ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА УВЛАЖНЕНИЯ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

АННОТАЦИЯ

В статье проведен теоретический анализ процесса увлажнения хлопкового волокна. Выявлено, что испарение капли воды на поверхности волокна за счет конденсации зависит от динамической вязкости воды и пара, а также сил поверхностного натяжения воды, когда парциальное давление влаги при температуре воздуха не меняется.

ABSTRACT

 The article provides a theoretical analysis of the process of moisturizing cotton fiber. It was found that the evaporation of a water drop on the fiber surface due to condensation depends on the dynamic viscosity of water and steam, as well as the forces of water surface tension, when the partial pressure of moisture does not change at air temperature.

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

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

Введение. Aктуaльнoсть пpoцессa увлaжнения хлoпкoвoгo вoлoкнa вызвaнa тем, чтo пoкaзaтель влaжнoсти является oдним из вaжнейших фaктopoв, влияющих нa сoхpaнение пpиpoдных кaчественных пoкaзaтелей хлoпкoвoгo вoлoкнa пеpед пpессoвaнием. Сoглaснo гoсудapственнoму стaндapту O’z DSt 604:2001 «Вoлoкнo хлoпкoвoе. Технические услoвия» и Технoлoгическoму pеглaменту пеpвичнoй пеpеpaбoтки хлoпкa-сыpцa          ПДИ 30-2012 хлoпкoвoе вoлoкнo пеpед пpессoвaнием не дoлжнo иметь влaжнoсть менее 5 % и дoлжнo увлaжняться дo 7,5-8,5 % [1].

Тaким oбpaзoм, сoздaние эффективной технoлoгии увлaжнения хлoпкoвoгo вoлoкнa является oднoй из сaмых aктуaльных зaдaч нa хлoпкooчистительных пpедпpиятиях pеспублики.

Результаты исследований. Рассмотрим некторые теоретические вопросы увлажнения хлопкового волокна. Если процесс увлажнения продолжается, мономолекулярный слой утолщается, образуя полимолекулярный слой.

Что касается хлопкового волокна, то оно считается неабразивным материалом и при увлажнении не образует мономолекулярного слоя. Конденсированная влага оседает на поверхности волокна в виде капель различного размера.

Коэффициент использования по расходу воды зависит от давления водяного пара R_b, температуры t_b, расстояния от отверстия для ввода пара до поверхности волокна D, времени нахождения волокна на открытом воздухе после увлажнения t, потери влаги при пропускании увлажненного волокна ΔW_й, коэффициент Р, учитывающий испарение влаги из волокна в окружающую среду, т.е.

                       (1)

Значения R_b=3 кг/ч, t_b=85 °С остаются неизменными в пароподготовительном оборудовании, применяемом на хлопкоочистительных предприятиях, используем эти значения в расчетах.

На основании ряда исследований [2,3] установлено, что влияние расстояния D между распылительным отверстием и поверхностью волокна при увлажнении материала на качество увлажнения существенно.

Распыляемые частицы воды и пара выходят из отверстия в виде факела и под воздействием воздуха разбиваются на мелкие кусочки. Факел сохраняет свою форму на определенном расстоянии и со временем начинает распадаться на мелкие капли за счет поверхностного натяжения и поверхностных сил. В этом случае наиболее важной проблемой является то, что расстояние D_ni больше, чем длина факела L_f. Если D < L_f, распыленная влага не успевает полностью разделиться на мелкие капли. В результате слой воды налипает на поверхность волокна, делая его ломким, а если он слишком велик, увеличивается испарение распыленных капель воды в окружающую среду.

Конденсированные капли воды испаряются в воздух, когда волокно находится на открытом воздухе или при передвижении в пневматических устройствах, снижая эффективность испарения и увеличивая потери воды.

Условием, наблюдаемым на всех хлопкоочистительных предприятиях, является уменьшение массы пропитанной кипы волокна, что на практике и является причиной претензий покупателя волокна. Основная причина этого заключается в том, что волокно испаряется в процессе хранения в результате падения верхней части волокна на внешнюю сторону слоя в конденсоре.

С учетом исходной влажности волокна необходимы теоретические исследования для определения основных параметров режима увлажнения и времени увлажнения. Важно определить скорость увлажнения. Анализ литературы показывает, что теоретические основы увлажнения хлопка и волокна практически не созданы.

Известно, что в процессе увлажнения происходит обмен влагой и теплом между волокном, увлажняющим агентом и атмосферным воздухом. Обычно из-за высокой температуры увлажняющего агента тепло от него передается волокну и воздуху.

Часть водяного пара в каплеобразном состоянии может испаряться в воздух, а часть может оставаться в волокне. Количество влаги, остающейся в волокне, зависит от коэффициента вязкости m воды и пара, а также сил поверхностного притяжения s_v. Известно, что динамическая вязкость воды определяется следующим образом [4]:

где  R — растягивающая сила, действующая на частицу воды; F-контактная поверхность воздух-вода; V - относительная скорость слоя частиц воды под действием силы T; n-толщина элементарного слоя частиц воды.

С повышением температуры вязкость жидкостей в капельном состоянии значительно уменьшается, а воздуха увеличивается. Причина этого в том, что вязкость газов обусловлена ​​ее молекулярно-кинетической природой, а вязкость жидкостей — силой связывания молекул.

На контактную поверхность, образующуюся между каплями воды и соприкасающимся с ней воздухом, действует сила поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение зависит от температуры и определяется по следующей формуле [10]:

где  B=235,6*10^-3 н/м для воды; v=-0,625; м=1,256; T-критическая температура T=647,15K, T_c-температура воды.

Выводы. Испарение капли воды на поверхности волокна за счет конденсации или конденсации из воздуха зависит от динамической вязкости воды и пара, а также сил поверхностного натяжения воды, когда парциальное давление влаги при температуре воздуха не меняется.

 Также целесообразным для технической реализации является создание и использование при увлажнении хлопкового волокна отжимных устройств с подогревом, что позволяет значительно увеличить равномернрость увлажнения волокнистого материалы.

Список литературы:

1. Гуляев Р.А. Методы создания комплексной технологии увлажнения хлопка –сырца и хлопкового волокна на хлопкоочистительных заводах. Дисс. д.т.н, Ташкент 2016.
2. 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)
3. Ибрагимов Х.И. Совершенствование теории и технологии подготовки хлопка сырца к процессу джинирования для сохранения природных свойств волокна и семян./дисс.д.т.н. Кострома .2009 354с
4. Лойцянский Л.Г.Механика жидкости и газа. М.Наука, 1973, 848 с.