Praktijkgids Energiebesparing bij veredelingsprocessen

Transcriptie

1 1 Inleiding Warmteverliezen van open verfapparaten bij temperaturen dicht bij het kookpunt Bobijn- en boomverfautoclaven Warmteherwinning Samenvatting van adviezen voor energiebesparingen Inleiding Verfprocessen behoren tot de meest gecompliceerde processen in de textielindustrie. Verven is een methode om het textielmateriaal een kleur te geven door een kleurstof op een egale manier aan te brengen zodat men een gelijkmatig kleur krijgt en de gewenste eigenschappen voor het eindgebruik (voornamelijk qua echtheden). Een kleurstof is een molecule die een chromophore groep bevat die zorgt voor de kleurimpressie. Om de gewenste kleur te verkrijgen is het niet alleen noodzakelijk om de juiste hoeveelheid kleurstof te gebruiken, maar het is ook nodig verschillende chemicaliën toe te voegen teneinde de migratie en de fixatie van de kleurstof te bevorderen. Bij het verfproces wordt het textielmateriaal in een volume water aan een zeker temperatuur-tijdsprofiel onderworpen. De hoeveelheid kleurstof en chemicaliën hangen van verschillende factoren af: hoeveelheid en aard van het textielsubstraat, kleurstofklasse, kleurintensiteit die uiteindelijk op het textielmateriaal gewenst is, andere factoren die de fysisch/chemische onderdelen van het proces beïnvloeden. Het verfsysteem bestaat uit een vloeibare en een vaste fase. De eerste bestaat uit een kleurstofen textielhulpmiddelenoplossing of dispersie, de tweede is het textielsubstraat (vlok, garen of weefsel). Eén van de belangrijkste karakteristieke grootheden is de verhouding van het volume van de vloeibare fase en de massa aan textiel substraat: de vlotverhouding. De waarde ervan ligt gebruikelijk tussen 3:1 en 60:1 (l/kg). Een initiatief van: Met steun van: blz 1/9

2 Daarnaast is ook de beweging van bad en of textielmateriaal belangrijk om er voor te zorgen dat voldoende snel en egaal wordt aangeverfd. Het verfproces heeft thermische en elektrische energie nodig. Stoom of heet water zorgt voor de behoefte aan thermische energie. Elektrische energie is nodig voor het verplaatsen van de vloeibare fase, voor het doorstromen van het textielmateriaal en voor het transport van het textielmateriaal. 2 Warmteverliezen van open verfapparaten bij temperaturen dicht bij het kookpunt Erg grote verliezen kunnen optreden bij bewerkingen op open apparaten bij temperaturen dicht bij het kookpunt. Zelfs op heel wat jiggers en haspelkuipen met kap werkt men met die kap open omdat men het textielmateriaal tijdens het procesverloop wil zien. MJ / h per m² vrij wateroppervlakte v = 4 m/s v = 3 m/s v = 2 m/s 50 v = 1 m/s Watertemperatuur ( C) Warmteverliezen aan vrij wateroppervlak FVO/feb 2012 blz 2/9

3 3 Bobijn- en boomverfautoclaven Figuur 3.1: Bobijnverfapparaat Het warmteverbruik van een verfproces kan eenvoudig berekend worden uit de hoeveelheden op te warmen materialen (voornamelijk het water!), de soortelijke warmtes en de temperatuurverschillen. Om een egale verving te bekomen wordt het verfbad van een autoclaaf met een hoog debiet continu door het te verven materiaal gepompt. FVO/feb 2012 blz 3/9

4 Het energieverbruik hiervan wordt bepaald door de vormgeving van het vloeistofcircuit en door de pompkarakteristieken, voorgesteld in de figuur op volgende bladzijde. Om de pompkarakteristieken van te begrijpen moet men de vloeistofkring opgedeeld denken in twee deelkringen : de pomp en de "belasting". Het drukverschil dat de pomp levert (opvoerhoogte) in functie van het afgenomen debiet, wordt weergegeven door de pompkarakteristiek. De drukval in de belasting wordt evenzo weergegeven door de belastingskarakteristiek of systeemkarakteristiek in functie van het debiet. Het werkelijke debiet en de druk in de kring wordt voorgesteld door het snijpunt van de twee karakteristieken. Afhankelijk van de belasting komt men dus op een ander punt van de pompkarakteristiek. Om het energieverbruik van de circulatiepomp te beperken moet er eerst voor gezorgd worden dat het vloeistofcircuit een minimale weerstand vertoont en dat er zo weinig mogelijk badverliezen zijn (het gedeelte van de stroming dat niet door het textielmateriaal gaat, maar via diverse lekwegen). Het drukverlies over het vloeistofcircuit is de som van : het verlies in leidingen, kranen, verwarmingselementen, materiaaldragers; het drukverlies over het textielmateriaal zelf. Dit laatste wordt beïnvloed door : de afmetingen van het materiaal (binnen- en buitendiameter); de densiteit of permeabiliteit van het materiaal; de circulatierichting (opendrukken of toedrukken); de viscositeit van het behandelingsbad. De karakteristieken zijn niet afhankelijk van de statische druk van het bad (tenzij het bad zich dicht bij kooktemperatuur bevindt, wat normaal vermeden wordt). De pomp, waarvan de karakteristieken worden voorgesteld in de figuur op de volgende bladzijde, werd geconstrueerd voor een debiet van 100 m³/ h bij een opvoerhoogte van 2,7 bar. Het opgenomen pompvermogen (op de as) bedraagt dan 9,1 kw. Het pomprendement bedraagt 83 %. (Het rendement van de aandrijfmotor is hier niet in begrepen). Wanneer een pomp werkt aan de nominale voorwaarden, dit wil zeggen wanneer het geleverde debiet juist gelijk is aan het nominale debiet, dan verloopt de stroming van de vloeistof tussen de schoepen met een minimum aan wrijving. Deze voorwaarde wordt alleen gerealiseerd indien de "belasting" ook aan de nominale voorwaarden voldoet. In de praktijk evenwel, worden pompen gebruikt voor een variërende belasting, en men kiest de pomp voor de zwaarste voorwaarden die men ooit verwacht. Het werkingspunt zal dus lager liggen, en het energetisch rendement van de pomp zal merkelijk lager zijn. Voor alle punten van de karakteristiek kan men immers het rendement berekenen. Het slechte rendement bij verlaagde pompbelasting volgt uit het verhoogde debiet waardoor de vloeistof op de pompschoepen botst bij intrede in het schoepenwiel en tegen het huis bij verlaten van het schoepenwiel. Men kan dus het pompverbruik gevoelig beperken door een juiste keuze van de pomp. Wanneer men welbewust een te grote pomp gekozen heeft kan men het debiet en het elektriciteitsverbruik in de praktijk nog beperken door smoren of toerentalregeling. FVO/feb 2012 blz 4/9

5 P (bar) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 12 kw Karakteristieken van de pomp Weerstandscurve van het circuit φ v, water (m³/h) φ v, water (m³/h) Pompkarakteristieken en weerstandscurve van het circuit FVO/feb 2012 blz 5/9

6 P (bar) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 40% 50% 60%70% 80% 80% 70% 1 60% 0,5 50% 40% 0 kw Φv, water (m 3 /h) Φ v, water (m³/h) Belang van de juiste pompkeuze FVO/feb 2012 blz 6/9

7 4 Warmteherwinning Voor warmteherwinning op verfmachines moet men trachten de afvalwaters op een zo hoog mogelijke temperatuur te verzamelen in een buffervat en via een warmtewisselaar vers water op te warmen dat in een tweede buffervat wordt gestockeerd voor gebruik door meerdere processen. Deze buffertanks moeten voldoende groot zijn om het tijdsverschil tussen oefening en aanbod te overbruggen, en goed geïsoleerd om de herwonnen warmte niet verloren te laten gaan. Voor een efficiënte herwinning zou de ideale situatie zijn: bij hogedrukapparaten te lozen op werkingstemperatuur en niet na eerst de badtemperatuur te verlagen tot beneden 100 C; dit heeft als nadeel dat de warmtewisselaar onder druk moet werken of naverdampingsstoom verwerken; een belangrijk voordeel is dat de verfcyclus korter wordt en de verfapparaten zuiverder blijven. alleen de afvalwaters met de hoogste temperaturen te gebruiken voor warmteherwinning; het plaatsen van (automatische) ventielen om de warmste waters via de warmtewisselaar, de koudere waters rechtstreeks te lozen, is aangewezen; voldoende gebruikers te hebben voor het aangemaakte warme water, zoniet zal de warmte uiteindelijk verloren gaan. In dit verband is een nuttig hulpmiddel het grafisch voorstellen van de verschillende warmwaterstromen in een Temperatuur - warmte-inhoud diagram (zie onderstaande figuur). Voor elke warmwaterstroom wordt in een dergelijke grafiek de temperatuur en de warmte-inhoud weergegeven; de helling van de rechten wordt bepaald door het product van soortelijke warmte en debiet. De warmtewisseling over een warmtewisselaar wordt volledig in de figuur weergegeven : het temperatuurverschil over de warmtewisselaar (zowel aan de koude als de warme zijde) en de overgedragen warmte. Temperatuur warme stroom IN UIT UIT IN koude stroom Warmte-inhoud Hoeveelheid uitgewisselde warmte Schematische voorstelling van temperatuur - warmte-inhoud diagram van een warmtewisselaar. FVO/feb 2012 blz 7/9

8 De debieten over de warmtewisselaar moeten op mekaar afgestemd zijn zodat de warmtewisselaar gedurende een voldoend aantal uren tegelijk door beide stromen gevoed wordt en dat er geen opgewarmd water verloren loopt of terug loopt naar het koudwaterreservoir. Dit gebeurt best door beide debieten te laten regelen door het niveau van het bijhorende reservoir; ideaal hiervoor is natuurlijk een toerentalregeling, een alternatief is het met regelkleppen insnoeren van deze debieten. 5 Samenvatting van adviezen voor energiebesparingen Werk bij zo laag mogelijke vlotverhoudingen en temperaturen Beperk aantal hervervingen Vermijd spoelen in overloop. Vermijd op open verfmachines te werken bij temperaturen boven 95 C. Kies voor vervingen bij temperaturen boven 100 C autoclaven met gesloten expansievat of met luchtkussen. Gebruik moderne regeltechnieken voor het regelen van temperatuur, stoomtoevoer en watertoevoer Ontwater het textielmateriaal zo goed mogelijk tussen twee processen of processtappen. Worden de processen uitgevoerd onder de omstandigheden zoals theoretisch verondersteld wordt? Kunt u geen relatief zuiver en warm water hergebruiken? Zorg voor een aangepaste circulatiepomp bij autoclaven. Installeer een toerentalregeling wanneer regelmatig een verlaagd debiet door het textielmateriaal gepompt wordt. Verzamel de warme afvalwaters en stuur ze over een warmtewisselaar om het verse proceswater op te warmen. FVO/feb 2012 blz 8/9

9 FVO/feb 2012 blz 9/9