В тканинах хімічні волокна часто використовують у суміш із натуральними волокнами. Волокна мають такі показники якості: лінійна щільність; міцність на розрив; кружка ниток; подовження в сухому і мокрому стані; еластичність; гігроскопічність, стійкість проти стирання; стійкість до високих і низьких температур; стійкість до світла; хімічна стійкість та інші спеціальні якості. Властивості хімічних волокон, виробів з них можливо цілеспрямовано змінювати в дуже широких межах.

Хімічні волокна класифікують залежно від природи вихідної сировини, від хімічної будови, від форм виготовлення, від типу виробки, властивостей, структури та ін.

В залежності від природи вихідної сировини волокон їх відносять до природних, або хімічних.

В методичних вказівках розглянуті хімічні технології та обладнанн для виробництва синтетичних волокон, які виробляються на підприємстві ВАТ “Чернігівське Хімволокно”.

Лабораторна робота №1.

Вивчення ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРЦЕСУ та ОБЛАДНАННЯ для формування ниток з розплаву полімеру

Мета роботи

Ознайомитись з агрегатами та обладнанням для виробництва ниток з розплаву полімеру. Визначити технологічни параметри процеса для виробництва ниток з розплаву полімеру.

Теоретичні відомості

 

Формовочний цех №1 призначений для формування філаментних ниток з полікапроамідної крихти.

В прядильному цеху №1 мається три технологічних потоки:

а) потік капронової кордної і технічної нитки лінійної щільності 187 текс, потужністю 22,7 тис. т. у рік;

б) потік капронової нитки для текстильної і трикотажної промисловості: 1,67 текс, 2,2 текс, 3,3 текс, 5,0 текс, 6,7 текс, 15,6 текс, матованої і фарбованої нитки потужністю 8,78 тис. т. у рік;

в) потік капронового волокна - 0,39 тис. т. у рік.

Опис технологічного процесу формування капронових ниток

 

Формовочний цех №1 оснащений машинами: "Мурата -Ноймаг"; МФ-600-КШ-24.

Кожна машина складається з бункерної, плавильно-формувальної і приймально-намотувальної частин.

На машинах "Мурата - Ноймаг" і МФ-600-КШ-24 плавлення крихти здійснюється в екструдерах.

Газодувками хімічного цеху здійснюється транспортування крихти полікапроамиду в бункер на машину "Мурата - Ноймаг" протягом 40-80 хвилин у залежності від ваги партії..

Крихта з лінії пневмотранспорту надходить у відсік, де відбувається відділення крихти від азоту, після чого вона зсипається в основний бункер.

Після того, як тиск у робочому бункері упаде до атмосферного, чотирьохходовий крихтокран встановлюється в положення, що відповідає завантажувальному бункеру, відкривається панчішний кран і вентиль на зворотній лінії руху азоту до газодувки. На загальному колекторі крихтопроводу відсічник крихти ставиться в положення, що відповідає машині, що завантажується.

Бункера формовочної машин являють собою циліндричні судини з конічним днищем. Бункери оснащені оглядовими вікнами для спостереження за рівнем крихти в бункері, на машинах "Мурата-Ноймаг" контролюється також вага крихти в бункері. Машини оснащені проміжними бункерами перед екструдерами для акумулятивного запасу полікапроамідної крихти, необхідної при завантаженні й обробці основного бункера.

Для контролю тиску азоту в бункері останній оснащений манометром і запобіжним клапаном. На кожну завантажувальну машину встановлений редук­ційний клапан, призначений для регулювання робочого тиску азоту в бункерах.

Бункер підлягає завантаженню при підході крихти полікапроаміду до нижнього оглядового скла, на машинах "Мурата-Ноймаг" - якщо вага крихти в бункері до 200 кг. Кількість крихти, що завантажується в бункер повинна бути не менш 500 кг і не більш 3600 кг. Завантаження бункера крихтою здійснюється при закритому крихтокрані під бункером. Крихтокран повинний бути герметичний, щоб запобігти падінню тиску на екструдерах і попадання в них повітря. Завантаження полікапроамідної крихти в бункери прядильних машин здійснюється в середовищі азоту, тому що повинна бути виключена можливість її окислювання і зволоження.

З бункера гранульований полікапроамід самопливом надходить у про­міжний бункер, а потім у завантажувальну зону шнекового розплавника. На кожному екструдері є додатковий шибер, і крихтокран, передбачений для тимчасової чи аварійної зупинки. У шнековому розплавнику гранульований полікапроамід транспортується уздовж шнека, плавиться за - рахунок тепла, яке підводиться від електронагрівачів, і далі розплавлений полімер під тиском подається у вимірювальну голівку, де він гомогенізується.

Під тиском, який створюється шнековим розплавником, розплавлений полімер по розплавопроводу подається у формуючі пристрої кожного робо­чого місця де він формується в волокно.

 

 

Формуючий пристрій

 

Формуючий пристрій (рисунок 1.1) зварної конструкції, включає корпус 11, в якому є прямокутна ніша з гніздом круглого перерізу, до однієї з стінок якої приварений патрубок 28; в стінці утворений канал 27 для підведення розплаву. Ніша з гніздом і патрубком має сорочку 9 з листової сталі з перегородками, по якій циркулює теплоносій. Підведення теплоносія здійснюється через патрубок 26, а відведення - через патрубок 29. У нішу встановлюється знімний насосний блок 5, який болтом 13 через циліндричну прокладку 24 притискається до корпусу 11, ущільнюючи канал 27 з отвором у блоці.

У блоці 5 передбачено отвір, який поєднується з отвором гнізда в ніші корпусу 11, призначеного для установки знімного філь’єрного комплекту 20. Останній за допомогою клинового пристрою 12 болтом 10 притискається через прокладку 21 до блоку 5, тим самим ущільнюючи розплавопровідний канал 22 у блоці з вхідним отвором філь’єрного комплекту 20.

На верхню плоску поверхню блоку 5 болтами 3 та додатково за допомогою планки 2 кріпиться дозуючий насос 4. У зварному корпусі 11 передбачені також порожнини і канали 17 з фланцем 18 для відсмоктування низькомолекулярних сполук з підфіль’єрного простору. Корпус 11 головки з встановленими на ньому блоком 5, дозуючим насосом 4 і філь’єрним комплектом 20 укладений в теплоізоляційний зварний жорсткий кожух 25 з кришкою, що знімається 30 і лапами 16, через які за допомогою віджимних 14 і кріпильних 15 болтів формувальна головка вивіряється і кріпиться на металевій майданчику 19. Знімна теплоізоляційна кришка 30 обладнана місцевими легкозмінними теплоізоляційними кришками 1 і 7 для полегшення доступу при обслуговуванні до дозуючих насосів і філь’єрних комплектів. Для кращого обігріву блоку 5, дозуючих

 

а – продольний розріз; б – поперечний розріз по А-А

1, 7 – легкозємні кришки; 2 – планка; 3, 10, 13 – болти; 4 – дозувальний насос; 5 – насосний блок; 6, 8 – алюмінієві плити; 9 – рубащка обігріву; 11 –; корпус головки; 12 – клиновий пристрій; 14 – регулювальний болт; 15 – болт для кріплення; 16 – лапа каркасу; 17 – порожнина для відсмоктування; 18 –фланець; 19 – площадка; 20 – філь’єрний комплект; 21, 24 – прокладки; 22, 23, 27 – роз­плавопровідні канали; 25 – теплоізоляційний кожух; 26 – патрубок для вводу розплаву; 28 -.патрубок для відводу; 30 – теплоізоляційна кришка

Рисунок 1.1 – Формуючий пристрій машини МФ1-1000-КР18

насосів 4 і філь’єрних комплектів 20 встановлена в нішу корпусу спеціальна алюмінієва плита 6, а над філь’єрним комплектом плита 8. Філь’єрний комплект наведено на рисунок 1.2.

а – прокольний розріз; б – поперечний розріз

1 – гвинт; 2 – байонентна шайба; 3 – корпус; 4 – гільза; 5 – прокладка; 6 – двошарова сітка; 7 – решітка; 8 – двошарова сітка; 9 – філь’єра діаметром 160 мм

Рисунок 1.2 – Філь’єрний комплект машини МФ1-1000-КР18

Філь ’ єрні комплекти

Складаються з корпусу, філь’єри, фільтруючих елементів, решітки, розподільних пластин або блоків (при формуванні профільованих, порожнистих і бікомпонентних волокон), ущільнювальних прокладок і затискних пристроїв.

Весь філь’єрним комплект приєднується до каналу насосного блоку, по якому від дозувального насоса надходить розплав, і разом з насосним блоком встановлюється у формувальний блок.

Філь’єрні комплекти можна класифікувати:

- за способом ущільнення:

- з примусовим ущільненням;

- з самоущільненням (за рахунок тиску розплаву);

- за способом установки в насосному блоці: знизу, зверху.

Примусове ущільнення здійснюється при складанні за допомогою гвинтів, болтів, гайок і т. д., а також при кріпленні до насосного блоку.

Перспективним є використання принципу самоущільнення філь’єрного комплекту, особливо при формуванні ниток високої лінійної щільності (технічна нитка, волокно), так як в цьому випадку виникають великі осьові тиски.

Так, при діаметрі філь’єри 160 мм і тиску розплаву над филь’єрою 8 МПа - сумарне осьове зусилля сягає 16104Н.

Для надійного ущільнення деталей філь’єрним комплекту необхідно створити таке ж зусилля затягування болтів, що значно ускладнює процес збирання та розбирання комплекту.

У промисловості існує велика різноманітність конструкцій філь’єрних комплектів, що залежать від виду вироблюваних ниток, властивостей полімеру,

загального компонування формувального блоку і т. д.

Установка філь’єрного комплекту на насосному блоці знизу (з боку обдувочної шахти) і зверху (з майданчика формувального блоку) представлена на рисунку 1.3.

 

 

а – установка зверху; б – установка знизу.

1 – спеціальна гайка; 2 – філь’єра; 3 – пластина; 4 – сітка; 5 – тканина; 6 – прокладка; 7 – футорка; 8 – чер’вяк; 9 – гайка; 10 – сіткова вставка; 11 – ризиновий ущільнювач

Рисунок 1.3 – Філь’єрні комплекти для розплавів

 

Кращою є установка комплектів зверху, особливо для комплектів великої маси (при формуванні технічних ниток і волокон). Установка і знімання філь’єрних комплектів знизу є більш складними для, незручними і небезпечними операціями, тому що вони проводяться в умовах підвищеної температури і загазованості середовища. Встановлення знизу застосовують найчастіше при формуванні текстильних ниток, коли маса філь’єрним комплектів не перевищує 20 кг.

Філь’єрним комплект із установкою зверху і примусовим ущільненням прокладок (рисунок 1.3, а) складається з корпусу 1, склянки 2, філь’єри 3, прокладок 4 і 8, решітки 5, сіток 6, розплавопровідної насадки 7, диска 9 з гвинтами 10 і 11.

Насадка 7 служить для підведення розплаву і розподілу його по поверхні решітки. Шар піску перебуває над решіткою всередині насадки. Остання має два виступи, якими входить в діаметрально розташований паз склянки, що дає можливість переміщатися у вертикальному напрямку, але виключає поворот всередині склянки.

Диск 9 має чотири виступи (на рисунку 1.3 видно два), які входять у вертикальні пази склянки. Диск встановлюють на рівні проточки в стакані і повертають на кут 45 ° (в положення, вказане на рисунку 1.3). Обертанням гвинтів 10 насадку 7 віджимають вниз, забезпечуючи ущільнення прокладок. Після ущільнення всередину насадки через бічні отвори засипають або вдувають пісок. Пісок насипають в декілька шарів, спочатку великий, а потім дрібний, тобто розміри піщинок збільшуються по ходу руху розплаву, що дає можливість уникнути проскакування дрібних піщинок через сітки й закупорювання отворів філь’єри.

Решітка є опорою для сіток і шару піску. Вона являє собою пластину з отворами для проходу розплаву до філь'єрі. Для більш рівномірного розподілу розплаву по поверхні філь’єри нижня поверхня іноді виконується сферичною.

При ущільненні клином зсув філь’єрного комплекту в сторону прокладки і її обтиснення відбуваються за рахунок зміщення похилої площині насосного блоку і виступу насадки при русі клина під дією гвинта вниз.

Установка і знімання філь’єрного комплекту даної конструкції простіше, ніж філь’єрного комплекту з установкою знизу, але збірка і розбирання значно складніше.

Всередину склянки філь’єрного комплекту з установкою знизу разом з насосним блоком послідовно укладають алюмінієву прокладку, філь’єру, кілька сіток, кільце, прокладку, решітку, сітки і пісок. Кільце, призначене для збільшення обсягу профільтрованого розплаву, можна не встановлювати, якщо решітка має увігнуту форму.

Склянка в зібраному вигляді, нагріта до температури 250 - 270 ° С, за допомогою шести виступів встановлюється в пази обойми насосного блоку і гвинтами притискається до насосного блоку. Дозуючий насос включається після нагріву філь’єрного комплекту разом з насосним блоком. Після включення дозувального насоса розплав надходить по розплавопроводу в філь’єрний комплект, заповнює простір над піском, проходить через пісок, сітки, решітку, отвори філь’єри і потрапляє в пристрій, що охолоджує.

Тиск, що створюється дозувальним насосом, витрачається на подолання опору фільтруючих елементів і отворів філь’єри. Під дією тиску розплаву ущільнюються прокладки всередині філь’єрним комплекту.

Філь’єрний комплект з самоущільненням і встановленням знизу скла­дається ніби з двох комплектів, встановлених в одній склянці 2 (рисунок 1.3, б). Стакан 2 змонтований у корпусі 1 і підтискається гвинтом 12. Він перегороджується всередині по діаметру стінкою, яка утворює дві порожнини у вигляді сегментів. Всередину кожної порожнини закладаються сферичні прокладки 13, сітки 6, решітки 5, прокладки 4 і 8 і філь’єри 3, які мають також форму сегмента.

Розплав підводиться по двох окремих каналах від двох дозувальних насосів, встановлених на одному майданчику насосного блоку. Установка філь’єрного комплекту і ущільнення прокладок здійснюються так само, як і в раніше описаному випадку.

У відношенні гомогенізації розплаву філь’єрний комплект повинен забезпечувати сталість температури, абсолютної в'язкості і швидкості течії в кожному перетині, а отже, і часу перебування розплаву в філь’єрному комплекті. Нерівномірність температури розплаву в філь’єрному комплекті є однією з причин нерівномірності властивостей елементарних ниток в пучку.

Для досягнення найбільш сприятливого температурного режиму в філь’єрному комплекті рекомендується застосовувати спеціальні насадки з матеріалу з великим коефіцієнтом теплопровідності, збільшувати поверхню контакту філь’єрного комплекту з блоком, виготовляти деталі філь’єрного комплекту з матеріалів з більшою теплопровідністю.

Удосконалення конструкцій філь’єрних комплектів ведеться в напрямку створення філь’єрних комплектів з високим ступенем фільтрації розплавів, здатних витримувати високі тиски, з рівномірним розподілом розплаву по поверхні філь’єри.

Філь’єрні комплекти для розплавів разом з насосами монтуються на насосних блоках, які в свою чергу закріплюються в корпусі формувального блоку. Крім насосних блоків формувальний блок включає розплавопроводи, систему нагріву та теплової ізоляції.

Конструкція корпусу формувальних блоків у значній мірі залежить від способу обігріву.

В даний час застосовується три способи обігріву формувальних блоків: централізований - рідким або пароподібним теплоносієм, отриманим в спеціальній котельні; місцевий з парорідинним обігрівом; місцевий з електричним обігрівом.

Місцевий обігрів дозволяє створити більш компактну конструкцію формувальних блоків, але точність підтримки температури і рівність її в різних ділянках формувального блоку, нижче, ніж при централізованій системі обігріву.

На рисунку 1.4 представлений формувальний блок з централізованим обігрівом рідким і пароподібним теплоносієм. Корпус 17 блоку має складну конфігурацію. У корпусі встановлені знімні насосні блоки 9 з дозувальним насосом 10 і філь’єрні комплекти 11. Корпус розміщується на теплоізоляційних прокладках в кожусі 20.

Високотемпературний органічний теплоносій (диніл) подається з котельні відцентровим насосом до кожного формувальному блоку. Спочатку теплоносій обігріває підфіль’єрний простір і філь’єрний комплект, потім - насосний блок, після чого виходить у трубопровід, по якому повертається в котел. Для збільшення швидкості теплоносія і рівномірності обігріву у сорочці корпусу передбачена велика кількість перегородок. У нижній частині корпусу є канали для відсмоктування парів низькомолекулярних сполук з підфіль’єрного простору. Щоб уникнути конденсації парів низькомолекулярних сполук на стінках каналів, вони також обігріваються теплоносієм. В якості ізоляції використовують шлако- або скловату.

Системи обігріву формувальних блоків не призначені для нагріву розплаву до температури формування. Завдання системи полягає найчастіше в збереженні температури розплаву, з якою він надходить з плавильної решітки в розплавопровід насосного блоку і до виходу його з отворів філь’єри. Нагрівачі або теплоносій повинні передати формувальному блоку стільки до тепла, скільки його втрачається через всі поверхні формувального блоку в навколишнє середовище. Для контролю температури розплаву передбачена установка термопари.

1, 2 – прокладки; 3 – ввідний патрубок; 4 – вивідний патрубок; 5 – патрубок для введення розплаву; 6 – гніздо датчика температури; 7 – блочки; 8 – запірний пристрій; 9 – насосні блоки; 10 – дозувальний насос; 11 – філь’єрні комплекти; 12, 15, 16 – теплоізоляційні кришки; 13 – плита; 14 – кришка; 17 – корпус; 18 – клин прижимного пристрою; 19 – болт; 20 – теплоізоляційний кожух; 21 – установочні лапи; 22 – каркас

Рисунок 1.4 – Формуючий пристрій машини МФ-600-КШ-24

 

Іноді філь’єрні комплекти отримують тепло від спеціальних індивідуальних нагрівачів філь’єрного комплекту. Індивідуальний нагрів комплектів дозволяє подавати розплав з температурою трохи нижче температури формування, що запобігає небажаній зміни в складі полімеру. Розплав рівномірно нагрівається безпосередньо перед процесом формування. Розплав продавлюється через філь’єру у виді елементарних ниток, над­ходить у обдувочну шахту. Основне призначення обдувочної шахти - це обду­вання елементарних ниток, що формуються рівномірним і вільним від завихрень по­током охолоджуючого повітря. Для відводу парів НМСП, що утворюються при формуванні нитки під філь’єрою передбачена система відсосу.

Кондиційне обдувочне повітря з заданою температурою і вологістю пода­ється по загальному повітропроводу, потім по відводах у обдувочну шахту. Обдувочна шахта має випрямляч потоку, що складається з перфорованої металевої пластини і нетканого матеріалу. Випрямляч потоку виконує наступні функції: а)забезпечує рівномірну швидкість потоку обдувочного повітря по всій площі поперечного перерізу нитки; б) забезпечує фільтрацію обдувочного повітря; в) забезпечує необхідний перепад тиску в шахті.

Частина обдувочного повітря відводиться вниз через супровідну шахту паралельно елементарним ниткам, остаточно охолоджуючи їх.

Нижня частина супровідної шахти закривається втулкою з прорізом для виходу елементарних ниток. Нитка із супровідної шахти надходить на направляючі намотувальної частини машини де проходить замаслювання.