ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ УВЛАЖНЕНИЯ ХЛОПКА И ВОЛОКНА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются теоретические основы техники и технологии увлажнения хлопка и волокна. Теоретически обоснована важность доведения коэффициента использования водяного пара φ до φ≈1 для эффективного увлажнения волокна.

ABSTRACT

The article deals with the theoretical foundations of the technique and technology of moisturizing cotton and fiber. Theoretically, the importance of bringing the coefficient of use of water vapor φ up to φ≈1 for effective wetting of the fiber is substantiated.

Ключевые слова: Увлажняющий агент, конденсация пара, коэффициент использования пара.

Keywords: Wetting agent, steam condensation, steam utilization rate.

Введение. В мировой практике проводятся исследования по совершенствованию технологий производства готовых изделий из хлопкового волокна, в том числе по повышению эффективности работы  технологического оборудования прядения и получение изделий из пряжи высокого качества за счет повышения  влажности волокна.

Результаты исследований. Для того чтобы определить эффективность увлажнения, необходимо знать значение коэффициента конденсации. Коэффициент конденсации K измеряется отношением числа захваченных молекул к общему числу молекул, попавших на поверхность конденсата [1].

(1)

Если процесс увлажнения продолжается, мономолекулярный слой утолщается, образуя полимолекулярный слой.

Что касается хлопкового волокна, то оно считается неабразивным материалом и при увлажненит не образует мономолекулярного слоя. Конденсированная влага оседает на поверхности волокна в виде капель различного размера. Основным потенциалом конденсации воды является разность температур, обеспечивающая возможность конденсации воды. Это зависит от степени снижения температуры увлажняющего агента, то есть водяного пара. В зависимости от величины критического охлаждения пара () возможно добавление дополнительной влаги к водному слою, конденсация от увлажнителя или испарение с поверхности волокна.

Критическое охлаждение пара определяется следующим образом [1-2]:

                                                           (2)

здесь Т_б- температура пара, Т_т- температура поверхности волокна, r- температура образования пара,     – плотность воды, σ- сила поверхностного натяжения конденсированной воды, R_K- критический радиус капли воды, П-давления склеивания.

При температуре охлаждения смачивающего агента, контактирующего с волокном, , наблюдается конденсация паров воды на поверхности волокна. Если  то влага с поверхности волокна может испаряться в увлажняющий  агент, если , то наступает равновесное состояние.

В общем случае на поверхности волокна в течение определенного промежутка времени находится множество капель, радиус которых изменяется от критического (минимально возможного) радиуса R_K до радиуса распада капли.

За счет конденсации размер капли увеличивается, и при достижении R₀ она отрывается от волокна и заменяется вновь образованной каплей. Наиболее важным аспектом в этом случае является разрыв капли. В зависимости от движения волокна капли могут оставаться внутри волокна или отрываться в воздухе.

Любое сильное механическое или аэродинамическое воздействие приведет к отделению конденсата от волокна, и влажность не будет эффективной.

Если рассматривать процесс увлажнения существующего хлопка и волокна на основании упомянутого теоретического анализа, то после очистки хлопка его на пневмотранспорте передают в сепаратор для увлажнения с помощью парового распыления. При транспортировке скорость воздуха в два раза выше, чем у хлопка, поэтому он уносит с собой влагу в виде капель на поверхности волокна.

В случае смачивания волокна в существующей пресс-системе влага, распыляемая на поверхность 50 см волокна плотностью 12 кг/м³, вызывает очень неравномерное смачивание.

Если влажность волокон I-II сорта, выработанных по нормативным требованиям, составляет 7,5 %, а III-IV, V сортов увлажняются до 8,5 %, то требуемая эффективность увлажнения ( ) определяется как:

=-

для  I и II сортов волокна

=8,5-

для III, IV, V сортов волокна будет равна

7,5- .

здесь - норма влажности волокна по требованиям стандарта, %,

- влажность волокна в технологическом процессе до увлажнения, %.

Если хлопок обрабатывается без сушки, учитывая соотношение между влажностью хлопка и влажностью волокна будет равно:

=- 0,7W                                                                     (3)

где  W- влажность перерабатываемого хлопка,%

Согласно технологическому регламенту хлопчатник I-II сортов перерабатывают при влажности 8%, а остальные виды - при влажности 9%., тогда равенства имеют вид:

= 8,5-0,7*8=2,9 %  (для I и II сортов хлопка)

= 7,5-0,7*9=1,2 %  (для III, IV и V сортов хлопка)

Так, даже при переработке хлопка по установленному технологическому регламенту возникает необходимость увлажнения волокна на 1,2-2,9%.

Как видно из приведенных выражений, максимальная и минимальная увлажняющая способность технологии и оборудования для увлажнения волокна зависят от исходной влажности хлопка и хлопкового волокна и режима его обработки. Величина увлажняемости волокна зависит от исходной влажности хлопка и влияющих на нее факторов, т.е.

                                        (4)

здесь - начальная вжность хлопка,%,

- расход вохдуха в сушильном барабане /час,

- температура сушки, ,

- производительность сушильной установки

- количиство сушек

- коэффициент, отражающий изменение влажности волокна в технологических процессах после сушильного барабана.

Поэтому для выбора технологии и оборудования для увлажнения волокна, то есть для определения эффективности их увлажнения, прежде всего необходимо знать предел изменения исходной влажности хлопка по сортам и закон их динамики в технологическом процессе.

Таким образом, количество влаги, необходимое для увлажнения хлопка или волокна, варьируется в зависимости от содержания влаги и производительности волокна, независимо от того, выполняется ли процесс распылением воды или паром. Следовательно, для работы с переменной влажностью требуются технология и оборудование увлажнения. Для этого необходимо знать величину необходимого расхода влаги.

Известно, что влажность волокна определяется по следующей формуле:

                                                                   (5)

Важность волокна после увлажнения определяется как:

                                                                    (6)

здесь  и - масса волокна до и после увлажнения, кг/час.

 и - влажность волокна до и после увлажнения, %.

Определение количества влаги, полученной в процессе смачивания волокна, производится следующим образом:

                                             (7) 

G_c- масса абсолютно сухого волокна, кг/час. Определяется как:

                                            (8)

Масса волокна подаваемого на увлажнение:

                                                       (9)

Масса волокна после увлажнения:

                                                       (10)

Расход воды для увлажнения:

                      (11)

здесь φ- коэффициент полезной работы по расходу воды,  - количество влаги, переданной волокну, кг/час.  - общий расход влаги.

Требуемое количество влаги для увлажнения приведено в табл. 1 при производстве волокна  от 1500 кг/час до 2500 кг/час и влажности от 1% до 3%.

Таблица 1.

Расход пара для увлажнения волокна

Выводы: Как видно из табл. 1, расход пара на увлажнения зависит от значения коэффициента φ, а эффективность увлажнения волокна от 1 % до 3 % при 1500 кг/час при φ=0,7 составляет 6,37 по сравнению с φ=1,0. соответственно до 18,72 кг/час, с 8,49 до 24,97 кг/час и с 10,61 до 31,18 кг/час при потреблении большего количества водяного пара.

Если подсчитать срок службы увлажнителя и электроэнергию, используемую для превращения воды в пар, то видно, что налицо значительные экономические потери. Поэтому важно снизить коэффициент использования водяного пара φ до φ≈1, что является целью дальнейших научных и практических исследований.

Список литературы:

1. Гуляев Р.А., Мардонов Б.М., Лугачев А.Е. О результатах экспериментальных исследований по изучению влияния влажности хлопка-сырца на выход и показатели качества хлопкового волокна // Проблемы текстиля. -2013. -№2. -С. 27-30. (05.00.00. № 17)
2. Лойцянский Л.Г.Механика жидкости и газа. М.Наука, 1973, 847 с.
3. Никитина Л.М.. термодинамические параметры и коэффициенты массапереноса во влажных материалах. Москва. энергия. 1968 с 9-17