Введение к работе
Актуальность теш.
Одной из главных проблем современной промышленности является уменьшение материала- и ресурсоемкое продукции, всемерное сокращение непроизводительных по.ерь сырья и материалов. В основном это обусловлено экономическими (высокая стоимость и дефицитность компонентов и полупродуктов, конкуренция с импортными изделиями) и экологическими (рост химического загрязнения окружаются среды)
Красильно-отделочное производство расходует широкий ассортимент хим.материалов в очень больших объемах. Норедао специфика аппаратурного и технологического оформления процесса требует избыточного (по сравнению со стехиометрическими кормами) кол-чествэ реагента, что в особенности характерно для крашения тканой кубовыми красителями, когда восстановитель гидросульфит (Na2S204 - йитиоеит натрия, далее - ДТН) берут в 2...4-кратном избытке для компенсации его окисления кислородом воздуха. Значительный расход этого реагента еще более усугубляется токсичностью продуктов его разложения, среди которых присутствуют диоксид серы, сероводород, серосодержзида кислоты и проч.. С учётом вышесказанного, актуальность сокращения расхода ДТН не вызывает сомнений как с экономической, так и с экологической точек зрения. Не менее важно добиваться экономии кубовых красителей, которые во-первых, являются одними из самых дорогих красящих веществ, а во-вторых, - с трудом удаляются из стоков при их очистке и при попадании в питьевую воду способны оказывать-на организм человека канцерогенное и общее токсикологическое, воздействия.
Задача совершенствования технологий кубового крашения в і'лпрзБленш уменьшения материалоемкости накладывает жесткие
ограничения .на вероятные пути ее решения:'целесообразно получить снижение расхода основных хим.материалов (красителей и ДТН) без введения дополнительных реагентов или хотя бы - с их миншлальным использованием. Данная постановка проблемы оркентирует на поиск-подходящих безреагентных способов интенсификации технологических процессов. К тагам способам относится магнитная обработка (омаг-ничивание), то есть воздействие на объект постоянным магнитным полем с относительно невысокой энергией. Омагничиванию характерен ряд достоинств, выделяющих его среди других физических методов интенсификации, в том числе:
селективность воздействия на объекты (вещества и процессы) в сочетании с разнообразием достигаемых эффектов;
невысокая стоимость и простота реализации;
- безопасность для обслуживающего персонала и экологическая чис-
. тота.
Совокупность положительных свойств обеспечила широкое- распространение омагничивания в теплоэнергетике, строительной индустрии и проч. Однако, в отделочной отрасли данный метод до сих пор остается новым, нетрадиционным, что в основном обусловлено слабой . научной проработкой магнитного влияния применительно к материалам и процессам текстильной химии, вследствие чего объекты магнитного, воздействия или'моменты его применения оказываются далеко не оптимальными. Наряду с этим, отдельные единичные успешные примеры использования магнитной обработки в крашении тканей демонстрируют ее впечатляющую технологическую и экономическую эффективность.
Таким образом, предпринятое в настоящей работе исследование магнітного влияния на ДТН и кубовые красители, направленное на изыскание возможностей экономии хим.материалов при кубовом крашении, представляется весьма своевременным и способным дать ощути-
мую отдачу как в теоретическом, так и п практическом планах. Рз-бота выполнена в соответствии с Распоряжением Президиума АН СССР "Ой участии Академии наук СССР в мероприятиях по техническому перевооружению легкой прокышлонности" № I0I03-I0I2 от 19.07.1983 (раздел III, пункт 1-г), Постановлением Президиума АН СССР к 455 от 18.05.1939, Единым планом МНТК "Текстиль" на 1991...1995гг. (темі П7.0І.Н) и планами научно-исследовательских работ КХНР РАН (АН СССР) на 1988...І93ЙГГ.
Цель роботы состояла в комплексном изучении закономерностей влияния магнитного поля на окислительно-восстановительные процессы крашения кубовыми красителями, осложненные газовой хемосорб-цией и наличием твердофазного реагента, и разработке на данной основе материалосберегащей технологии колорирования тканей.
В соответствии с этим, задачи исследования заключались в изучении причин непроизводительных потерь красителей и ДТН при кубовом крашении, установлении возможности их частичного или полного устранения за счет магнитного воздействия на красильную систему на различных стадиях технологического цикла и выявлении оптимальных параметров омагничивэния, обеспечивающих достижение максимальных технологических и экономических эффектов.
Для решения поставленных задач' последовательно выполнены следующие этапы исследования:
1. Разработан ряд новых лабораторных методик, в том число:
два метода быстрого определения малых количеств ДТН в водно-щелочных растворах!
метод определения содержания примесей келеза на текстильных материалах.
-
Изучена кинетика окисления ДТН молекулярным кислородом.
-
Определены закономерности раздольного и совместного влият-.ч
магнитного шля, поверхностно-актившх 'реагентов и гидромеханических воздействий на "нтєнсизіюсть окисления ДІН.
4. Исследовано влияние магнитной обработки на состояние кубовых
красителей и окислительно-восстановительные процессы с их '
, угаснем.
5. Разработана машитнохимическая интенсиїїиодрованная технология
кубового крашения хлопчатобумажных тканей, обеспечивающая сни
жение рзехеда хим.материалов и повышение качества окрасок.
6. Проведены промышленные испытания разработакоа технологии .и
. осуществлено ее внедрение в производство.
Характериотіиса объектов и методов исследования. В работе использованы хлопчатобумажные ткани, восстановитель ДТН, очищенные и технические (в различных выпускных формах) кубовые красители; в модельных восстановительных системах применены ' кизгжэ алифатические егшрты, поверхностно-активные вещества (акионактивные и коионогенные), соли и кристаллогидраты щелочноземельных и а-металлов.
Эксперименты проводили с использованием современных способов физйко-химического анализа: по'генщометрического титрования, . спектрофотометрического (УФ и видимая область), турбидиметричес-кого, вискозиметрического и кинетіг'зского методов. На различных . этапах работы широко применяли современную вычислительную технику (персональные компьютеры івм і-с/ат г^в), в том числе - для выполнения нелинейной регрессии, матричного анализа сдактрофото-метрических данных, математического планирования оксперимента и статистической обработки результатов, редактирования текста дис-сергационного исследования и оформления графического материала.
Научная новизна.
На примере кубового крэиения впервые осуществлено комплексг ное изучение механизма магнитного влияния на окислительно-восстановительные процессы, протекающие в гетерофазных системах и осложненные газовой хемосорбцвдя, и дано теоретическое обоснование путей создания магнитнохимическях композиций с управляемыми свойствами.
впервые дифференцированы мзссоперенос и собственно химическое взаимодействие при кислородном окисления ДТН в водно-щелочных средах, найдены кинеткчесісие характеристики и дано математическое описание этого процесса, выявлена его лимитирующая стадия.
В ходе систематических исследования количественно оценено раздельное и совместное влияние магнитного поля, поверхностно-активных реагентов и гидромеханических воздействий на интенсивность окисления ДТН) на этой основе предложены механизмы замедляющего и ускоряющего влияния названных факторов и обоснованы критерии выбора ингибиторов и активаторов окисления. Разработан оригинальный метод стабилизации ДТН с помощью весвств, обратимо изменяющих абсорбционные свойства жидкостей вследствие омагничивания.
Показано, что магнитное поле проявляет широкий спектр воздействий (агрегирующее, седиментационное и проч.) на состояние кубовых красителей и примесных металлосодержаших соединения в различных формахі на примере хинон-гидрохиноновых переходов красите лея впервые обнаружен эффект магнитного катализа, проявляющийся при магнитной обработке систем, в которых протекают обратимые процессы.
Практическая значимость» Разработана магнитнохимическая стабилизированная восстановительная композиция с управляемой реакционной активностью на основе
ДЇН. Разрабатана интенсифицированная технология кубового крашения тканей, включающая прюиененш стабилизированной композиции и/или омапшчиБзнкя ткани и технологических составов на различных стадиях обработки.
Использование названных разработок позволяет уменьшить расходы хим.материалов: ДТП - на 25% или кубовых красителей - на 15...17 без ухудшения качества крашения, при этом степень полезного использования красителей возрастает на 10...13%.
Новый.способ крашения признан изобретением (авторское свидетельство СССР № 1659554).
Магниткохимическая технология успешно испытана и внедрена на Кохомском производственном хлопчатобумажном объединении. Объем окрашенных тканеа - 1,606 млн;метров, за счет экономии красителей получен реальный экономический эффект в размере 45,23 тыс.рублей (в ценах 1990г.).
Автор защищает:
разработанные лабораторные методики определения концентрации ДТН в щелочных растворах и содержания ивдеза на тканях;
предложенное описание окисления ДТН как 2-стадииного процесса, лимитируемого массопереносом кислорода;
установленные закономерности влияния магнитного поля, поверхностно-активных реагентов и гидромеханических воздействий на физккохимичеекке процессы с участием кубовых красителей и ДТН;
метод стабилизации восстановительной способности растворов ДТН путем обратимого изменения их абсорбционных свойств;
метод активации хинон-гидрохиноновых переходов кубовых красителей за счет магнитного воздействия;
разработанные магнитнохимическую стабилизированную восстановительную композицию и .интенсифицированную материалосберегающую
технологию кубового крашония тклпей.
Публикации и апробация 'роботы. Основные положения диссертации изложены в 6 опубликованных .статьях (из них 2 - в журналах Академии наук) и I авторском свидетельство на изобретение» материалы работы доложены, обсуждались и получили положительную оценку на 10 конференциях и совещаниях (из них г - Международные, 5 - Всесоюзные).
Структура и объем диссертационной работы. Нзстоящая работа содержит введение, литературный обзор, описание цели и задач исследования, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список используемых литературных источников (172 наименования) и приложения. Основная часть изложена на 157 страницах машинописного текста, включает 17 таблиц, 40 формул и 28 рисунков.
