Разработка комплекса характеристик для оценки качества и долговечности текстильных полотен, используемых при отжиме масла из семян хлопка

Актуальность работы. В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года», утвержденных ХХУ1 съездом КПСС, указывается на необходимость «значительно повышать качество всех видов выпускаемой продукции, расширять и обновлять ассортимент изделий в соответствии с требованиями развития народного хозяйства и научно-технического прогресса» [l"l].

Египет является крупнейшей хлопководческой страной, занимающей шестое место в мире по производству хлопка. На этой базе в Египте построена большая сеть заводов по производству масла из семян хлопка дня пищевой промышленности. В связи со все более расширяющимся экспортом масла в другие страны ставится задача повышения его качества, которое во многом определяется качеством технологического процесса его производства и, в первую очередь, качеством фильтрации из семян.

Это в полной мере относится и к текстильным изделиям технического назначения, среди которых значительный объем занимают фильтровальные ткани. Диапазон их использования весьма широк, как например, для улавливания ценных металлов в горнорудной промышленности, при производстве масла, цемента, сажи, в воздухоочистителях санитарно-гигиенического назначения и многих других отраслях народного хозяйства. Поэтому исследования свойств фильтров в конкретных условиях эксплуатации с целью повышения их качества и надежности представляют большой практический и теоретический интерес.

Основным недостатком фильтров, используемых в маслоделии, является малый срок их службы, что резко снижает производительность труда в связи с необходимостью часто црекращать работу для их замены и приводит к повышенному перерасходу тканей. В решении проблемы повышения качества фильтровальных тканей, используемых для отжима хлопкового масла, важным является рациональное использование различных видов сырья, совершенствование структуры масляных фильтров с учетом требований, предъявляемых к тканям данного назначения. При этом улучшение качества продукции невозможно без знания их свойств и умения правильно и объективно оценивать показатели качества. Однако существующая нормативно-техническая документация (ГОСТ 4.36−73) по оценке качества фильтровальных тканей для пищевой промышленности не учитывает важнейшие показатели свойств, определяющие фильтрационную способность и долговечность тканей, их качество оценивается в основном только по разрывной нагрузке и разрывному удлинению, что не соответствует характеру работы тканей в эксплуатации и поэтому даже высокие значения разрывной нагрузки не гарантируют большого срока службы тканей и высокое качество фильтрации.

Задача заключается в том, чтобы установить минимальный комплекс показателей качества тканей для отжима и фильтрации масла, который позволял бы обеспечить надежное их использование по назначению.

Одной из важных проблем, стоящих перед пищевой промышленностью хлопководческих стран, является улучшение качества тканей, применяемых для отжима и фильтрации масла из семян хлопка. Широко распространенная нейлоновая фильтровальная ткань для производства масла не отвечает предъявляемым требованиям по показателям фильтрационной способности и выходит из строя значительно раньше срока ввиду низкой формо-, износоустойчивости и вследствие технологического закупоривания структуры. Отсутствие метода проектирования масляных фильтров по заданному размеру фильтруемых частиц, а также методов оценки их свойств в условиях лабораторного изнашивания значительно затрудняет объективную оценку качества и создание тканей с оптимальными свойствами.

В связи с этим тема работы является весьма актуальной и связана как с разработкой методов лабораторной оценки свойств масляных фильтров, так и с вопросами оптимизации и проектирования фильтровальных тканей с повышенной фильтрационной способностью и долговечностью.

Таким образом, исследование поведения тканей фильтровального назначения в эксплуатации, разработка метода оценки их качества представляют собой важную научную и практическую задачу, от решения которой следует ожидать улучшения качества масляных фильтров, их надежности и долговечности, а также социального и экономического эффекта за счет рационального использования сырья, улучшения условий труда и повышения цроизводительности.

В связи с этим целью данной работы является определение комплекса показателей свойств для оценки качества и проектирования ткани для отжима и фильтрации масла из семян хлопка с повышенной фильтрационной способностью, долговечностью и рациональным использованием сырья.

В соответствии с темой и целью в работе были поставлены и решались следующие задачи:

1. Разработка требований к тканям для масляных фильтров.

2. Выбор номенклатуры показателей свойств фильтровальных тканей.

3. Определение взаимосвязи структуры с показателями фильтрационной способности, формои износоустойчивости тканей.

4. Разработка методов лабораторной оценки свойств тканей, приближенных к условиям промышленной эксплуатации масляных фильтров.

5. Оптимизация структуры масляных фильтров для отжима масла из семян хлопка.

6. Проектирование фильтровальной ткани по заданному размеру фильтруемых частиц.

Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования, необходимые для решения поставленных задач.

В теоретических исследованиях использованы теория фильтрации жидкостей в пористых средах, теория подобия и анализа размерности, теория упругости и сопротивления материалов (безмоментная теория), а также теории надежности, математические модели строения ткани и методы приближенных вычислений.

Основные теоретические положения работы проверены экспериментально.

Экспериментальные исследования проведены на современном оборудовании с применением методов планирования эксперимента и методов математической статистики с обработкой результатов на мищю-ЭВМ типа «Casio FX-120» .

Научная новизна работы заключается в следующих теоретических и экспериментальных положениях, впервые полученных автором:

— разработаны требования к тканям, предназначенным для отжима и фильтрации масла из семян хлопка;

— установлен комплекс свойств, определяющий возможность успешной и длительной эксплуатации тканей для фильтрования хлопкового масла;

— установлены теоретические и эмпирические зависимости для прогнозирования формои износоустойчивости масляных фильтров при длительной эксплуатации;

— получены математические выражения, позволяющие теоретически предсказать релаксационные процессы, возникающие в фильтровальных тканях;

— с помощью критерия подобия проведено моделирование показателей формои износоустойчивости масляных фильтров в условиях их промышленного изнашивания;

— проведена оптимизация структуры тканей и получены номограммы зависимостей от нее показателей фильтрационной способности, формоустойчивости и материалоемкости фильтров;

— разработан сравнительный смешанный метод оценки качества фильтровальных тканей;

— получены формулы расчета диаметра пор и начального сопротивления фильтрованию;

— разработан метод проектирования тканей по заданному размеру фильтруемых частиц.

Практическая ценность работы. Разработанный метод смешанной оценки качества масляных фильтров позволяет прогнозировать их поведение при отжиме и фильтрации масла из семян хлопка в промышленных условиях без цроведения дорогостоящей опытной эксплуатации.

Полученные регрессионные модели и номограммы показателей фильтрационной способности, формоустойчивости и материалоемкости фильтров целесообразно использовать при проектировании новых высококачественных с рациональной материалоемкостью фильтровальных тканей.

Разработанный метод оптимизации тканей для масляных фильтров позволяет спроектировать более долговечную и экономичную двухслойную полиэфирную ткань для отжима и фильтрации масла из семян хлопка взамен действующей.

Разработана оптимальная структура двухслойной фильтроваль-, ной ткани из полиэфирных нитей для отжима масла из семян хлопка.

Экономический эффект от внедрения нового разработанного масляного фильтра на заводе «Маср» для маслоделия и мыловарения в Египте (г.Сандуб) составляет 152 тыс.египт.фунтов (125 тыс. руб.) в год, что подтверждено документально. В целом по заводам Египта возможен годовой экономический эффект в суше 3,05 млн. египт. фунтов (2,5 млн. рублей).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Абу-Талеб Х. А. Выбор номенклатуры показателей свойств для оценки качества масляных фильтров. — В кн.: Повышение эффективности процессов создания текстильных материалов. Межвузовский сборник научных трудов молодых преподавателей МТИ, 5 июня 1984 г.

2. Абу-Талеб Х.А., Кобляков А. И. Стойкость масляных фильтров к многодетным механическим воздействиям. — В кн.: Совершенствование методов и приборов, улучшающих оценку качества текстильных материалов. Тез. докл. XI Всесоюзн. науч.конф. по текстильному материаловедению. Москва, 25−27 сентября 1984 г.

3. Абу-Талеб Х.А., Кобляков А. И. Оптимизация структуры тканей для фильтрования хлопкового масла. Тез. докл. науч. конф. профессорско-преподават. состава, науч. сотруд. и аспирантов МТИ, 20−21 марта 1985 г.

Апробяттстя работы. Результаты исследований доложены и одобрены на:

— XI Всесоюзной научной конференции по текстильному материаловедению. М., 1984 г.;

— научной конференции црофессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского ордена Трудового Красного Знамени текстильного института им. А. Н. Косыгина. М., 1985 г.;

— научной конференции молодых ученых МГИ, 1984 г.;

— заседании кафедры текстильного материаловедения МГИ, 1984;1985 гг.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций. Работа содержит 309 страниц, изних 52 таблиц, 55 рисунков, список литературы, включающий 106 наименований, 5 приложений.

Выводы по главе.

1. Выявлена неодинаковая степень влияния на каждый входной параметр переменных факторов — линейной плотности уточной нити и плотности ткани по утку.

2. Получены уравнения регрессии для показателей фильтрационной способности, формои износоустойчивости и материалоемкости ткани в зависимости от наиболее важных переменных факторов структуры.

3. Впервые получены математические модели для критериев оптимизации структурных показателей для масляных фильтров.

4. Построенные двухмерные сечения поверхностей отклика могут быть использованы в качестве номограмм ддя определения необходимых параметров строения ткани при ее проектировании.

5. Установлено, что оптимальными являются однородные двухслойные полиэфирные ткани с линейной плотностью утка 93 текс х 5 и плотностью по утку 112 н/Ю см цри плотности по основе 114 ц/10 см и линейной плотности основы — 100 текс х 4. Эта структура ткани удовлетворяет требованиям, предъявляемым к фильтрам в производстве масла из семян хлопка, так как цри оптимальном диаметре пор этой ткани достигается необходимая чистота фильтрата, обеспечивается высокая скорость фильтрования и производительность фильтра.

6. Предлагаемый метод проектирования тканей по заданному размеру фильтруемых частиц суспензии может быть использован в других отраслях промышленности в условиях мокрой фильтрации.

7. Экономический эффект от внедрения новой оптимальной структуры фильтровальной ткани на заводе маслоделия и мыловаре ния «Маср» в Египте составил 152 тыс. египт. фунтов (125 тыс. руб.) в год. общие вывода и рекомендации.

1. Определены требования, предъявляемые к полотнам, используемым цри отжиме масла из семян хлопка.

2. Разработаны специальные методы расчета диаметра пор и начального сопротивления фильтровальных тканей.

3. Установлено, что фильтрационную способность тканей можно определять по удельной пористости, среднеэффективному диаметру пор и начальному гидравлическому сопротивлению.

4. Средне эффективный диаметр пор, рыхлость двухслойных тканей возрастают в зависимости от переплетения в следующем порядке: саржа 2/2, рогожка 2/2, саржа 1/3, сатиновое.

5. Обратимая доля в общей деформации фильтровальных тканей в режиме однократного растяжения увеличивается при снижении линейной плотности уточных нитей, плотности ткани (число нитей на 10 см) по утку и уменьшении рыхлости тканей за счет их взаимного расположения (переплетения).

6. Впервые установлено влияние структурных показателей на формоустойчивость фильтровальных тканей цри их многократном растяжении, имитирующем условия эксплуатации фильтра. Формоустойчивость тканей повышается с увеличением линейной плотности уточных нитей, числа нитей на 10 см по утку и при снижении коэффициента уплотненности.

7. Зависимость остаточной циклической деформации фильтровальных тканей от параметров испытания на пульсаторе ЦД-5М, длительности утомления (XI), амплитуды (Хл), диаметра полусферы (Хз) выражается уравнением регрессии:

F-S = 44,1088 + 0,3156 Xi + 1,6688 Xz — 0,6719 Хз + i. Z 0,6614 Хз Xl — 17,9950 Xi — 17,3260 X* — 17,3450 Хъ.

8. На основе теории подобия и анализа размерности выведено, уравнение прогнозирования остаточной циклической деформации ткани в зависимости от структуры ткани и параметров испытания на приборе ЦЦ-5М, имеющее вид. fo." = A T (t.n) .mi) .

L /оь • P.

— W) J+c.

Найдены значения коэффициентов «С «для разных переплетений: а. Лицо — саржа 1/3 2, изнанка — саржа 3/1 Z (С=0) б. «- рогожка 2/2, «- полотняное 1/1 (С = -0,18) в. «- саржа 2/2Z, «- полотняное 1/1 (С = -0,25) г. «- сатин 4/1Z, «- атлас 4/1 $ (С = +0,15).

9. На основе теории надежности определены законы распределения показателей различных свойств исследуемых фильтровальных тканей: прочность тканей при растяжении подчиняется нормальному закону распределенияизносостойкость к истиранию по сгибам — закону 1-го типавыносливость при многократном изгибе — закону 3-го типа распределение Вейбулла).

10. С помощью метода вероятностной бумаги установлена зависимость долговечности фильтровальных тканей в процессе изнашивания от их структуры.

11. Разработаны методы лабораторной оценки формоустойчивости тканей на релаксометре УР-1 и пульсаторе ЦД-5М, режим испытания которых базируется на условиях промышленной эксплуатации фильтров при отжиме масла.

Рекомендуются пятисерийные испытания при режиме серии: а) при однократном растяжении.

25 шн деформирования пробы при заданной деформации 70% от разрывного удлинения и 5 шн отдыхаб) при многократном пространственном растяжении.

150 циклов деформирования и 30 мин. отдыха.

12. Установлено, что мезду показателями накопленной остаточной деформации и остаточной циклической деформации в условиях цромыишенного и лабораторного изнашивания имеется значимая корреляционная связь.

13. Разработаны методики лабораторного изнашивания фильтровальных тканей на приборах многократного изгиба ДП-5/3 и истирания по сгибам ИТ-ЗМ-1.

14. На основе методов лабораторного изнашивания определена возможность прогнозирования срока службы масляных фильтров в эксплуатации по данным эксперимента.

15. Обоснован выбор номенклатуры свойств для оценки качества фильтровальных тканей и предложены две группы показателей — фильтрационной способности и формои износоустойчивости.

16. Установлено, что среди показателей, определяющих фильтрационную способность тканей, наибольшую весомость имеют удельная пористость, среднеэффективный диаметр пор и начальное соцротивление фильтрованию, а среди показателей формои износоустойчивости — остаточная циклическая деформация, отношение обратимых компонентов деформации к необратимой, стойкость к истиранию по сгибам и выносливость цри многократном изгибе.

17. Установлен минимальный комплекс показателей качества фильтров для отжима масла из семян хлопка, который включает три показателя: — среднеэффективный диаметр пор, начальное соцротивление фильтрованию и остаточную циклическую деформацию при многократном пространственном растяжении.

18. Установлено, что комплексные оценки по относительным показателям качества достоверно характеризуют формои износоустойчивость тканей, а также их фильтрационную способность. Однако чем лучше показатель фильтрационной способности, тем хуже показатель у о о формои износоустойчивости тканей, что, в свою очередь, вызывает необходимость оптимизации структуры и свойств фильтров.

19. Разработан метод смешанной оценки физико-механических свойств тканей для отжима масла из семян хлопка, который позволяет судить о качестве фильтров в целом с учетом их фильтрационной способности и формои износоустойчивости.

20. Получены математические модели для показателей фильтрационной способности, формо-, износоустойчивости и материалоемкости для разработанных двухслойных полиэфирных тканей в зависимости от наиболее важных переменных факторов структуры — линейной плотности уточной нити и плотности ткани по утку.

21. Построенные двухмерные сечения поверхностей отклика могут быть использованы в качестве номограмм для определения необходимых параметров строения ткани цри ее проектировании.

22. Установлено, что оптимальными для фильтров хлопкового масла являются однородные двухслойные полиэфирные ткани переплетения саржа 2/2. Оптимальными структурными показателями являются линейная плотность утка 93 текс х 5 цри плотности по утку.

112 н/10 см, линейная плотность основы 100 текс х 4 при плотности по основе — 114 н/Ю см. При оптимальном диаметре пор данной структуры ткани достигается необходимая чистота фильтрата, обеспечивается скорость фильтрования и высокая производительность фильтра.

23. Предлагаемый метод проектирования тканей по заданному размеру фильтруемых частиц суспензии может быть использован в других отраслях промышленности в условиях мокрой фильтрации.

24. Экономический эффект от внедрения новой оптимальной структуры фильтровальной ткани на заводе маслоделия и мыловарения фирмы «Маср» в Египте составил 152 тыс. египт. фунтов, что согласно валютному курсу равно 125 тыс. руб. в год.