Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях для развития техники и технологии первичной переработки хлопка первостепенное значение приобретают вопросы, связанные со снижением производственных затрат на выработку продукции, повышением ее качества и конкурентоспособности на мировом рынке. Для достижения нормативных показателей на волокно на хлопкозаводах необходимо совершенствовать технологию подготовки хлопка-сырца к джинированию, с учетом специфических свойств селекционных разновидностей хлопка. Качественные и количественные показатели вырабатываемого хлопкового волокна и другой побочной продукции во многом зависят от уровня развития техники и технологии первичной переработки хлопка-сырца, включающей процессы подготовки материала (сушка и очистка) к операции джинирования и пакетирования.
В последние годы в хлопкоочистительной промышленности из-за нарушений технологии переработки хлопка-сырца на хлопкозаводах, неисправного состояния сушильных и топочных агрегатов, очистителей хлопка и другого основного и вспомогательного оборудования вырабатывается волокно невысокого качества. Наблюдается переход волокна в низшие классы, и оно реализуется по сниженным классам и соответственно по низким ценам. Во многих случаях хлопкозаводы поставляют потребителю хлопковое волокно с повышенной зажгученностью и содержанием мелкого сора.
В настоящее время влияние сушки и очистки на кинетику засоренности, на структуру хлопка-сырца, на механизм порокообразования волокна по технологическим процессам и кинетику изменения цвета волокна мало изучены. Не раскрыт механизм образования мягких пороков волокна в процессе сушки хлопка-сырца. Недостаточно исследованы процессы образования зажгученности, удлинения волокон в связях летучек в хлопкоочистительных машинах. Отсутствует научное обоснование методики выбора мест установки очистителей хлопка-сырца в технологической цепочке. Не разработано теоретическое модели, описывающие изменение плотности потока обрабатываемого материала, образования процесса зажгученности хлопка при его подготовки к джинированию. Не разработан комплексный показатель воздействия очистителя на хлопок-сырец в процессе очистки, имеющий корреляцию с качественные показатели волокна и семян. Необходимы модели, прогнозирующие изменение структурного показателя волокнистого материала, что могло бы служить основой при выборе рациональных режимов сушки и технологии очистки хлопка-сырца. Необходима гибкая технология подготовки хлопка-сырца к процессу джинирования, пригодная для перерабатываемых различных селекционных сортов хлопка.
Необходимость решения этих задач обуславливает актуальность настоящей работы.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованной, эффективной технологии подготовки хлопка-сырца к основному этапу переработки – джинированию на основе комплексного анализа существующих технологических процессов переработки хлопка-сырца, с учетом специфических свойств новых и перспективных сортов хлопка, при сохранении природных качеств волокна и семян.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
проведен анализ современного состояния технологического процесса переработки хлопка-сырца и в частности этапов подготовки материала к процессу джинирования;
разработан метод расчета и выбора технологической линии переработки новых и перспективных сортов хлопка, обеспечивающей более рациональное размещение оборудования в линии;
разработаны новые режимы сушки с учетом термодинамических и теплофизических свойств хлопка-сырца;
теоретически обоснованы и созданы более совершенные конструктивные схемы внутренних устройств сушилок барабанного типа для сушки хлопка-сырца с целью повышения их эффективности;
разработаны требования, условия и способы, обеспечивающие интенсивную очистку новых и перспективных сортов хлопка от сорных примесей;
разработаны модели, описывающие процессы разукрупнения (разрежения) хлопка-сырца в очистительных машинах, динамическое нагружение волокнистых связей, захват и удержание частиц хлопка рабочими органами, условия движения частиц материала по поверхности колков рабочего органа очистителя хлопка, основы образования зажгученности волокнистых связей летучек хлопка-сырца в очистителях мелкого сора;
разработаны модели динамики взаимодействия колкового барабана с частицами хлопка-сырца, имеющими волокнистые связи, при центральном и нецентральном ударе по ним колков;
развиты теоретические основы отделения сорных примесей от волокна в очистителях хлопка от мелкого сора, смоделирован процесс взаимодействия частиц хлопка с колком в зоне колосниковой решетки;
разработаны модели комплексных показателей взаимодействия рабочих органов хлопкоочистительных машин с хлопком-сырцом в процессах очистки, имеющих корреляцию с качественными показателями волокна и семян;
разработан способ определения структурного показателя, прогнозирования кинетики структуры хлопка-сырца по технологическим процессам переработки, установлена связь между структурным показателем и очистительным эффектом;
разработаны научно обоснованные рекомендации и конструкции рабочих органов позволяющие устранить образование мягких пороков волокна в процессе подготовки хлопка-сырца к джинированию;
разработаны практические варианты компоновки оборудования, обеспечивающие качественную переработку новых и перспективных разновидностей хлопка-сырца;
проведен анализ прядильно-технологических свойств волокна новых сортов хлопка обеспечивающих более качественный прочес и относительно высокие физико-механические свойства пряжи.
Объектами исследования являются новые селекционные сорта хлопка 9326-В, 750-В, НС-60, Мехргон, Гулистан, Хисор, технологические процессы их переработки и оборудование для их осуществления.
Предметом исследования являются анализ базового технологического процесса переработки хлопка-сырца и разработка научно обоснованной технологии его подготовки к процессу джинирования и рекомендаций по совершенствованию конструкции сушилок и очистителей хлопка.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов
В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Разработанные математические модели базируются на законах теоретической механики, теории механических колебаний, теории математического моделирования, методах математического планирования эксперимента.
Для определения основных ступеней процесса дегидратации хлопка-сырца использованы метод тензометрии, а для установления связей теплофизических параметров метод теории подобия, закон соответствующих состояний и метод наименьших квадратов. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований проводилась на основе общепринятых методов оценки и интерпретации при доверительной вероятности не ниже 0,95. Обработка экспериментальных данных проводились с применением ПЭВМ, прикладных программ MathCad, AutoCad и Microsoft Excel.
Достоверность полученных результатов подтверждается соответствием полученных теоретических результатов с данными экспериментов, в том числе выполненных ранее другими исследователями.
Научная новизна работы
Новыми являются следующие результаты:
-
На основе термодинамических исследований определены основные периоды процесса дегидратации хлопка-сырца, что является основой процесса его сушки;
-
Определены эмпирические зависимости, связывающих теплофизические параметры хлопка-сырца, что позволяет при известном значений одного из параметров конкретного сорта определить значение других параметров другого сорта хлопка;
-
Рассмотрена механика взаимодействия хлопка-сырца с внутренними устройствами барабанных сушилок, впервые введено понятие образования кольцевого слоя хлопка внутри барабанной сушилки, при взаимодействии с которым излишков хлопка приводит к образованию жгутов.
-
Разработаны теоретические основы, раскрывающие механизм зажгучивания хлопка внутри барабанных сушилок;
-
Разработана методика расчета параметров процесса разрежения потока хлопка-сырца при взаимодействии с колковыми барабанами очистителей хлопка от мелкого сора, определены основные кинематические и геометрические параметры колкового органа, обеспечивающего условия захвата и удержания частицы хлопка-сырца в процессе его очистки;
-
Разработаны теоретические модели, описывающие динамическое нагружение волокнистых связей между частицами хлопка-сырца, что позволяет совершенствовать конструкции очистителей хлопка от мелкого сора;
-
Разработан комплексный показатель воздействия очистителя на хлопок-сырец, имеющей корреляцию с качественными показателями волокна и семян. Новый комплексный показатель позволяет анализировать и рекомендовать наиболее рациональные схемы технологии очистки хлопка-сырца на стадии проектирования технологических процессов и при разработке новых конструкций очистителей;
-
Разработана математическая модель, описывающая изменения структурного показателя хлопка-сырца с учетом взаимовлияющих коэффициентов определяющих состояние и характеристики перерабатываемого материала;
-
Разработаны математические модели, описывающие изменение цвета волокна и определены основные параметры, влияющие на их градацию.
На защиту выносятся:
результаты комплексного анализа базового регламентированного технологического процесса переработки хлопка-сырца, проведенные исследования по выбору режимов сушки и вариантов очистки, теоретические положения и результаты практической реализации перспективной технологии подготовки хлопка-сырца к джинированию:
-
термодинамические исследования, эмпирические зависимости теплофизических параметров хлопка-сырца, рациональные режимы и технологии сушки хлопка-сырца;
-
теоретические основы, зажгучивания хлопка внутри барабанных сушилок, математические модели процессов очистки хлопка-сырца, разрежения, зажгучивания волокон;
-
метод оценки воздействия рабочих органов очистителя на хлопок-сырец, способ оценки структурного показателя хлопка-сырца;
-
математические модели, описывающие изменение цвета волокна и основные параметры взаимовлияющие на его градацию;
-
практические варианты компоновки оборудования, операции подготовки хлопка-сырца, результаты сравнительных анализов прядильно-технологических свойств волокна новых сортов хлопка.
Практическая значимость и реализация результатов работы
В результате проведенных исследований:
разработаны температурные режимы сушки новых сортов хлопка-сырца с учетом термодинамических, теплофизических и специфических их свойств;
разработаны новые конструкции внутренних устройств для повышения эффективности работы барабанных сушилок;
созданы математические модели, описывающие изменение плотности потока хлопка в процессе его очистки и их зависимость от конструктивных параметров питателя;
созданы математические модели, описывающие степень повреждаемости семян и образования зажгученности волокна в процессах переработки хлопка-сырца;
разработана эффективная установка теплообразователя вырабатывающая чистый теплоноситель, не влияющий на цвет волокна;
разработаны практические рекомендации по режимам сушки и вариантам очистки перспективных сортов хлопка;
разработаны рекомендации по устранению образования жгутов при переработке хлопка-сырца в сушилках;
разработаны практические рекомендации по технологии очистки перспективных сортов хлопка. Установлена кратность очистки и выбрана схема технологического процесса очистки перспективных сортов хлопка-сырца, для повышения качества волокна и снижения потерь хлопковой продукции.
Полученные в работе математические модели могут использоваться для расчета и проектирования сушильных устройств, очистителей волокнистых материалов. Полученные технические решения и разработки новых устройств прошли апробацию на многих хлопкозаводах Таджикистана. Разработанная сушилка с утилизацией тепла, сушильный барабан с разделительным насадкам, электрический теплообразователь и сушилка с применением специальных криволинейных лопастей используются на АООТ «Бохам», АООТ «Умед –1», АОЗТ «Бахтиёр» и других хлопкоперерабатывающих предприятий. Метод оценки воздействия рабочих органов очистителя на хлопок-сырец, способ оценки структурного показателя хлопка-сырца используется для выбора количества и места установки очистительных машин и определения качественных показателей хлопка. Результаты исследований используются в учебном процессе ТТУ им. акад. М.С. Осими для специальностей «Технология и оборудование первичной обработки хлопка» и «Технология текстильных изделий».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на расширенном заседании кафедры механической технологии волокнистых материалов и профессорских семинарах КГТУ. Доклады по материалам работы были заслушаны на: международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования в XXI Веке », ТТУ им. академика М.С. Осими, Душанбе (2005–2008г.г.); республиканской научно-практической конференции молодых ученых ТТУ им. акад. М.С. Осими, Душанбе (2005–2009г.г.); республиканской научно-практической конференции «Инновация –эффективный фактор связи науки с производством», Министерство промышленности и энергетики РТ. Душанбе, 2008 г.; II международной научно-практической конференции «Проблемы социально-экономической устойчивости региона», Пенза, 2006 г.; международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона». ЛЁН–2008. КГТУ, Кострома, 2008 г; всероссийской научно-техническая конференции студентов и молодых ученых «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфических отраслях промышленности» (ДНИ НАУКИ – 2009), Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна, СПб, 2009 г.; межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК–2009). ИГТА, Иваново, 2009 г. и др.
Публикации. Положения диссертации отражены в 41 публикациях, в том числе 1 монографии, 11 статьях в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, 8 статьях в сборниках научных трудов, 4 патентах и 1 свидетельстве о регистрации интеллектуального продукта, 16 материалах научно-практических конференций и выставок.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций, библиографического списка включающего 244 наименования и приложений. Общий объем работы 340 страницы, содержит 89 рисунка, 84 таблицы.
