АкадемияБлогаВалек

(Visited 1 times, 1 visits today)
Название

Глава 4. Органические растворители, применяемые для мойки

Краткое описание
Физические свойства, Углеводороды, Хлоруглеводороды, Фторхлоруглеводороды, Сжиженный диоксид углерода, Методы очистки и хранение, Рекуперация

Органические растворители, применяемые для мойки

Растворителями называют индивидуальные химические соединения или смеси, растворяющие различные вещества.

Растворители подразделяют на неорганические и органические. В химической чистке применяют органические растворители: углеводороды, хлорпроизводные и фторхлорпроизводные углеводородов, спирты, эфиры, кетоны. Кроме индивидуальных веществ в качестве растворителей применяют смеси (бензин-растворитель, скипидар, растворитель «Стоддарт», «140Ф» и

др.).

Свойства растворов определяются характером межмолекулярного взаимодействия. В растворах действуют силы Ван-дер-Ваальса как между молекулами растворителя, так и между молекулами растворителя и растворенного вещества. В некоторых системах имеют значение водородные связи. Растворенные вещества могут образовывать устойчивые комплексы с растворителем (так называемые сольваты).

 1. Физические свойства

При выборе растворителей для мойки одежды необходимо учитывать их физические свойства, безопасность для волокон, окружающей среды, токсичность, стоимость, доступность. Наиболее важное значение в производстве имеют следующие свойства растворителей: скорость испарения, поверхностное натяжение, температура кипения, воспламеняемость, концентрационные пределы взрываемости, вязкость, плотность, токсичность, растворяющая способность (табл. 23)

Растворители не должны быть агрессивными к обрабатываемым изделиям и аппаратуре, обладать минимальными токсичностью и огнеопасностью, быть доступными и дешевыми. Свойства растворителей определяют основные технологические параметры машин и процессов мойки, отжима и сушки изделий, а также процессов рекуперации, дистилляции растворителя, способа отделения воды от растворителя, конструкцию и степень герметичности машин, и специальные меры по охране труда и окружающей среды

Испарением называется процесс парообразования, происходящий на свободной поверхности жидкости. Испарение объясняется вылетом с поверхностного слоя жидкости молекул, обладающих наибольшей скоростью и кинетической энергией. Летучесть растворителей способствует более быстрому высушиванию изделий, но при этом возрастают необратимые потери растворителя. Испарение происходит при любой температуре и увеличивается при ее повышении.

Испарение смеси растворителей протекает при непрерывном изменении соотношения компонентов в жидкости и в парах: по мере испарения жидкость обогащается менее летучим компонентом.

Скорость испарения определяют с помощью секундомера путем сравнения скорости испарения капли растворителя, нанесенной на фильтровальную бумагу, со скоростью испарения капли диэтилового эфира, принятой за 1. Так, скорость испарения, равная 1,8, означает, что данный растворитель испаряется в 1,8 раза медленнее, чем диэтиловый эфир.

Скорость испарения некоторых растворителей:

Углеводороды с одинаковой молекулярной массой, но принадлежащие к разным гомологическим рядам, обладают различной относительной летучестью. По этому признаку растворители можно расположить в следующий убывающий ряд: парафины, нафтены, ароматические. Молекулярные объемы этих углеводородов различаются.

Испарение растворителей происходит во время перекачивания их из одной емкости в другую, при открывании загрузочного люка машины, через воздушную линию, ловушку и т.д., а также при сушке изделий после мойки. Чем больше скорость испарения, тем меньше продолжительность сушки одежды, тем больше потери растворителя.

Температура кипения - это температура, при которой испарение жидкости

происходит по всему объему; при кипении давление насыщенного пара жидкости равно внешнему давлению. Температура кипения жидкостей возрастает с увеличением атмосферного давления и уменьшается при его уменьшении. Температура кипения смеси растворителей одного гомологического ряда находится между температурами кипения чистых растворителей и зависит от их соотношения в смеси. Такая смесь путем многократной перегонки разделяется на отдельные компоненты.

Если она состоит из большого числа компонентов, имеющих близкие температуры кипения, ее разгоняют на фракции, имеющие узкие пределы температуры кипения (рис. 25).

Рис. 25. Влияние состава смеси на температуру кипения:
1 - смесь растворителей одного гомологического ряда; 2,3 - смеси растворителей разных гомологических рядов

Если смесь состоит из растворителей, относящихся к разным гомологическим рядам (спирт, трихлорэтилен), ее температура кипения может быть либо выше температуры кипения самого высококипящего, либо ниже температуры кипения самого низкокипящего растворителя. При перегонке таких смесей получают две фракции, одна из которых является азеотропной смесью, другая - растворителем, находящимся в избытке. Примером азеотропной смеси служит смесь бензола (74,1 %), этилового спирта (18,5 %) и воды (7,4 %), кипящая при температуре 64,9 °C.

Воспламеняемость характеризуется температурами вспышки и самовоспламенения.

Температура вспышки - минимальная температура, при которой пары растворителя мгновенно вспыхивают от открытого пламени. Температура вспышки может служить мерой опасности растворителя. Для ее определения растворитель помещают в закрытый тигель специального прибора типа ПВНЭ [29] и нагревают до тех пор, пока в воздухе в тигле не накопится достаточно паров, способных вспыхнуть от открытого пламени. Устанавливают минимальную температуру.

Температурой самовоспламенения называется температура растворителя, при которой его пары воспламеняются на воздухе без контакта с открытым пламенем.

Температура самовоспламенения некоторых растворителей, °C:

Пары растворителей в смеси с воздухом образуют взрывчатые смеси, взрывающиеся и воспламеняющиеся от искры, открытого пламени или раскаленных предметов. Такие смеси характеризуются высшей и низшей границами взрывоопасности, выше и ниже которых смесь не взрывается. Границы взрывоопасности зависят от температуры, давления, влажности, объема и других условий.

Для создания безопасных условий труда при использовании горючих растворителей концентрацию их паров в производственных помещениях, оборудовании и трубопроводах следует поддерживать на более низком уровне, чем нижний предел взрываемости. Для этой же цели в пространство с парами растворителей вводят паропроводы с автоматической подачей острого пара при повышении температуры и т.д.

Поверхностным натяжением называют свободную энергию единицы поверхности. Оно зависит от свойства жидкости, граничащей с ней среды и температуры. Для углеводородных растворителей поверхностное натяжение увеличивается в ряду: парафиновые-нафте- новые-ароматические углеводороды. Поверхностное натяжение о-10-5 Н/см, некоторых растворителей

при температуре 20 °C:

Поверхностное натяжение, как и натяжение на границе вода - ор­ганический растворитель (пограничное натяжение), играет большую роль в процессах мойки изделий. Пограничное натяжение воды на границе составляет: с бензином 48-10-5 Н/см, с керосином 48,3-10-5 Н/см, с хлопковым маслом 20,8-1 О*5 Н/см.

Диэлектрическая проницаемость тетрахлорэтилена при темпера­туре 7,5 °C составляет 2,36, трихлорэтилена при температуре 20 °C - 3,409. Диэлектрическая проницаемость зависит от поляризуемости молекул, их числа в 1 см3, температуры. Она оказывает влияние на процессы мойки одежды, способствуя накоплению или рассеиванию зарядов статического электричества. Дипольный момент трихлорэ­тилена составляет 0,94, тетрахлорэтилена - 0. Для углеводородных растворителей от 1,8 до 2,5. Электростатические заряды (статиче­ское электричество) могут накапливаться в нефтяных растворителях и при разрядке вызывать искру, что приводит к взрывам и пожарам. Простым способом снижения пожаро- и взрывоопасности является добавление в растворитель специальных присадок (нафтената ко­бальта и хрома, додецилбензолсульфоната хрома, хромовых солей синтетических жирных кислот (Ci7-C2o)- Присадки увеличивают элек­тропроводимость растворителя и тем самым снижают опасность.

Электропроводимость нефтепродуктов зависит от содержания в них влаги, других примесей и от температуры. Чистые и сухие рас­творители обладают низкой электропроводимостью (удельное сопро­тивление р = 2-1012 - 0,3-1020 Ом-м), то есть относятся к диэлектри­кам. С повышением температуры электропроводимость растет.

Вязкость растворителей имеет значение при перекачивании их, в процессах мойки и отжима. На величину вязкости оказывает влияние температура. При температуре 20 °C динамическая вязкость трихлорэ­тилена составляет 5,8КГ4 Па с, тетрахлорэтилена - 8,8-10-4 Па-с.

Вязкость углеводородов повышается с увеличением их молеку­лярной массы.

Величина, обратная динамической вязкости, называется текуче­стью. Кинематической вязкостью называют отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

Относительной вязкостью называется отношение динамической вязкости жидкости к вязкости воды при той же температуре.

Токсичность органических растворителей состоит в раздражаю­щем и удушающем действии на организм человека. Многие раство­рители способны влиять на репродуктивную деятельность, вызывают аллергию, обладают физиологической активностью, способны накап­ливаться в организме (бензол, метиловый спирт, сероуглерод, тетра­хлорэтилен). В производственных цехах концентрация паров раство­рителей не должна быть выше установленных норм. Это достигается применением герметичной аппаратуры, вентиляционных систем.

Плотность учитывают при проектировании машин, а также емко­стей для хранения, при дозировках.

Растворяющая способность растворителей, относящихся к одно­му гомологическому ряду, зависит от их молекулярной массы: чем она ниже, тем выше растворяющая способность. При мойке изделий разница в растворяющей способности имеет особое значение, от этого зависит качество очистки и сохранность волокнистого ма­териала.

Растворяющую способность характеризуют анилиновой, каури-бутанольной точками и параметром растворимости [30].

Анилиновой точкой называют температуру, при которой появляет­ся помутнение смеси равных объемов анилина и растворителя при медленном охлаждении смеси.

Каури-бутанольной точкой называют количество растворителя, не­обходимое на титрование 20 г 33%-ного раствора смолы каури в бу­таноле до такого момента помутнения, при котором через смесь ста­новится невозможно прочесть печатный текст.

Значения каури-бутанольной точки растворителей:

Параметр растворимости равен корню квадратному из плотности энергии межмолекулярного взаимодействия. Его легко определить, зная теплоту испарения и молярный объем молекулы растворителя.

Зная параметры растворимости, можно предсказать совмести­мость растворителей, возможность растворения в них загрязнений, набухания и растворения полимерных материалов.

Значения параметров растворимости растворителей ст, (Дж/см2)%

При взаимодействии волокон с растворителями происходит разрыв связей между макромолекулами полимера и образование связей полимер - растворитель. Это вызывает изменение термоди­намических параметров системы, которые условно разделяют на эн­тальпийное набухание и растворение (характерно для полярных по­лимеров и полярных растворителей) и на энтропийное набухание и растворение (свойственно волокнам из неполярных полимеров в не­полярных растворителях). При этом набухание сопровождается теп­ловыми эффектами, Дж/г:

В процессе набухания и растворения полимеров объем системы становится меньше, чем объем исходных компонентов, что обуслов­лено прониканием малых молекул растворителя в аморфные участки волокна, а также ориентацией их при взаимодействии с волокном.

По представлениям некоторых исследователей растворяющая способность растворителей в отношении жиров связывается с ди­электрической проницаемостью. С учетом этого растворители можно расположить в следующий убывающий ряд: гексан → гептан → уайт- спирит → тетрахлорэтилен → изопропиловый спирт → диметил­формамид -> вода. Однако практика показала, что растворяющая способность трихлорэтилена больше, чем тетрахлорэтилена, поэто­му более точной характеристикой надо считать значение каури- бутанольной точки растворителя. Согласно этому показателю рас­творители можно расположить в следующий убывающий ряд: три­хлорэтилен → монофтортрихлорметан → бензин-растворитель → растворитель 140 Ф -> растворитель 360 → трифтортрихлорэтан → н-Пентан. Подобный ряд получается и по параметру растворимости: ПХЭ —> бензин-растворитель → н-Пентан.

Меньшая агрессивность растворителей по отношению к шерстя­ному волокну наблюдается после обработки в и-Пентане.

2. Углеводороды

Углеводороды получаются путем переработки нефти, являющейся смесью углеводородов парафинового (П), нафтенового (Н), аромати­ческого (А) ряда и кислородных соединений углеводородов. В процессе переработки нефть разделяется путем перегонки до темпера­туры 300-320 °C на составные части: бензин, лигроин, керосин, га­зойль, мазут. Название нефтяного растворителя содержит сокращение «нефрас», температурные пределы перегонки (например, 180/210), обозначение группы (буквы П, И,Н, А, С) и подгруппы (цифры 1-5).

Бензины по плотности и фракционному составу делятся по сортам и назначению: перегоняющиеся в интервале температур 35-180 °C (применяются в качестве моторных топлив), перегоняющиеся при температуре 80-120 °C (применяются в качестве растворителей).

Для химической чистки одежды применяют тяжелый бензин (СНГ, Англия), растворители «Стоддарт» и 140Ф (США), KWL (Италия), тест- бензин (Германия). Об использовании нефтяных растворителей для чистки одежды можно судить по данным, приведенным в табл. 24.

В СНГ для химической чистки одежды используют около 5% неф­тяного растворителя, выпускаемого под названием бензин- растворитель (уайт-спирит).

Преимущества нефтяных растворителей заключаются в доступности исходного сырья, меньшей по сравнению с хлоруглеводородами токсичности, меньшей способности растворять природный жир шер­стяного волокна и разрушать волокнистые материалы. Эти раствори­тели сравнительно быстро разрушаются в атмосфере, не накап­ливаются в окружающей среде.

Тяжелый бензин пригоден для обработки более широкого ассор­тимента одежды, чем перхлорэтилен, так как он не разрушает ряд волокон (хлорин, ацетохлорин), не десорбирует красители с ацетатных волокон, не разрушает фурнитуру, в меньшей степени вымывает жиры и пластификаторы из натуральной и искусственной кож, об­работанная в нем одежда носится на 10-15 % дольше, чем обрабо­танная в перхлорэтилене.

Существенный недостаток нефтяных растворителей - пожаро- и взрывоопасность. В ЦНИИбыте проведена работа по созданию тяже­лого бензина с температурой вспышки паров не ниже 61 °C. При ис­пользовании такого растворителя возможен перевод предприятий химической чистки в категорию взрывобезопасных.

В табл. 25 приведены технические требования к бензину-раство­рителю (уайт-спириту) и тяжелому бензину (нефрасу С180/210).

Пределы взрываемости бензина - нижний 1,4, верхний 6 %. При содержании паров или газов в воздухе меньше нижнего или больше верхнего пределов взрыв не произойдет: в первом случае - из-за не­достаточного количества паров или газов, во втором - из-за недоста­точного количества воздуха, необходимого для горения.

Перед дистилляцией нефть обессоливают: промывают небольшим количеством воды с добавкой деэмульгатора, нагревают до темпера­туры 100-140 °C и подают в электродегидраторы, где в электриче­ском поле высокого напряжения (1,5-3 кВ/см) эмульсия разрушается, вода с растворенными в ней солями отстаивается и удаляется. За­тем нефть перегоняют.

Для получения бензина-растворителя фракция нефти с темпера­турой перегонки 165-210 °C подвергается очистке с целью освобождения от сернистых, азотистых, кислородных, смолистых веществ, сообщающих ей неприятный запах и темную окраску.

Химизм происходящих процессов могут выразить следующие схемы:

RCOOH + NaOH → RCOONa + Н2О;

H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2O;

ROH + NaOH → RONa + H2O;

RSH + NaOH → RSNa + H2O.

Простейший способ очистки нефти - обработка 10-30%-ным рас­твором гидроксида натрия или карбоната натрия при температуре 20-90 °C, при которой удаляются нафтеновые кислоты, фенолы, се­роводород и меркаптаны.

Более совершенна очистка серной кислотой (92%-ной) при темпе­ратуре 0-30 °C (расход кислоты 1-8 %). При этом из бензина- растворителя удаляются сернистые, азотистые, смолистые вещест­ва, непредельные соединения

При обработке кислотой все примеси переходят в нижний слой, ко­торый отделяют, растворитель промывают водой и нейтрализуют раствором щелочи.

Если очищенный растворитель сохраняет посторонний запах, про­водят обработку плюмбитом натрия (6% свинцового глета, 10% гид­роксида натрия и 84% воды). При этом меркаптаны переходят в ней­тральные дисульфиды, не обладающие запахом и не действующие на металлы. Процесс плюмбитной очистки протекает по схеме

2RHS + S + Na2PbO2 → R2S2 + PbS + 2NaOH.

По данным Рейнольдса, в бензине-растворителе содержится 60 % парафиновых, 22 % нафтеновых и 18 % ароматических углеводоро­дов [30].

Бензин-растворитель, как и любой продукт, полученный из нефти, можно разделить на следующие более узкие фракции:

Важны и такие физические свойства нефтяных растворителей, как скорость испарения, температура вспышки, температурные пределы кипения и пределы взрываемости.

Существует две гипотезы природы процесса испарения жидкости. Гарднер и др. полагают, что испарение - процесс диффузионный. Беннет и др. считают, что испарение следует трактовать как кинети­ческое явление. Следует отметить, что значимость кинетических и диффузионных факторов может меняться в зависимости от методики эксперимента. В СНГ принята методика определения скорости улету­чивания нефтяных растворителей по ксилолу. Она представляет со­бой отношение времени испарения капли исследуемого растворите­ля ко времени испарения капли ксилола, помещенной на фильтро­вальную бумагу [31].

Научный и практический интерес к летучести растворителей свя­зан с тем, что она обусловливает продолжительность процессов сушки одежды (табл. 26), потери растворителя, концентрацию паров в воздушном пространстве внутри машины химической чистки и в помещении цеха мойки. Как видно что процессы сушки одежды легко­го и среднего ассортимента, обработанной в тяжелом бензине, про­текают при температуре 45 °C с одинаковыми скоростями, тяжелого ассортимента - несколько медленнее. При повышении температуры сушки до 55 °C легкий ассортимент одежды может быть высушен за 15, средний - за 30 и тяжелый - за 50 мин.

Учитывая, что при сушке сначала удаляются более летучие фрак­ции (т, е. та часть растворителя, которая имеет температуру вспышки ниже), процесс сушки целесообразно для ускорения проводить в три стадии: 1-я при температуре 55°С продолжительностью 5-7 мин; 2-я при 65 °C 5-6 мин; 3-я при 70 °C.

В США в качестве нефтяных растворителей сначала применяли газойль, но частые взрывы и пожары, запах обработанной в нем одежды заставили отказаться от него [33].

Инициатором создания следующего нефтяного растворителя был Стоддарт, по имени которого и был в 1928 году назван растворитель. Стоддарт разработал основные требования к этому растворителю.

Одним из основных требований была температура воспламенения, равная 37,8 °C. Такой растворитель был менее опасным, чем га­зойль, обеспечивал приемлемую скорость сушки одежды после мой­ки и не добавлял ей запаха.

Со временем и этот растворитель был заменен еще более безо­пасным- растворителем 140Ф. В названии этого растворителя отра­жено его главное свойство - температура воспламенения 140° по Фаренгейту, это составляет 58,9 °C.

Следует отметить, что добавки усилителей могут значительно сни­зить температуру воспламенения, если в их составе имеются спирты или другие легко воспламеняющиеся вещества.

В состав растворителя 140Ф [33] входит более узкая фракция тя­желого бензина, выкипающая в пределах от 181 до 212 °C. Не менее 50 % растворителя должно перегоняться при температуре ниже 195 °C и не менее 90 % при 207 °C.

Для работы с растворителем 140Ф пользуются специальным обо­рудованием с предохранительными устройствами. Если такое обору­дование имеют предприятия, то работа с растворителем 140Ф раз­решается в то время как применение растворителя Стоддарт запре­щено. Растворитель 140Ф дороже, чем растворитель Стоддарт, так как выделение более узкой фракции нефти требует больших затрат.

В настоящее время появился растворитель КВЛ. Его состав запа­тентован, поэтому в открытой печати о нем почти нет никакой ин­формации. Судя по температуре воспламенения (57,7 °C), этот рас­творитель - аналог растворителю 140Ф. Близким к ним отече­ственным растворителем нефтяного происхождения является «Нефрас С180-210», разработанный сотрудниками ЦНИИбыта.

Стремление обезопасить окружающую среду от выброса вредных веществ заставляет ученых работать над созданием новых безопас­ных растворителей. Так, из новых растворителей в течение ряда лет в США применяют Райнекс. Он легко разрушается в атмосфере. Обла­дает высоким моющим действием, но, в отличие от K.WL, легко сме­шивается с водой и может быть использован для чистки спецодежды. Этот растворитель горюч, но химически это совсем другое вещество, чем KWL. Райнекс -это алифатический эфир этиленгликоля [34].

Другим горючим растворителем является окисленный кремний GREENEARTH. На этом растворителе работают несколько машин и технология его применения находится в стадии разработки и уточне­ния. Этот растворитель имеет плотность, близкую к воде и поэтому вопросы водоотделения еще требуют уточнения. В остальном он по­хож на KWL-растворители и может быть использован в таких же ма­шинах.

3. Хлоруглеводороды

Хлоруглеводороды, применяемые в процессах мойки одежды и удаления пятен, - это четыреххлористый углерод, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен и трихлорэтан.

Основное достоинство хлоруглеводородов - невоспламеняемость и негорючесть. Эти растворители легко удаляют жировые и масля­ные загрязнения.

Хлоруглеводороды характеризуются более низкими температура­ми кипения, чем бензин-растворитель, поэтому сушка одежды после мойки в них протекает значительно быстрее.

Дистилляция хлоруглеводородов происходит при атмосферном давлении, бензина-растворителя - при разрежении.

Быстрая испаряемость хлоруглеводородов обусловливает значи­тельные потери их в производстве, поэтому (а также из-за большой токсичности) они применяются в машинах с герметическими устрой­ствами и адсорберами, улавливающими их пары.

Хлоруглеводороды примерно в 1,5 раза тяжелее воды, процессы разделения смеси этих жидкостей происходят в водоотделителях,

Наиболее существенными недостатками хлоруглеводородов яв­ляются высокая (в 30 раз больше, чем бензина-растворителя) ток­сичность, высокая стоимость, способность вызывать коррозию обо­рудования и разрушать озоновый слой Земли.

Четыреххлористый углерод (хладон-10) начали получать в про­мышленном масштабе с 1910 г. Для его получения через сероугле­род пропускают хлор. Реакции: проводят при температуре 60 °C в присутствии металлической сурьмы:

После проведения реакции четыреххлористый углерод отгоняют и очищают,

Четыреххлористый углерод почти не применяют для мойки одеж­ды, так как он в присутствии воды способен гидролизоваться с выде­лением соляной кислоты, вызывающей коррозию оборудования. Тем­пература замерзания - 22,99 °C, поэтому во время хранения зимой он может закристаллизоваться. Четыреххлористый углерод токсичнее других хлоруглеводородов. Мировое производство 1000 тыс. т в год.

Трихлорэтилен получают путем хлорирования ацетилена в жидкой фазе, в среде тетрахлорэтана с применением катализатора - хлори­стой сурьмы.

Непосредственное смешение ацетилена с хлором сопровождается взрывом с образованием углерода и хлористого водорода:

Рис. 26. Схема получения трихлорэтилена:
1 - смесители; 2, 5- колонна; 3 - ректификационная колонна; 4 - водоотделитель

Хлор и ацетилен вводят в смесители 1 (рис. 26), заполненные тетрахлорэтаном и охлаждаемые снаружи. Затем тетрахлорэтан посту­пает в колонну 2, отгоняется от катализатора и идет в ректификаци­онную колонну 5 для дегидрохлорирования. Сверху колонны 3 пода­ют 10%-ный раствор гидроксида кальция, снизу - пар. Трихлорэтилен и вода поступают в водоотделитель 4, из которого азеотропная смесь (93 % трихлорэтилена и 7 % воды) поступает в колонну 5, где при температуре 77 °C трихлорэтилен отгоняется:

Трихлорэтилен - бесцветная жидкость. Теплоемкость его при по­стоянном давлении и температуре 20 °C 12263 Дж/(моль °C). Темпе­ратура замерзания - 86,4 °C. Дипольный момент 0,94.

Трихлорэтилен образует с рядом спиртов азеотропные смеси. Так, смесь трихлорэтилена (64 %) с метиловым спиртом (36%) кипит при температуре 60,2 °C, трихлорэтилена с водой - 73,6 °C.

В присутствии воды трихлорэтилен гидролизуется с выделением соляной кислоты. Процесс протекает по схеме

Несмотря на то что гидролиз протекает медленно, учитывать его нужно, так как накопление кислоты вызывает коррозию аппаратуры, появление пятен на одежде.

Для предотвращения гидролиза в трихлорэтилен вводят стабили­заторы (триэтиламин, бутилмеркаптан), но в процессе дистилляции они отделяются. Для нейтрализации кислоты, в трихлорэтилен вво­дят соду, мел, нельзя вводить гидроксид натрия, так как образуется взрывоопасный продукт - дихлорацетилен:

CHCl = ССl2 + NaOH → CCI = CCI + NaCI + H2O.

Нельзя допускать контакта трихлорэтилена с порошкообразным алюминием, так как образуется взрывоопасная смесь.

При дистилляции трихлорэтилена в него добавляют 1 % поварен­ной соли для предупреждения вспенивания. При температуре свыше 30 °C трихлорэтилен образует с водой эмульсию, при недостаточ­ном охлаждении дистиллированного растворителя может произойти или его утечка в канализацию, или проникновение воды вместе с растворителем в бак машины, что вызовет при работе с влажным трихлорэтиленом усадку изделий и другие дефекты. Растворитель при выходе из холодильника должен быть охлажден до температу­ры 20-25 °C.

На солнечном свету или при нагревании до температуры свыше 100 °C происходит выделение фосгена или образование хлорангидрида дихлоруксусной кислоты по схеме

Образование фосгена возможно при проведении работ по электро­сварке, внесении раскаленных предметов в цех, курении в помещении.

Высокая растворяющая способность трихлорэтилена является при­чиной удаления шерстяного жира, покрывающего волокна, поэтому после обработки они становятся жесткими и хрупкими. Кожевая ткань натурального меха также теряет много жира и становится ломкой.

Трихлорэтилен растворяет полимеры, на основе которых выраба­тывают пуговицы, пряжки и другую фурнитуру для одежды. Он рас­творяет также поливинилбутиралевую пленку, которой скрепляют детали одежды. Растворяясь, пленка проникает на лицевую сторону ткани и портит не только ее, но и другую одежду.

Большинство природных и химических волокон удовлетворительно переносят обработку в трихлорэтилене. Исключением являются во­локна хлорин, растворяющиеся в нем, и ацетатные, окраска которых дисперсными красителями неустойчива и десорбирует в него. Мойка изделий из ацетатного волокна должна быть не более 5 мин, темпе­ратура сушки - не более 20 °C.

В настоящее время трихлорэтилен почти не используют для мойки одежды, за исключением регионов с суровым климатом, в которых применение других растворителей опасно из-за их замерзания при температуре ниже -22 °C. Продолжительное воздействие паров три­хлорэтилена на человека приводит к расстройству нервной систе мы, функций печени, попадание внутрь организма - к отравлению. При отравлении появляются тошнота, головокружение, головная боль и т.д. Продолжительный контакт с кожей вызывает образование вол­дырей, экземы, потерю чувствительности,

Тетрахлорэтилен[1] (перхлорэтилен) получил наибольшее распро­странение в качестве растворителя, применяемого для мойки одежды.

Тетрахлорэтилен получают путем хлорировани трихлорэтилена до пентахлорэтана:

CHCI = ССl2 + Сl2 → СНСl2 - ССl3.

Пентахлорэтан взаимодействует с гидроксидом кальция с образо­ванием тетрахлорэтилена по схеме:

2СНСl2 - ССl3 + Са(ОН)2 → 2ССl2 = ССl2 + СаСl2 +2Н2О

Тетрахлорэтилен можно получить из ацетилена по схеме

Тетрахлорэтилен обладает большей устойчивостью к процессам гидролиза и окисления, чем трихлорэтилен. Под влиянием высокой температуры происходит окисление тетрахлорэтилена с образовани­ем фосгена и трихлоруксусной кислоты:

Поэтому в помещении нельзя проводить электросварку, пользо­ваться горелками, курить, вносить раскаленные предметы.

Плотность тетрахлорэтилена составляет 1625 кг/м3, при увеличе­нии температуры она снижается (рис. 27), давление паров и содер­жание их в воздухе увеличиваются (рис. 28,29).

[1] Мировое производство 1050 тыс. т/год [27].

Рис. 27. Влияние температуры на плотность тетрахлорэтилена

Рис. 28. Влияние температуры на давление паров тетрахлорэтилена

Рис. 29. Влияние температуры на содержание паров тетрахлорэтилена в воздухе

Теплота испарения тетрахлорэтилена при повышении температу­ры [35] понижается, удельная теплоемкость возрастает (рис. 31).

Рис. 30. Зависимость теплоты испарения тетрахлорэтилена от температуры

Рис. 31. Зависимость удельной теплоемкости тетрахлорэтилена от температуры

Повышение температуры способствует увеличению взаимной рас­творимости воды в тетрахлорэтилене (рис. 32) и тетрахлорэтилена в воде (рис. 33).

Рис. 32. Влияние температуры на растворимость воды

Рис. 33. Влияние температуры на растворимость тетрахлорэтилена в воде

Молярная теплоемкость тетрахлорэтилена при постоянном дав­лении и температуре 20°C составляет 149,8 Дж/(моль-°С), вязкость при температуре 30°C равна 7,98-10”4 Па с, температура замерзания-22°C.

Тетрахлорэтилен легко смешивается с бензином, бензолом, дру­гими хлоруглеводородами, спиртами. С некоторыми растворителями тетрахлорэтилен образует смеси, имеющие постоянные температуры кипения (табл. 27).

Показатель преломления тетрахлорэтилена составляет 1,5058.

В присутствии воды и воздуха тетрахлорэтилен достаточно стаби­лен при температурах до 160 °C, в отсутствие воздуха, воды и ката­лизатора - до 500 °C. Под воздействием воздуха и ультрафиолето­вого излучения тетрахлорэтилен окисляется, поэтому его стабили­зируют путем добавления небольшого количества азотсодержащих органических оснований типа пиррола, имидазола, фенольных со­единений, нитропарафинов и др. Дестабилизированный тетрахло­рэтилен приобретает неприятный запах, способен к дальнейшему окислению.

Перхлорэтилен стабилизированный выпускает Прима Леке. Бес­цветная жидкость с эфироподобным запахом. Плотность при 20 °C 1624 кг/м3. Растворимость в воде 150 мг/л при 20 °C. Перхлорэтилен относится к веществам умеренно опасным.

Добавление стабилизаторов, содержащих акцепторы кислот, комплексообразователи защищают перхлорэтилен от вредного влияния металлов и их солей (они катализируют процесс разложения ПХЭ).

Тетрахлорэтилен позволяет ввести в процессе мойки усилители чистки, воду без опасения, что они вызовут разложение и коррозию оборудования.

Тетрахлорэтилен в отличие от трихлорэтилена не растворяет ес­тественный жир шерстяного волокна, поэтому обработанная в нем одежда сохраняет мягкость, эластичность.

Тетрахлорэтилен не обладает такой сильной летучестью, как три­хлорэтилен, поэтому продолжительность сушки одежды после обра­ботки в нем больше, чем после трихлорэтилена (при одинаковых ус­ловиях).

Так как мировое производство тетрахлорэтилена велико (1050 тыс. т в год), интересны данные экологического характера. Содержание тетрахлорэтилена в маргарине составляет до 13-10"6 г/кг, в биологи­ческих объектах - до 29,2-10-6 г/кг. Превращения тетрахлорэтилена в атмосфере происходит очень медленно. Под влиянием ультрафиолетового излучения возможно протекание реакций

Медленное разложение тетрахлорэтилена приводит к его накопле­нию в атмосфере и загрязнению окружающей среды.

Исследования дождевой, поверхностной, питьевой, морской вод, морских осадков показали, что хлоруглеводороды присутствуют везде. Их содержание в окружающем пространстве составляет 1 : 109 (мае. ч). В гидросфере распад протекает очень медленно. Так, время поло­винного распада составляет около 6 лет.

Тетрахлорэтилен при воздействии на организм человека вызывает расстройства функций печени, почек, кроветворных органов и нерв­ной системы. При острых отравлениях наблюдаются раздражение глаз, носоглотки, дыхательных путей, головокружение, слабость. В наиболее тяжелых случаях происходит потеря сознания, нарушение координации движений, возможен смертельный исход. При длитель­ной работе с тетрахлорэтиленом возможны хронические заболева­ния: нарушения в работе желудочно-кишечного тракта, расстройство нервной системы, потеря обоняния и более тяжелые случаи. Поэто­му соблюдение правил охраны труда чрезвычайно важно, необходим регулярный контроль воздушной среды помещения. Так как пары тетрахлорэтилена тяжелые, вытяжные устройства необходимо рас­полагать в нижних частях помещения.

Весь персонал предприятий, работающий с тетрахлорэтиленом, необходимо подвергать регулярному медицинскому обследованию [36]. В последние годы появились сообщения о канцерогенности перхлорэтилена. Исследование канцерогенности перхлорэтилена не подтвердило его связи с раковыми заболеваниями человека. Этот растворитель классифицирован как «потенциально канцерогенное». ПДК в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3, в воздухе населенных пунктов 0,06 мг/м3.

Не рекомендуется работать с тетрахлорэтиленом людям с нару­шенной нервной системой, хроническими заболеваниями печени, склонным к кожным экземам, расстройствам желудка и брюшной по­лости. Применение ПХЭ ограничивается.

4. Фторхлоруглеводороды

Для обработки одежды из меха, кожи и синтетических волокон при­меняют фреон-11, монофтортрихлорметан (зарубежные названия ле- дон-11, фриген-11, F-11) и фреон-113 - 1,1,2-трихлор-1,2,2-трифторэтан (зарубежные названия арклон, валклен, F-113). Фреоны получают взаи­модействием хпоруглеводородов с безводным фтористым водородом в присутствии катализатора - трехфтористой сурьмы по схеме:

Выход фреона-113 составляет 85%.

Растворяющая и очищающая способность у фреона-113 близка к бензину-растворителю, у фреона-11 - несколько выше.

На большинство полимеров фреоны не оказывают разрушающего воздействия. Исключение составляет полистирол, растворимый во фреоне-11; полиэтилен и поливинилхлорид набухают во фреонах. Фреоны не изменяют свойств меха и тканей, они имеют высокую моющую способность, пригодны для обработки «деликатных» изде­лий из синтетических волокон, кожи, замши, меха.

Растворяющая способность фреонов (по каурибутанольному числу составляет 31 (для сравнения у ПХЭ 90, у уайтспирита 38). Фреоны не вымывают природные жиры, поэтому обработанные изделия со­храняют мягкость, волокна практически не разрушаются. Это почти идеальные растворители, не коррозируют сталь, цинк, алюминий и медь. При контакте с открытым пламенем выделяются ядовитые ве­щества.

Длительное время фреоны считали практически безвредными рас­творителями, но в последнее время выявлены механизмы физиоло­гического действия фтористых соединений, попадающих в организм животного. Так, была установлена гибель животных при нахождении в течение 120 мин в воздушной среде, содержащей 36 мг/дм3 трифторхлорэтилена или 104 мг/дм3 тетрафторэтилена.

Фтористые соединения превращаются в токсичные вещества по схеме:

В организме неядовитое вещество - фторуксусная кислота - мо­жет превращаться в отравляющую организм фторлимонную кислоту

Таким образом, фтористые соединения обладают политропным действием, влияя на сердечно-сосудистую систему, дыхательные пути, центральную нервную систему, нарушая углеводный обмен.

В начале фреоны были разработаны как хладагенты, их применяли для изготовления аэрозолей, растворителей и других нужд (табл. 28).

Фреоны производят в большом количестве. Так, в США производят свыше 100 тыс. т F-11 (CCI3F) и свыше 102 тыс. т F-12 (CCI2F2). В дру­гих странах производство F-11 nF-12 составляет свыше 208 тыс. т.

Большие количества фреонов поступают непосредственно в тропосферу. В результате атмосферных диффузионных процессов фре­оны могут поступать в стратосферу, где под влиянием ультрафиоле­тового излучения от фреонов отщепляется атом хлора, катализи­рующий разрушение озона. Процесс выражают реакции

При взаимодействии атома хлора с озоном образуется оксид хло­ра и молекулярный кислород. Оксид хлора с атомарным кислородом генерирует активный атом хлора, при этом развивается циклический каталитический процесс, при котором один атом хлора может разру­шить большое число молекул озона. Время и скорость удаления фреонов по всем известным в настоящее время механизмам приве­дены в табл. 29.

Время удаления фреонов из океанов, обусловленное гидролизом или микробиологическим разрушением, уже после перехода через поверхность раздела газ - жидкость для F-11 составляет 70, а для F-12 - 200 лет. Кроме фотохимической деструкции в стратосфере, до сих пор не обнаружено ни одного важного процесса разрушения фреонов. Все фреоны, попадающие в тропосферу, устойчивы в ней и медленно диффундируют в стратосферу. Средние концентрации F-11 и F-12 в северном полушарии составляют соответственно 123 и 208-10-10%.

В 1978 г было сообщение о появлении дыр в озонном слое Земли. Важность этого слоя состоит в том, что он защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Появление дыр связывают с использованием фреонов. Фреоны стали запрещать, и в 2000 г к запрету присоединилась и Россия, продлив использование их в химической чистке одежды до 2006 г. Многие экологи не под­держивают гипотезу о влиянии фреонов на озонный слой. Попытки создания озонобезопасных фреонов привели к синтезу и производст­ву в Волгограде (на ОАО Химпром) фреона 122. Пока этот раствори­тель изучается и ряд его свойств описан в литературе [32. Авторы считают, что фреон 122а имеет перспективу. Пока он дороговат, не разработана технология его применения для мойки одежды и веро­ятно по этой причине не востребован.

5. Сжиженный диоксид углерода

Отсутствие идеального растворителя побуждает к поиску новых, перспективных, безопасных для человека и окружающей среды рас­творителей для обработки одежды.

Жидкий диоксид (СО2) как и технология его применения предложе­ны и запатентованы американским исследователем доктором Сидней Ч. Чао [37. Процесс осуществляется в аппаратуре, работающей под давлением 70 атм. Одежду помещают в неподвижный бак, помещен­ный в барабан, в котором струями жидкого СО2 создается мощный поток, увлекающий одежду и перемешивающий ее. Под влиянием этого загрязнения всех типов отделяются и уносятся в фильтр.

В зоне очистки изделия под влиянием мощных струй растягивают­ся, перемещаются. Когда при снижении давления струй в соплах из­делия выпадают из зоны очистки, то они сжимаются. Это и вызывает отделение пигментных загрязнений. Продолжительность мойки оде­жды значительно меньше, чем по традиционным способам, поэтому сохранность изделий выше. По окончании мойки одежда высушива­ется. Степень посерения в разработанном процессе значительно меньше, так как загрязнения быстрее выносятся из моющей ванны.

Обработанные ткани имели усадку в таких же пределах, как и при обработке в перхлорэтилене, но отмечается, что изделия из диаце­тата целлюлозы усаживались больше, чем в других растворителях.

Образцы кожи и меха также подвергали обработке по предложен­ной технологии. Обработанные образцы сравнивали с исходными (не обработанными). Изменения окраски, жесткости и других показате­лей не наблюдали. Одежда из кожи и меха не обрабатывалась, так как объем моечного устройства не позволял этого. Испытанию под­вергали также пуговицы из различных материалов, украшения, при­крепляемые к образцам тканей. Практически большинство этих предметов перенесли условия обработки без разрушений.

Как машина, работающая под давлением, она может взрываться, поэтому ее лучше устанавливать в отдельном помещении и обслу­живать специально обученным персоналом. Вся установка должна быть под постоянным наблюдением Госгортехнадзора.

Сжиженный диоксид углерода не опасен для окружающей среды, но для человека он опасен. Достаточно присутствия 1 % в воздухе и функции дыхания и кровообращения изменяются, СО2 действует удушающе. Чтобы было представление об аппаратуре, работающей при давлении 70 атм, достаточно отметить, что только крышка загру­зочного люка машины вместимостью 20 кг имеет массу 1,5 т. Обслу­живать такую машину не просто, нужны специальные подъемники. Имеются сообщения о случаях разгерметизации машины и жертвах.

6. Методы очистки и хранение

В процессе обработки изделий в органическом растворителе все загрязнения изделий переходят в растворитель и загрязняют его. В растворителе накапливаются также вещества, не являющиеся собст­венно загрязнениями. К их числу относятся компоненты усилителей чистки, аппретов, молезащитной отделки, шерстяной жир, извле­каемый из волокна, вода, красители, стабилизаторы, добавляемые в растворитель, ингибиторы коррозии. Загрязнения сообщают раство­рителю темный цвет (от желтого до коричневого) и запах. Все это передается одежде, поверхность ее становится зажиренной, ткань - жесткой. Загрязнения удлиняют время сушки, замедляют дистилля­цию. Анализ растворимых загрязнений показал, что жировая часть их состоит из жирных кислот (с числом углеродных атомов С1222), со­держание которых в смеси составляет, %:

Кроме растворимых загрязнений в растворителе накапливаются и нерастворимые загрязнения (сажа, пыль, песок, обрывки волокон, почвенные пигменты, наполнители, входящие в состав аппретирую­щих веществ). Нерастворимые загрязнения находятся в растворите­ле во взвешенном состоянии. Если их своевременно не удалить из растворителя, частицы загрязнений снова переходят на изделия, вызывая их посерение.

Необходимое условие высокого качества обработки изделий в процессе мойки - непрерывная очистка растворителя. Наиболее распространенными способами очистки жидкостей являются фильт­рование, адсорбция и дистилляция.

Фильтрование. Это один из способов разделения суспензий. Фильтр представляет собой аппарат, разделенный пористой фильт­рующей перегородкой на две части. В одну из них поступает суспен­зия, другая служит для отвода чистого растворителя. Чтобы жидкость прошла через поры фильтра, в обеих частях его создается разность давлений при помощи поршневых или центробежных насосов, ком­прессоров, вакуум-насосов.

Так как гидравлическое сопротивление фильтра зависит от многих факторов, закономерности фильтрования каждой суспензии находят экспериментально на опытных установках [36.]

Объем фильтрата, получаемого за малый промежуток времени с единицы поверхности фильтра, прямо пропорционален разности давлений и обратно пропорционален вязкости фильтрата, общему сопротивлению осадка и фильтровальной перегородки (закон Дарси):

Так как объемы осадка и фильтрата пропорциональны, выразим их отношение через , тогда толщина слоя осадка на перегородке

Подставив значение Roc в уравнение , получим основное диф­ференциальное уравнение фильтрования с образованием несжи­маемого осадка на несжимаемой перегородке

На машинах химической чистки устанавливают фильтры периоди­ческого действия, обеспечивающие фильтрование не менее 4 л/мин растворителя на 1 кг одежды.

Если фильтрование растворителя проводить через элементы фильтра, скорость фильтрования быстро уменьшится вследствие закупоривания пор фильтрующей перегородки твердыми частицами размером до 5 мкм. Чтобы это предупредить, применяют вспомога­тельные вещества, которые наносят на фильтрующую перегородку или добавляют к суспензии перед фильтрованием (намывная фильтрация).

Масса добавляемого вспомогательного вещества обычно равна мас­се содержащихся в суспензии твердых частиц и составляет 0,5- 2 кг. На поверхность фильтрования наносят слой толщиной 0,8-2,5 мм, что соответствует расходу диатомита или перлита 0,2-0,6 кг на 1 м2 по­верхности фильтрования. Чем мельче частицы вспомогательного вещества, тем чище фильтрат, но тем большее сопротивление они оказывают потоку суспензии. Обычно выбирают такое вспомогатель­ное вещество, которое имеет частицы неправильной формы, обра­зующие слой высокой пористости и обеспечивающие получение чис­того фильтрата. Пигментные частицы, вымытые из одежды, вместе с растворителем попадают в фильтр, забивают его поры, что вызывает повышение давления перед фильтровальным слоем. Чем сильнее загрязнен фильтровальный слой, тем выше давление на фильтре, тем менее эффективной становится его работа. При достижении максимального давления на фильтре необходима его очистка, так как качество мойки одежды снижается.

Таким образом, на процесс фильтрации растворителя оказывают влияние масса загрязнений, переходящих в растворитель из одежды, скорость фильтрации, площадь фильтрующих элементов, качество формирования фильтрующего слоя, фильтрующая способность вспомогательных фильтрующих материалов, содержание в раство­рителе усилителей и воды.

Масса загрязнений, переходящих в растворитель, составляет 2-4 % (рис. 34). Если принять во внимание, что примерно 20 % изменений массы одежды приходится на ее влажность, 30 % - на аппретирую­щие, жировые и масляные, 15 % - на водорастворимые, 0,2 % - на отделяемые при высушивании волокна, то на долю пигментных за­грязнений остается 1,5-3 %. Приведенные данные получены при об­работке одежды средней степени загрязнения на машине МХЧА-18.

Рис. 34. Изменение массы одежды при многократном использовании
перхлорэтилена в процессе химической чистки способом:
1 - однованным; 2 - двухванным; 3 - трехванным

 

Скорость фильтрования должна обеспечить снижение оптиче­ской плотности растворителя через 2-3 мин после начала мойки. В современных машинах скорость фильтрации обеспечивает полную смену растворителя в моечном резервуаре за 1 мин. На машинах разных типов количество растворителя, проходящего через каждый килограмм одежды, составляет 4-12 л/мин.

Площадь фильтрующих элементов составляет в машинах разных типов 1,5-12 м2. Добавление вспомогательных материалов позволя­ет за счет пористости слоя снизить сопротивление фильтрующей пе­регородки, что эквивалентно увеличению площади фильтрации.

Качество формирования фильтрующего слоя зависит от типа фильтровального порошка, правильности его дозировки, исправности фильтрующих элементов, способа нанесения порошка.

Фильтрующая способность вспомогательных материалов раз­лична Исследование фильтрующей способности порошков на маши­не химической чистки МХЧА-18 показало, что из двух отечественных порошков - перлита и зикеевского трепела помола 200 - перлит бо­лее эффективен, так как позволяет обработать 8-9 партий изделий до достижения на фильтре критического давления, С порошком зикеевский трепел помола 200 (ЗП-200) удается обработать лишь 6 пар­тий одежды. Порошок «Специаль-2» (Чехословакия) обеспечивает обработку 10-12 партий одежды.

В качестве вспомогательных веществ применяют диатомит, тре­пел, являющиеся глиноземными минералами. К ним предъявляют ряд требований: они должны накапливаться на фильтровальных элементах, быть инертными к растворителям и усилителям, плавать на поверхности растворителя, образовывать пористый слой.

Диатомит обладает высокой пористостью (70-75 %), его плотность 2030-2200 кг/м3

Трепелы обладают высокой пористостью (60-64 %), их плотность 2200-2500 кг/м3. Трепелы обладают не только фильтрующими, но и адсорбирующими свойствами.

Диатомиты и трепелы имеют гидрофильный характер и способны поглощать из воздуха пары воды. Влажные порошки затрудняют фильтрование, поэтому их хранят в плотно закрытой таре.

Перлит - порошок белого цвета - является породой вулканическо­го происхождения, пористость 85-90 %, влажность 2 %.

Зикеевский трепел помола 200 по внешнему виду - тонкодисперс­ный порошок от светло-серого до светло-желтого цвета, его плот­ность 590 кг/м3, влажность не более 3-4 %. Тонкость помола должна обеспечивать просев через сито № 008 с остатком на нем не более 10%; частиц размером 5 мкм и менее должно быть 80-93 %.

Кизельгур кировоградский - белый порошок плотностью 350 кг/м3, пористость не менее 75 %. Тонкость помола должна обеспечивать просев через сито № 0,1 с остатком на нем не более 6 %; частиц раз­мером 5 мкм и менее должно быть не более 10 %.

Фильтровальный порошок КМ К (карбонизированный метасиликат кальция) - порошок белого цвета, содержащий оксидов кальция и кремния по 35,5 %, оксидов щелочных металлов, железа и алюминия по 0,1-0,5 %. Удельная поверхность составляет 80 м2/г, pH водной вытяжки 9-9,6, частиц размером 0,05 мм 80 %. Химический состав некоторых порошков, применяемых при фильтровании, приведен в табл. 30.

Сорбенты (древесный уголь, карбамидные смолы, специальные глины) позволяют улавливать из загрязненного растворителя крася­щие вещества и жирные кислоты.

Применять их в чистом виде при фильтрации не рекомендуется, так как они не образуют пористого слоя. Их наносят на поверхность фильтрующих элементов в смеси с диатомитовыми порошками.

Сорбционные свойства веществ являются результатом действия избыточных сил молекул, находящихся на поверхности. Сорбенты поглощают не только своей внешней поверхностью, но главным образом стенками внутренних пор. О пористости угля (активированного) можно судить по площади поверхности, у 1 г активированного угля она составляет 500-1000 м2. Сорбенты должны иметь и механиче­скую прочность, чтобы порошок во время работы не измельчался и не загрязнял моечный барабан и обрабатываемую одежду.

На зарубежных предприятиях перед нанесением активированного угля на фильтр его смешивают в ловушке с равным объемом фильтровального порошка и небольшим количеством растворителя для образования легкой пористой смеси. Эту смесь наносят на элементы фильтра с предварительно сформированным фильтровальным сло­ем до загрузки одежды в машину. Если эти предосторожности не со­блюсти, частицы угля попадут на изделия и вызовут их загрязнение. Для очистки 100 л растворителя добавляют 0,3 дм3 (по объему) акти­вированного угля.

Содержание в растворителе усилителей и воды, как правило, ос­ложняет процесс фильтрования, так как вода вызывает набухание фильтрующих материалов, смачивая загрязнения на фильтре, изме­няет их консистенцию, превращает твердые частицы в илоподобную массу, В результате капилляры в фильтрующем слое забиваются, давление на фильтре повышается.

Фильтры машин химической чистки разнообразны по конструкции, материалам, из которых изготовляют фильтрующие элементы, ис­пользованию фильтровального порошка. Как правило, применяют вертикальные фильтры, что облегчает сбрасывание фильтровально­го порошка после его загрязнения. По конструкции фильтровальных элементов различают фильтры пластинчатые, дисковые и свечевые. По материалам, применяемым для изготовления фильтровальных элементов, различают фильтры металлические, тканевые, бумажные и комбинированные (уголь, бумага).

По использованию фильтровального порошка различают одно- и многопорционные фильтры.

Пластинчатые фильтры устанавливались на машине «Тримор-25-4» (рис. 35).

 

Рис. 35. Устройство пластинчатого фильтра с вертикальным расположением пластин:
1 - патрубок; 2 - конусное днище; 3,9- патрубки для растворителя; 4 - крышка;
5 -держатель; 6 - пластины; 7 - ниппель; 8 - корпус

 

Рис. 36. Устройство сетчатых пластин:
а - соединение секций фильтровальных пластин; б - фильтрующая пластина; 1 - рама; 2 - центральная грубая сетка; 3 - тонкая сетка; 4 - кожух; 5 - фильтрующий слой; 6 - ниппель; 7 - дренажная труба; 8 - ручка

Патронные экспандерные фильтры установлены на машине МХЧА-18 и зарубежных машинах фирмы «Бёве». Патрон экспандер­ного фильтра 2 (рис. 37) выполнен в виде пружины, внутри которой помещена перфорированная латунная трубка 10. С патроном жестко соединен нижний конец штока с возвратной пружиной. В рабочем положении пружина сжата и через нее проходит очищенный рас­творитель. При воздействии пневмосбрасывателя на верхнюю часть штока патрон растягивается, порошок сбрасывается с пружины. При освобождении штока возвратная пружина ставит патрон в рабочее положение. Комплект патронов помещен внутри корпуса фильтра, имеющего водяную охлаждающую рубашку. Большим достоинством экспандерного фильтра является возможность быстрой замены загрязненного порошка, сбрасываемого при помощи пнев­матического устройства в течение 30 с. Продолжительность опера­ций, связанных с перезарядкой фильтра, составляет 3-5 мин.

Рис. 37. Экспандерный фильтр с патроном:
1 - корпус; 2 - патрон; 3 - трубная решетка; 4 - крышка; 5 - пневмоципиндр; 6 - патрубок выхода растворителя; 7 - входные трубы; 8 - шток; 9 - пружина возврата; 10 - латунная трубка; 11 - фильтровальная пружина

Исследование процессов фильтрования перхпорэтилена, выпол­ненное К.И. Добросмысловым [38], показало, что качество фильтро­вания значительно выше при использовании беспорошковых фильт­ров, чем одно- и многопорционных. Так, в фильтрах с использовани­ем порошка фильтрат содержит частицы размером 20-30 мкм, в бес­порошковых - 5-20 мкм. Улучшение качества фильтрата в свою оче­редь способствует более длительному использованию растворителя без дистилляции. Потери же растворителя при дистилляции фильтрата составляют в машинах с порошковыми фильтрами 28,6-38,2 г/кг, с беспорошковыми - 10,2-28,9 г/кг.

Рис. 38. Система фильтрации с беспорошковыми фильтрами: 1, 5, 7 - фильтры; 2 - бак; 3 - моечный резервуар; 4 - смотровое окно; 6 - манометр; 8 - насос; 9 - вентиль

Испытания беспорошковых фильтров, установленных на машинах химической чистки, доказали их перспективность и экономичность. Система фильтрования с беспорошковыми фильтрами включает три фильтра для очистки растворителя, Многослойный фильтр грубой очистки 1 (рис. 38) состоит из трех слоев (два сетчатых обеспечива­ют задержку частиц размером более 30 и 20 мкм, третий из саржевой сетки - более 16 мкм). Фильтр тонкой очистки 7 и адсорбирующий фильтр 5 задерживают частицы менее 16 мкм. При использовании этой системы фильтрации дистилляция растворителя может прово­диться через 40-60 циклов. Качество обработки одежды, обеспечи­ваемое качеством фильтрования, будет достаточно высоким при со­держании растворимых загрязнений в перхлорэтилене не более 0,003 %, размере частиц в фильтрате 5-20 мкм.

Качество фильтрования определяет состояние элементов фильт­ра, насоса, трубопроводов, растворителя и другие факторы.

Повышение давления в фильтре вызывают закупоривание элементов фильтра загрязнениями, содержание в растворителе большого количе­ства вязких масел и жиров (при пониженной температуре растворите­ля). Температуру растворителя поддерживают в пределах 30 °C.

Медленная очистка или недостаточная степень очистки раствори­теля бывает при разрушении элементов фильтра, неплотной уста­новке ниппелей, соединительных муфт, износе насоса и оставлении воздуха внутри фильтра.

Слабая циркуляция растворителя наблюдается при недостаточной мощности насоса, износе его или проскальзывании приводного рем­ня. К этому приводит также малый диаметр и большая изогнутость труб, подсосы воздуха, недостаток растворителя в системе.

В последние годы применение фильтрованных порошков ограни­чивается. Это связано с тем, что порошки увеличивают массу шла­мов, создают дополнительные проблемы с утилизацией шламов.

Дистилляция. Это один из наиболее совершенных способов очи­стки растворителей от растворимых и нерастворимых загрязнений.

Дистилляция основана на разности температур кипения раствори­телей и веществ, загрязняющих его. При дистилляции загрязненный растворитель подогревается при помощи змеевиков, труб, паровых рубашек или защищенных электрических нагревательных элементов. Пары растворителя вместе с парами воды направляются в водяной холодильник, работающий по принципу противотока, где конденси­руются в жидкий растворитель и воду Смесь растворителя и воды поступает в водоотделитель откуда чистый растворитель направля­ется в баки или сборники.

Дистилляция - дорогой способ очистки растворителя, так как рас­ходуются пар, вода, энергия. Кроме того, имеются значительные по­тери растворителя.

Рис. 39. Схема дистиллятора, работающего
при атмосферном давлении:
1 - испаритель; 2 - фильтр; 3 - задвижка; 4 - холодильник; 5, 6 - трубопроводы для пода¬чи смеси воды и перхлорэтипена соответственно; 7 - бак для чистого перхлорэтилена; 8- водоотделитель

Для снижения потерь растворителя полезно применение трехван­ного способа мойки, фильтровального порошка типа перлита, позво­ляющих на более длительный период сохранять качество раствори­теля без его дистилляции. Предложены устройства для более полно­го извлечения остатков растворителя из шлама, остающегося в испа­рителе после дистилляции. Необходимо также правильно эксплуати­ровать машину во всех стадиях технологического процесса. Так, пло­хо отжатые изделия дольше высыхают, и потери растворителя увеличиваются. Процесс дистилляции интенсифицируют, предваритель­но нагревая растворитель.

Дистилляцию хлоруглеводородов проводят в дистилляторах, ра­ботающих при атмосферном давлении, состоящих из испарителя 1 (рис. 39), холодильника 4 и водоотделителя 8.

Перед началом дистилляции в испаритель подают загрязненный растворитель из моечного резервуара или фильтра. Наполнять испа­ритель выше уровня нижнего края смотрового стекла не рекоменду­ется, так как при закипании растворителя может произойти переброс его в холодильник. Регулируя подачу пара в обогревающие уст­ройства и воды в холодильник, налаживают бесперебойную работу дистиллятора, при которой как процесс дистилляции, так и процесс водоотделения будут протекать с наименьшими потерями раствори­теля. Процессом можно управлять как вручную, так и автоматически.

Современные машины фирмы Бёве работают только при автома­тическом управлении. Машины итальянского производства имеют как автоматическое, так и ручное управление всеми процессами.

Горячие пары растворителя и воды поступают в холодильник, в ко­тором они конденсируются охлаждающей водой. Процесс дистилля­ции протекает до тех пор, пока содержание загрязнений в кубовом остатке не достигнет 50%. В это время скорость дистилляции сущест­венно снижается, что легко наблюдать в смотровое окно, находя­щееся между водоотделителем и баком чистого растворителя. По­ступление растворителя прекращается. Для завершения дистилля­ции в испаритель подают острый пар. Затворная задвижка 3 между дистиллятором и фильтром должна быть закрыта, так как пар может проникнуть в фильтр и сконденсироваться на его элементах. Это вы­зовет увлажнение фильтровального порошка.

По окончании дистилляции на дне испарителя остается шлам из порошка и загрязнений, его выгребают при помощи скребка через люк. Утилизация шлама - одна из острейших проблем.

Отделение воды от перхлорэтилена в водоотделителе происходит в результате значительной разницы в их плотности. Вода отстаива­ется сверху и сливается по верхней сливной трубе в канализацию, перхлорэтилен как более тяжелый сливается по нижней трубе.

Дистилляция бензина-растворителя осуществляется в вакуум- дистилляционной установке. Бензин-растворитель перед поступле­нием в дистилляционный куб 5 (рис. 40) проходит фильтр 1, игольча­тый клапан 2 и трубы предварительного подогрева 7. После заполне­ния вакуум-испарителя в системе создается вакуум сначала с по­мощью эжектора, затем с помощью вакуум насоса П. Процесс дис­тилляции проводят при разрежении 79,8 кПа (600 мм рт. ст.). При этом температурные пределы перегонки бензина-растворителя сни­жаются с 175-200 до 130-135 °C. В вакуум-испаритель по змеевикам 20 подают пар, а в холодильник 9 охлаждающую воду. Пары рас­творителя сначала охлаждаются между трубами 7 с загрязненным растворителем, а затем окончательно конденсируются водой, посту­пающей по трубам 5. Холодильник работает по принципу противото­ка. Конденсированные растворитель и вода подаются в водопоглотитель 14, заполненный ветошью 13, поглощающей воду. Чистый рас­творитель по трубе поступает в емкость для чистого растворителя.

Рис. 40. Схема вакуум-дистиллятора:
I - фильтр; 2 - игольчатый клапан; 3 - поплавок; 4 - узел поплавкового регулирующего клапана; 5 - дистилляционный куб; б - термометр, 7 - трубы предварительного подогрева; 8 - водяные трубы; 9 - холодильник; 10 - стояк холодильника;
II - ограничительный клапан; 12 - смотровые стекла; 13 - ветошь; 14 - водопоглотитель; 15 - спусковые краны; 16 - запасная линия к грязевому баку; 17 - вакуум- насос; 18 - спусковые пробки; 19 - уровнемер; 20 - змеевик

Для регулирования уровня растворителя в вакуум-испарителе служит клапан 2. В зависимости от уровня растворителя в испарителе поплавок 3 перемещается вверх или вниз, закрывая или открывая игольчатый клапан.

Рис. 41. Емкости для хранения растворителей:
а - вертикальная с коническим дном; 6 - вертикальный цилиндр; в - горизонтальный цилиндр; 1- воздуховод; 2 - труба для наполнения; 3 - труба для откачивания со дна; 4 - труба для откачивания верхнего слоя; 5 -растворитель; 6 - загрязнения

 

Между вакуум-насосом и водопоглотителем устанавливается: за­пасная линия 16, ведущая к баку с загрязненным растворителем. На­значение линии и бака - предупредить загрязнение водопоглотителя и бака с чистым растворителем.

 

При замедлении процесса дистилляции температура воды, выхо­дящей из холодильника, будет уменьшаться. После полного извле­чения растворителя его остаток необходимо удалить из испарителя.

С этой целью выключают вакуум-насос и постепенно снижают ваку­ум. Так как в остатке накапливаются тяжелые масла, вязкость кото­рых при охлаждении увеличивается, очень важно удалить этот оста­ток, пока он не остыл и не затвердел. Затвердевший осадок затруд­няет теплопередачу. После спуска кубового остатка в куб подают растворитель, чтобы смыть загрязнения. Для более полной очистки поверхности испарителя в него наливают 0,7%-й водный раствор щелочи, подогревают до кипения, затем куб промывают горячей во­дой и высушивают. Такие виды дистилляторов установлены на ста­рых машинах

Хранение растворителей. Его организуют в специально отведен­ных помещениях.

Хлоруглеводороды хранят в плотно закрытых бочках или емкостях, изготовленных из нержавеющей стали или выложенных внутри диа­базовой плиткой. Перекачивание растворителя из емкости в машину проводят насосами. В склад не должен проникать солнечный свет. При температуре - 20 °C перхпорэтилен начинает кристаллизоваться.

Бензин-растворитель хранят в подземных емкостях. Их устанавли­вают так, чтобы было возможно ежедневное откачивание раствори­теля снизу (рис. 41). В этом случае все осадки, собирающиеся в ем­кости, будут постоянно удаляться. Если труба всасывающей линии будет расположена высоко, неизбежно накопление загрязнений и их затвердение в результате окисления. Затвердевшие загрязнения мо­гут закрыть всасывающую линию, сообщить растворителю неприят­ный запах. В этом случае емкость необходимо очистить. Для этого ее освобождают от растворителя и на % объема наполняют 0,8%-м рас­твором щелочи. К емкости подводят шланг с острым паром, нагрева­ют раствор до кипения и оставляют его на 30-60 мин до полной очи­стки. Затем емкость освобождают от раствора щелочи и промывают водой, После выкачивания воды емкость наполняют растворителем и оставляют на некоторое время для отделения оставшейся воды. Во­ду выкачивают, а смесь ее, с растворителем направляют в водопоглотитель. Процесс этот не экологичен. В новых машинах потери растворителей снижены.

7. Рекуперация

Рекуперация растворителей представляет значительный интерес, как с экономической точки зрения, так и с позиции охраны окружаю­щей среды.

Адсорбционный метод рекуперации состоит в улавливании паров растворителя из паровоздушной смеси с помощью активированного угля. В настоящее время существуют как периодические, так и не­прерывные адсорберы.

В химической чистке нашли применение периодические адсорбе­ры, работающие по четырехфазному способу. Первая фаза состоит в насыщении активированного угля парами растворителей, во второй фазе происходит десорбция растворителя из активированного угля, в третьей - проводят сушку угля и в четвертой - его охлаждение.

При трехфазном способе одна из последних двух фаз опускается. При этом способе пары растворителя, улавливание которых проте­кало в течение одной или двух смен, десорбируют с помощью горя­чего инертного газа (особенно если растворители горючие).

Пары растворителя попадают в конденсатор, смесь растворителя и воды поступает в водоотделитель. В конце второй фазы адсорбер продувают паром, и в третьей фазе уголь охлаждают воздухом.

Активированный уголь марки АР готовят из каменноугольной пыли и древесной смолы. Изучение равновесной активности углей показа­ло, что она связана с молекулярной массой и температурой кипения растворителей, увеличение которых вызывает возрастание сорбции. Такое же влияние оказывает увеличение концентрации растворителя в паровоздушной смеси. Следует, однако, учитывать, что при повы­шенной концентрации пара растворителя в смеси увеличивается те­плота его сорбции углем, а это способствует снижению сорбции пара. Доля затрат на десорбцию в общей стоимости рекуперации состав­ляет 40-70 %.

Начальная концентрация перхлорэтилена при проветривании со­ставляет на машинах. КХ-014 и К.Х-018 46,2 г/м3, на машине КХ-016 50,8 г/м3. В результате проветривания концентрация паров раствори­теля снижается до 1-10 г/м3. При содержании паров в паровоздушной смеси меньше 1 г/ м3 рекуперация экономически не оправдана.

Все потери растворителя за один цикл составляют, по данным ЦНИИбыта, около 4-5 кг (на машине «Тримор-25-3»), из них 47 % по­терь связано с дистилляцией растворителя, 8-9 % - с проветривани­ем, 23-27 % - с неплотностями в машине, 8-9 % растворителя теря­ется при сушке через воздушную линию, 9-10 % поглощается одеж­дой, 3-5 % приходится на потери в душевом конденсаторе, 3-5 % - на потери через воздушную линию при загрузке растворителя в теп­лую машину. По данным других авторов, 70 % потерь приходится на стадию проветривания, 10 % теряется с дистилляционным остатком, 5 % составляет утечка, 10 % уносится с одеждой, 5 % приходите на прочие потери.

Стандартом СЭВ предусмотрены потери растворителя при про­ветривании в размере не более 6 % загрузочной массы одежды. Ве­личина потерь во многом зависит от фазы десорбции в адсорбере. Обычно ее продолжительность составляет 30-60 мин. Десорбцию считают эффективной при степени насыщения угля не менее 48 %. На производстве обычно десорбцию проводят после одно­двухсменной работы адсорбера на сорбции.

В отечественной практике находим применение адсорбер КХ-422 и др.

Техническая характеристика отечественных адсорберов:

В настоящее время улавливают пары хлор- и фторхлоруглеводородов. Пары бензина-растворителя в машинах старого типа не улавливают, но в литературе имеются сообщения о дожигании паров горючих растворителей и использовании тепла от сжигания на тех­нологические цели. Полезность дожигания несомненна, так как в ок­ружающую среду будут поступать не углеводороды, а менее актив­ный углекислый газ.

В последние годы для снижения потерь растворителя, а также для уменьшения загрязнения окружающей среды предложены машины, оборудованные холодильными камерами, позволяющими значитель­но улучшить работу конденсаторов. Адсорбционные установки обыч­но служат для окончательного улавливания растворителя, в резуль­тате его расход составляет не более 2 %.

С появлением машин, работающих с растворителем KWL, стало возможным улавливание паров нефтяных растворителей в процессе сушки одежды. Это осуществлено путем замещения воздушной сре­ды в машине инертным газом-азотом, установлением прибора, ана­лизирующего содержание кислорода в воздушной среде, использо­ванием охлажденного растворителя и других мер защиты машины и окружающей среды. Эти защитные меры привели к дороговизне ма­шины.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

  1. Какие свойства растворителей вы считаете наиболее опасными?
  2. Какие меры предосторожности необходимо принять, чтобы не подвергать коллектив работающих неблагоприятному влиянию рас­творителей?
  3. Напишите химические реакции очистки бензина-растворителя от нефтяных кислот, непредельных соединений, фенольных производ­ных, сернистых соединений.
  4. Напишите реакции превращений хлоруглеводородов под влия­нием воды, щелочи, ультрафиолетового излучения.

 

 


0 комментариев Обновить