О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.5. Экологическая характеристика производства химических волокон

В настоящее время промышленность производит химические волокна в виде моноволокна (одиночное волокно большой длины), штапельного (короткие обрезки одиночных тонких волокон) и филаментных нитей (пучков, состоящих из большого количества одиночных тонких волокон, соединенных посредством крутки).

Химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические. Искусственные волокна получают путем химической переработки природных полимеров (древесная и хлопковая целлюлоза, белки растительного и животного происхождения и пр.). К ним относятся вискозные, медно-аммиачные, ацетатные, белковые и альгинатные волокна. Синтетические волокна производят из синтетических высокомолекулярных соединений, получаемых на основе продуктов переработки каменного угля, нефти и природного газа в процессе полимеризации и поликонденсации. Для получения синтетических волокон используются полиамиды, полиолефины, поливинилхлорид, полиакрилонитрил, поливиниловый спирт, фторсодержащие полимеры. К этим волокнам относятся капрон, анид, лавсан, нитрон, винол, орлон, хлорин, полипропилен, полифен и др.

Процесс получения химических волокон складывается из следующих операций: 1) приготовления прядильных растворов или расплавов; 2) формования волокна; 3) отделки сформованного волокна.

Приготовление прядильных растворов (расплавов) начинают с перевода исходного полимера в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). Затем раствор (расплав) очищают от механических примесей и пузырьков воздуха и вводят в него различные добавки для термо- или светостабилизации волокон, их матировки и т. п. Подготовленный таким образом раствор или расплав подаётся на прядильную машину для формования волокон.

Формование волокон заключается в продавливании прядильного раствора (расплава) через мелкие отверстия колпачка-фильеры в среду, вызывающую затвердевание полимера в виде тонких волокон. В зависимости от назначения и толщины формируемого волокна количество отверстий в фильере и их диаметр могут быть различными. Формование нитей производится двумя способами. По сухому способу прядильный раствор продавливают через фильеру в шахту, где при испарении растворителя в горячем или холодном воздухе образуется филаментная нить. При мокром методе прядильный раствор продавливается через фильеры в осадительную ванну, заполненную смесью воды и растворителей, где и происходит затвердевание нитей. Скорость формования нитей из раствора по «сухому» способу достигает 300-600 м/мин, по «мокрому» способу — 30-130 м/мин. Прядильный раствор (расплав) в процессе превращения струек вязкой жидкости в тонкие волокна одновременно вытягивается (фильерная вытяжка). В некоторых случаях волокно дополнительно вытягивается непосредственно после выхода с прядильной машины, что приводит к увеличению прочности химических волокон и улучшению их текстильных свойств.

Отделка химических волокон заключается в обработке свежесформованных волокон различными реагентами. При этом из волокон удаляются низкомолекулярные соединения, растворители, отмываются кислоты, соли и другие вещества, увлекаемые волокнами из осадительной ванны. Для придания волокнам таких свойств, как мягкость, повышенное скольжение, поверхностная склеиваемость одиночных волокон и других, их после промывки и очистки подвергают замасливанию. Затем волокна сушат на сушильных роликах, цилиндрах или в сушильных камерах. После отделки и сушки некоторые химические волокна подвергают дополнительной тепловой обработке — термофиксации (обычно в натянутом состоянии при 100-180 ⁰С), в результате которой стабилизируется форма пряжи, а также снижается последующая усадка, как самих волокон, так и изделий из них во время сухих и мокрых обработок при повышенных температурах.

Промышленность химических волокон потребляет большое количество воды и различных химических продуктов, таких как серная кислота, едкий натр, сульфат цинка, сероуглерод и др. Например, потребление свежей воды при производстве вискозных волокон составляет 300-1000 м³ на 1 т выпускаемой продукции в зависимости от ассортимента и используемого технологического оборудования. Вода применяется для приготовления технологических и отделочных растворов, промывки волокон, нитей, плёнки, орошения прядильных гнезд, охлаждения оборудования, мойки фильтроматериалов, аппаратов, трубопроводов, ёмкостей. Существующие системы водоснабжения при производстве вискозных волокон являются, как правило, прямоточными и малоэффективными по использованию свежей воды. Коэффициент водооборота составляет 12-27 %.

Производство искусственных волокон связано с выбросом в атмосферу сероводорода и сероуглерода. В среднем по отрасли на 1 т вискозного волокна выбрасывается в атмосферу 0,7-1,0 млн. м³ воздуха с концентрацией сероуглерода 0,23-0,5 г/м³. При производстве вискозного волокна выбросы сероуглерода составляют около 27,5 кг/т, а сероводорода — 3 кг/т продукта.

Снижение выбросов вредных веществ может быть достигнуто в результате осуществления таких мероприятий, как максимальная герметизация прядильно-отделочного оборудования, локализация газовыделения из технологических растворов и из свежесформированного волокна, а также путём перевода побочных продуктов ксантогенирования в устойчивые сернистые соединения (ксантогенат – соединение сероуглерода и целлюлозы).

Очистка вентиляционных выбросов производится на газоочистных установках, где улавливается сероводород и окисляется до элементарной серы, а также регенерируется сероуглерод. Степень регенерации сероуглерода составляет примерно 95-96 %. При этом сероуглерод возвращается в производство вискозного волокна, а также используется для получения тетрахлорметана, оптического стекла и других продуктов. Воздух после газоочистных устройств и от местных отсосов прядильно-отделочного оборудования с небольшим содержанием вредных примесей поступает на установки термического и термокаталитического обезвреживания, после чего, проходя через высокие трубы, рассеивается в атмосфере.

Для улавливания сероводорода и рекуперации сероуглерода из вентиляционных выбросов используется двухступенчатая газоочистка. На первой ступени происходит улавливание сероводорода, например мокрым способом (щелочным раствором гидрохинона или дисульфофталоцианина кобальта) с получением коллоидной серы и тиосульфата натрия в виде товарных продуктов. Для этой цели используются форсуночные скрубберы вертикального и горизонтального типа. Степень извлечения сероводорода 95-100 %. На второй ступени осуществляется регенерация сероуглерода в адсорберах со стационарным слоем адсорбента. В качестве адсорбента применяются активные угли марок АРТ-2 и СКТ-3 с развитым объемом микропор, обеспечивающие высокую степень очистки. Одна типовая установка обеспечивает очистку 450-500 тыс. м³/ч воздуха до остаточного содержания сероуглерода не более 50 мг/м³ .В настоящее время для очистки вентиляционных выбросов внедряются фильтры на основе хемосорбционных и активированных углеволокнистых материалов.

При производстве химических волокон образуется более 10 видов сточных вод, например, кислые цинксодержащие, шламовые воды, целлюлозосодержащие сточные воды и др. Для их очистки применяются локальные установки с последующей доочисткой на общезаводских и городских очистных сооружениях.

В зависимости от принятой технологической схемы очистки сточных вод образуется три вида осадков (шламов): целлюлозные, содовые и известковые. Они сбрасываются и хранятся в шламонакопителях.