О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.
Глава 5. Экологическая характеристика производств
5.5. Экологическая характеристика производства химических волокон
В настоящее время промышленность производит химические
волокна в виде моноволокна (одиночное волокно большой длины), штапельного
(короткие обрезки одиночных тонких волокон) и филаментных нитей (пучков,
состоящих из большого количества одиночных тонких волокон, соединенных
посредством крутки).
Химические волокна подразделяются на искусственные и
синтетические. Искусственные волокна получают путем химической переработки
природных полимеров (древесная и хлопковая целлюлоза, белки растительного и животного
происхождения и пр.). К ним относятся вискозные, медно-аммиачные, ацетатные,
белковые и альгинатные волокна. Синтетические волокна производят из
синтетических высокомолекулярных соединений, получаемых на основе продуктов
переработки каменного угля, нефти и природного газа в процессе полимеризации и
поликонденсации. Для получения синтетических волокон используются полиамиды,
полиолефины, поливинилхлорид, полиакрилонитрил, поливиниловый спирт,
фторсодержащие полимеры. К этим волокнам относятся капрон, анид, лавсан,
нитрон, винол, орлон, хлорин, полипропилен, полифен и др.
Процесс получения химических волокон складывается из
следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2)
формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.
Приготовление прядильных растворов (расплавов)
начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или
расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков
воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации
волокон, их матировки и т. п. Подготовленный таким образом раствор или расплав
подаётся на прядильную машину для формования волокон.
Формование волокон заключается в продавливании
прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия колпачка-фильеры в
среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости
от назначения и толщины формируемого волокна количество отверстий в фильере и
их диаметр могут быть различными. Формование нитей производится двумя способами.
По сухому способу прядильный раствор продавливают через фильеру в шахту, где
при испарении растворителя в горячем или холодном воздухе образуется
филаментная нить. При мокром методе прядильный раствор продавливается через
фильеры в осадительную ванну, заполненную смесью воды и растворителей, где и
происходит затвердевание нитей. Скорость формования нитей из раствора по
«сухому» способу достигает 300-600 м/мин, по «мокрому» способу - 30-130 м/мин.
Прядильный раствор (расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в
тонкие волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых
случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с
прядильной машины, что приводит к увеличению прочности химических волокон и
улучшению их текстильных свойств.
Отделка химических волокон заключается в обработке
свежесформованных волокон различными реагентами. При этом из волокон удаляются
низкомолекулярные соединения, растворители, отмываются кислоты, соли и другие
вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны. Для придания волокнам
таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость
одиночных волокон и других, их после промывки и очистки подвергают
замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в
сушильных камерах. После отделки и сушки некоторые химические волокна
подвергают дополнительной тепловой обработке - термофиксации (обычно в
натянутом состоянии при 100-180 0С), в результате которой
стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка, как самих
волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных
температурах.
Промышленность химических волокон потребляет большое
количество воды и различных химических продуктов, таких как серная кислота,
едкий натр, сульфат цинка, сероуглерод и др. Например, потребление свежей воды
при производстве вискозных волокон составляет 300-1000 м3 на 1 т
выпускаемой продукции в зависимости от ассортимента и используемого
технологического оборудования. Вода применяется для приготовления
технологических и отделочных растворов, промывки волокон, нитей, плёнки,
орошения прядильных гнезд, охлаждения оборудования, мойки фильтроматериалов,
аппаратов, трубопроводов, ёмкостей. Существующие системы водоснабжения при производстве
вискозных волокон являются, как правило, прямоточными и малоэффективными по
использованию свежей воды. Коэффициент водооборота составляет 12-27 %.
Производство искусственных волокон связано с выбросом
в атмосферу сероводорода и сероуглерода. В среднем по отрасли на 1 т вискозного
волокна выбрасывается в атмосферу 0,7-1,0 млн. м3 воздуха с
концентрацией сероуглерода 0,23-0,5 г/м3. При производстве
вискозного волокна выбросы сероуглерода составляют около 27,5 кг/т, а сероводорода
- 3 кг/т продукта.
Снижение выбросов вредных веществ может быть
достигнуто в результате осуществления таких мероприятий, как максимальная
герметизация прядильно-отделочного оборудования, локализация газовыделения из
технологических растворов и из свежесформированного волокна, а также путём
перевода побочных продуктов ксантогенирования в устойчивые сернистые соединения
(ксантогенат – соединение сероуглерода и целлюлозы).
Очистка вентиляционных выбросов производится на
газоочистных установках, где улавливается сероводород и окисляется до
элементарной серы, а также регенерируется сероуглерод. Степень регенерации
сероуглерода составляет примерно 95-96 %. При этом сероуглерод возвращается в
производство вискозного волокна, а также используется для получения
тетрахлорметана, оптического стекла и других продуктов. Воздух после газоочистных
устройств и от местных отсосов прядильно-отделочного оборудования с небольшим
содержанием вредных примесей поступает на установки термического и термокаталитического
обезвреживания, после чего, проходя через высокие трубы, рассеивается в
атмосфере.
Для улавливания сероводорода и рекуперации
сероуглерода из вентиляционных выбросов используется двухступенчатая
газоочистка. На первой ступени происходит улавливание сероводорода, например
мокрым способом (щелочным раствором гидрохинона или дисульфофталоцианина
кобальта) с получением коллоидной серы и тиосульфата натрия в виде товарных
продуктов. Для этой цели используются форсуночные скрубберы вертикального и
горизонтального типа. Степень извлечения сероводорода 95-100 %. На второй
ступени осуществляется регенерация сероуглерода в адсорберах со стационарным
слоем адсорбента. В качестве адсорбента применяются активные угли марок АРТ-2 и
СКТ-3 с развитым объемом микропор, обеспечивающие высокую степень очистки. Одна
типовая установка обеспечивает очистку 450-500 тыс. м3/ч воздуха до
остаточного содержания сероуглерода не более 50 мг/м3 .В настоящее
время для очистки вентиляционных выбросов внедряются фильтры на основе
хемосорбционных и активированных углеволокнистых материалов.
При производстве химических волокон образуется более
10 видов сточных вод, например, кислые цинксодержащие, шламовые воды,
целлюлозосодержащие сточные воды и др. Для их очистки применяются локальные
установки с последующей доочисткой на общезаводских и городских очистных
сооружениях.
В зависимости от принятой технологической схемы
очистки сточных вод образуется три вида осадков (шламов): целлюлозные, содовые
и известковые. Они сбрасываются и хранятся в шламонакопителях.
|