21

Технологии обработки текстильных материалов в жидкости

Рассмотрим процессы обработки материалов в жидкости в основном применительно к теплоиспользующим установкам текстильной промышленности. Перечислим некоторые из этих процессов [1].

1. Шлихтование – нанесение на пряжу шлихты  крахмала или синтетических веществ с аналогичными свойствами. Эта процедура способствует увеличению прочности пряжи и уменьшению коэффициента трения в процессе ткачества. Из полученной ткани шлихту удаляют путем промывки водой или растворами – это расшлихтовка ткани.

2. Отварка производится с целью удаления природных примесей, а также примесей технологического характера, попадающих на волокно в процессах прядения и ткачества.

3. С целью удаления из волокон природных красящих веществ производится беление.

4. Мерсеризация производится с целью повышения сорбционной способности хлопковых волокон, что увеличивает гигроскопичность материала и его способность к окрашиванию.

5. Процесс крашения, в результате которого материал приобретает окраску, устойчивую к внешним воздействиям.

6. Промывка производится на различных стадиях технологического процесса и ставит своей задачей либо удаление природных загрязнений, например из шерсти, либо удаление компонентов растворов, использовавшихся в процессе обработки материала.

7. Аппретирование  нанесение на ткань аппрета с целью придания ей необходимых потребительских свойств, например, таких как несминаемость, стойкость к истиранию, водоупорность и т.д.

В рассмотренных процессах, за исключением промывки, обработка материалов производится водными растворами соответствующих реагентов. Термодинамические (плотность, температура насыщения и др.) и теплофизические (удельная теплоемкость, теплопроводность, вязкость и др.) свойства растворов несколько отличаются от соответствующих свойств чистого растворителя – воды, а значения параметров, описывающих указанные свойства, зависят от концентрации растворов и от температуры. Поскольку указанные характеристики растворов в подавляющем большинстве случаев не известны, ограничимся приближенными расчетами, используя параметры чистого растворителя – воды.

Из курса химии известно, что скорость протекания процессов растет с повышением температуры. Поэтому повышение температуры раствора способствует увеличению скорости обработки материала, а, следовательно, и повышению производительности установки. Отсюда следует, что процессы обработки материалов в жидкости должны протекать при повышенных температурах, что требует организованного рациональным способом подвода теплоты к раствору. Значение температуры растворов в тех или иных процессах обработки может ограничиваться свойствами самих растворов, свойствами обрабатываемого материала либо чисто технологическими требованиями. Если несколько аппаратов (машин), в которых последовательно протекают различные стадии обработки материалов, агрегированы в единую линию, то скорость всего процесса будет определяться наиболее медленной его стадией. В таком случае вряд ли целесообразно интенсифицировать за счет повышения температуры более быстро протекающую стадию процесса.

Процессы обработки материалов в жидкости могут протекать либо в периодическом, либо в непрерывном режиме. Периодический режим предполагает загрузку материала, заливку раствора, их разогрев, а после окончания стадии обработки – выгрузку материала и слив отработавшего раствора. Все эти процедуры повторяются при загрузке новой партии материала. При обработке в непрерывном режиме аппараты, предназначенные для последовательных стадий обработки материала (иногда включая и аппараты для обработки ткани во влажном воздухе), агрегируются в линию, и ткань непрерывно переходит из одного аппарата в другой. Разогрев машин в таких линиях зависит от сменности работы предприятия и осуществляется один раз в смену, в две смены, в неделю. Нетрудно сообразить, что работа в непрерывном режиме экономичнее, чем в периодическом режиме. Но последняя предпочтительна при обработке небольших партий материала, либо в случаях, когда не удается осуществить непрерывную транспортировку материала, например, волокна.

Ткань в рассматриваемых машинах может обрабатываться либо врасправку, либо жгутом, когда несущественно распрямление ткани по ширине.

Подвод теплоты к машинам для обработки материалов в жидкости может осуществляться различными способами. Во-первых, теплоноситель может подогреваться в отдельно расположенном теплообменнике и подаваться в машину, например, для промывки в уже нагретом состоянии. Во-вторых, обогрев может осуществляться «острым» паром, когда он через отверстия в перфориванной (дырчатой) трубе попадает в объем холодной жидкости, раствора. Конденсируясь он передает теплоту, в основном теплоту фазового перехода холодной жидкости и тем самым нагревает ее. Недостатки этого способа обогрева: теряется достаточно дорогой конденсат чистого пара и изменяется (уменьшается) концентрация раствора из-за разбавления его конденсатом. К достоинствам этого способа относятся высокая скорость разогрева жидкости и простота в сочетании с дешевизной устройства для подвода пара. В третьих, обогрев может осуществляться «глухим» паром или горячей водой, подаваемых во встроенное в машину теплообменное устройство, например змеевик. Иногда стенки сосуда, ванны делают двойными (с рубашкой), в пространство между которыми подается пар. Образующийся при обогреве глухим паром конденсат отводится из теплообменного устройства с помощью конденсатоотводчиков (конденсационных сосудов, горшков). Идеально работающих конденсатоотводчиков нет, и часть пара (пролетный пар) покидает теплообменное устройство вместе с конденсатом, что, естественно, понижает экономичность теплообменника. Зато конденсат пара не загрязняется и допускает повторное использование.

Теплотехнический расчет машин для обработки материалов в жидкости подразделяется на конструктивный (конструкторский), в котором ставится задача определения характеристик тепловых узлов машин и поверочный, в котором определяются режимные параметры этих узлов [1, 2, 3]. Расчеты такого типа могут быть полезны при выборе рациональных режимов и оптимизации работы машин с тепловыми узлами. Большое разнообразие машин для обработки материалов в жидкости, тем не менее, не требует разработки специальных методов их расчета, поскольку протекающие в них процессы в большинстве случаев типичны для всего оборудования. Поэтому ниже рассмотрим на конкретном примере теплотехнический расчет машины периодического действия для крашения волокна, характеризующийся разнообразием режимов ее работы.