автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка теории и методов расчета процессов разделения в химической технологии текстильных материалов

О -у?

9 О1

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕКСТИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕЛИ А .Н 4 КОСЫГИНА

На правах рукописи УДК 677.027.13Д162+66.047.7(043.3)

РЕУТСКИ1! ВАЛЕНТИН АНДРЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ В ХИШЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТЕКСТШЫМ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных

материалов

Специальность' 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

.ДИССЕРТАЦИЯ' на соискание ученой степени доктора технических наук (в форме научного доклада)

¡.!осива - 1990

Г' ! /^ У '■У У • А,..

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени текстильном институте шани А,Н,Косыгина (МТИ),

Официальна оппоненты? доктор технических наук, проЛвсоор !« заслуженный деятель ноугд-и техники

РСДОР Малышков Б,Н. доктор технических наук, профессор Чесунов Б.!,1,

доктор технических наук Мадгаш Э,С,

Ведущее предприятие» •- ШЮ ШЮПпК . (Лаучно-иосладовательоки

' институт органичоскпх полупродуктов и краснтела1'0,

Зашита диооортации состоится" Ы. О " ХЭЗОг,

в /о7 часов па заседании специалнзпровшшого ответа Д 053.2й.0] В Московском ордеца Трудового Красного Знамени текстильном института имени Д,II,Косыгина (г, ¡.кзота, .Малая Калужская ул,, д,1),

- Диссертация р форме научного доштда разослала

Ученый секретарь специализированного совета . д,т,н,, профессор

,1^ДРЯВИН

/■кт.уалыюсть ТРОТ/

Процессы разделения в химической технолога л текстплышх материалов широко используются в отделочном производство (пр'о-- песец сршп я промнвки), а также в системах гпзо- п водоочистки на текстильных фабриках л в производства химических волокон.

О позиций ресурсосбережения процесс» сушил п промнвки тексгилышх материалов представляют собой наиболее энергоемкие стадии отделочного производства п на их проведение затрачивается до 70-00$ nest! энергии, затрачиваемо!! я отделочном производстве, а на проведение промнпкп с учетом многократности ее повторения расходуется до ,150 л годн на кпдашй кг ткана.. При этом до ГА)% води после промнвки уходит в сточные воды, создавая дополнительные трудности в охране окружающей средн. Общее водопо-требление л onto ft и тексгильноЯ промышленности составляет примерно i% от общего пропиленного водопотребления. Необходимо отметить, что расход энергия и води на проведение процессов су-Шнл и промнвки л напей стране в несколько рол превышает расход энергии и води для тех ко цел et! в передовых капиталистических странах, что говорит о болышх потенциальных возможностях ресурсосбережения при проведении соотивтстпупчнх процессов.

Эта OTCTajaimo обусловлено в значительной степени отсутствием теории соответствующих процессов п инжеиерггох методов их расчета, поскольку только такие метода могут обеспечить достаточно точное прогнозирование научно обоснованных норм расхода года И энергии, определить требуемое число мавшп в технологических линиях и разработать необходимые для этой поли рациональные режимы работы промывного п сушильного оборудования.

Цель я задачи исследования. Цель исследования заключалась в разработке теории процессов разделения в системах: гаэ-текс-тилышЯ материал и жидкость-текстильный материал п в ее использовании .геля ссяданшг вф^ечтипных и надежных методов расчета промывного и ертгильиого оборудования.

Длч достижения постаачешгоЯ цели били решены следущие задачи: разработаны теория п метода расчета кинетики протекания np'Ui'iccon разделения в системах газ (жидкость) - калпллярно-по-jii-r-cj"1 тол:-, (тзксгплышП материал); внведено обобщенное уравне-•н ;' пригодное для описания кинетики но только

и про'лмвки текстильных материалов, но и для опп-

сания кинетики таких оогектов классической теории массопередачп, как процессы разделения в системах газ (пар) - жидкость (процессы абсорбции и хемосорбции, регенерации абсорбента, процессы ректификации); на осноье обобщенного уравнения массопередачп разработаны методы оптимизации процессов сушки и проминки текстильных материалов, разработан метод переноса результатов лабораторного исследования на промышленное оборудование, позволяющий прогнозировать ожидаемый технологический зф[>окт от применения раз-дачных интеисифицируццих. фактором; исследованы процессы сушки и прошвки текстильных материалов в режимах прососа теплоносителя, фильтрации промывной воды сквозь ткань и обтекания ткани этой жидкостью, совмещения реаима фонтанирования дисиерст« волокнооб-разущих полимеров с закрученным потоком теплоносителя; исследованы сорбционно-структурнне свойства тскстилышх материалов как объектов сушки и прошвки; исследованы условия равновесия для процесса прошвки мерсеризованных тканей; теоретически и экспериментально исследованы структура потока дисперсных частиц волокнооб-разущего полимера в аэрофонтанной сушилке с боковыми вводами те-илоносителя; абсорбционная очистка газовых выбросов от нескольких компонентов исследована на примере двух крупнотоннажных процессов хемосорбционной очистки газов; показана применимость обобщенного уравнения массопередачп душ математического описания хеыосорбции в системе газ-кидкость, проведен теоретический анализ абсорбционной очистки газов при резко изменяющемся расходе газовой фазы по высоте абсорбера.

Научная новизна. Разработаны теория и методы расчета процессов разделения в химической технологии текстильных материалов; на основе теории выведено обобщенное уравнение массопередачп и предложены методы расчета конвективной и контактной сушки текстильных материалов, конвективной сушки дисперсных волокнообразующих полимеров и промывки текстильных полотен после мерсеризации, после крашения и печати, а также процессов промывки шерстяных полотен после крашения и валки, применительно к днухстадийным процессам сушки и прошвки, включающим стадии различной физической природы о резко различающимися скоростями протекания; разработано модифицированное обобщенное уравнение массопередачп; получены аналитические зависимости для определения параметров вибрации при обработке комкуицихся дисперсных волокноооразуыщпх полимеров в сушилках о вибрирующими поверхностями нагрева, и показана примени-

мость обобщенного уравнения массопередачи для математического otmcamm процесса сугата.

Ляпо математическое описание сушки шооиовлаяши ацетатных производных целлюлозы (до- п триацетат цлдтогоэ») в аппарате фонтанирующего слоя с дополнительным вводом теплоносителя;

разработана и экспериментально подтверждена физпческал модель контактно-сопловой с.утки для текстильных материалов;

математически описан процесс соплопой сушкк поренцопой льняной треста ля основе инвариантности кинетической припой к режиму сушки ;

на основе анализа промывки с позиций теории мпссонередачи создано общее математическое описание процесса, справедливое длл различных условий ого проведения;

исследован» сорбционнне и Зильтрадиотше характеристики хлопчатобумажных тканей применительно к прошпке последних ira мякпшах различного тина.

Практическая ценность и реализация работы л промышленности

Разработаны методы расчета сушильно-промывних линий и промн-вных машин, выданы рекомендации по рациональным реднмам их работы.

Основные результаты работы внедрены в Ивановском ШИШИ, на Димитровгрядоком копровосуконном комбинате, па Куиавмнской тонко-сукошюИ фабрике им.!!.!?./пшмона и на Московских тонкосуконных фабриках им.Петра Алексеева и "Оспобоядонтшй труд".

Суммарный экономический эффект от внедрения разработок сос-талил '190 тис.руб. л доле f.fflt, а общи!! ркономичсокий эффект -Т46Й тнс,1уб.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всепочшшх конференциях по интенсификации процпссоп тепло- и Míiocoortt.'ena в основном применительно к процессам сушш и промывки т<>котнлг.ш;х материалов в Калинине (1977 г.), в Москве (1970, 1Ж\ т->1 ):), ti (9ВЭ гг.), п Одессе и Харькове (1905 г.), в Судах iip/щ г.), в friiicw (ЛЧЮ и IОНО гг.) и на ежегодных туч-лип г- ч :<-••>чн'Н'<ч ("H!.

: » ........ '••>!: • л r"">:inn;.4'f-'rfx и отделын/х Из-

1, Б.С.Оажш, Б.А Л'еутишй. Процессы сушки и промывки текстильных материалов: теория, рисчет процессов. М.: Леглромбытяэдат, 1991) (14 и.л.)

2, Б.С.С'ахин, ДЛ1 ЛУдиы, ВД.Рьутскнй. 11идроыехшшчвс-кие и диффузионные процессы. Ы.: Легнромбытиздат, 1966 (12,5 и,л.)

(, Б.С.Сакин, В.А.Реугский и др. Процессы ирошвки тканей и метода их интенсификации. М.: Легкая и пищевая проьшшлоннооть, 1904 (13 п.л.)

4. Б.С.С&кин.Ъ.АЛ'еутскиИ, М.К.Кошелева. Пути повышения аффективное™ процессов промывки текстильных материалов. Ы.; Легпроыйитиздат, 196Ь (3 п.л.)

Ь. М.К.Кошелева, Ы.Ф.Малышева, Б.А.Реутский, Б.С.Сшшн. Сушка нетканых штериалов и пути повышения ее оффэк-тивноОти. М.: 1рШТоИлогароц,. 1990 (3 и.л.)

6, В.А.Реутский. Процессы хпмиоорбции, Итоги науки и техники. Серая: Процессы и аппараты химической технологи», т.4. М.: ВИНИТИ АН Т976 (5 п.л.)

7. р.В.Кафцров, В.А.Реутский и др, Альбом математических описаний и алгоритмов ущ^&чьния типовыми процессами химической технологии /под редЛКЦ.Кафарова. М.: НИИГЭШММ, 4.1 - ч.З, 1971), 1 и'/6 гг. (10 н.л.),

а такие в (I авторских свидетельствах и в 63 статьях, опубликованных в центральных научных журналах.

ОСНОЫШ «1ДКРЖЛ1ШЕ ГАПО'Ги

1. Теория мяссоперпдячи применительно к процессам разделения в химической технологии токетнлышх материалов

1.1. Кинетика меженного переноса вещества в системах о капиллярно-пористыми телами

Согласно классической теории массопереда'га движущей силой процесса переноса вещества из капиллярно-пористого тела (текстильного материала) в газ (пронесен суипси) или жидкость (процессы промивкл) ИЛИ Противоположном НППраПЛеНИИ является разность химических потенциалов переносимого (распределяемого) вещества п твердом толе и в окружающей среде. Механизм и кинетика переноса вещества определяются капиллчрно-нористой структурой твердого тела и условиями проведения соответствующего процесса разделения. Нопосредственное определение химических потенциалов при расчете реальных технологических процессов разде-леггая является затруднительным, поэтому движущую сплу процессов массопередачи обнчно принято вираялть как разность рабочей концентрация распределяемого вещества п одной Фазе и концентрацией этого вещества, равновесной с рабочей его концентрацией в другой фазе. Такой подход является общепринятым для типовых процессов разделения в системах газ (пар) - жидкость, таких как абсорбция, десорбция и ректификация, и достаточно широко применяется для математического описания кинетики сушки, хотя в этом случав в связи с практической невозможностью описания изотерм сорбции-десорб[01и а иеизотермичпеких условиях во многих случаях приходится прибегать к различным корректировкам.

Для процессов разделения с участием кзпиллярно-пористнх тел более обоснованным является теоретический подход, основанный на решении уравнения диффузии Фнка:

1«де С - концентржшч ]|п<чф<-дпл«емого компонента в тнфдом

Т1'лч;

сЬ - коаЭДициеит .'»•Н'Окт.шноИ двГФгжга (к...яг,{1ицитчт мао-

)

(I)

I1]

X. - пространственные координаты.

В случае одномерной диффузии (для пластины) уравнение (I) принимает вид:

<8>С Ол ЪеС (2)

Для частиц текстильного материала цилиндрической формы, например, для одиночного волокна, в результате перехода к цилиндрическим координатам уравнение Фика можно представить в виде:

где - радиус цилиндра,

В общем виде для тел различной геометрической формы (пластина, цилиндр, шар) уравнение Фшса можно представить в виде;

Я^/^С » Г \ (41

+ у Эр ) ' (

где ^ - обобщенная координата: - х для пластины;

^ и Т- для сферы и цилиндра;. Г - постоянная, учитывающая форму частицы (для пластины Г = 0; для'сферы Г - 2; для цилиндра Г - I).

Для практического использования уравнения (4) его необходимо проинтегрировать при заданных начальных н граничных условиях. Начальные условия определяют распределение концентраций переходящего компонента в твердом теле в момент времени, принимаемый за начало отсчета, а граничные условия учитывают взаимодействие твердого тела с окружающей средой (газ, раствор).

Согласно граничный условиям первого рода задается концентрация распределяемого компонента на поверхности твердой частицы. Часто ее принимают равной концентрации этого компонента в окружающей среде, хотя такое допущение является справедливым лишь при определенных условиях. В частности, при пропитке это допущение становится справедливым, начиная с некоторого момента времени, когда достигается равновесие но распределяемому компоненту между окружающей средой и поверхностью ТВЕРДОГО ТЕЛА. Согласно граничному условии второго рода

ira границе окружвдеН среди и твердого тела, принимается равенство потоков вещества, подводимого к поверхности за счет диффузии и отводимого о поверхности в окружастцуга среду:

где(рС/Э*)^- градиент концентрации распределяемого компонента в .твердом толе у поверхности чаотицн; Jb - коэффициент массоотдзчи от поверхности частицы в окрулсдацую сроду.' Значение Jî* определяется гидродинамической обстановкой. Решение уравнения (3) применительно к одиночному волокну, рассматриваемому как тело цилиндрической формы, с граничным условием второго рода (ото граничное условие часто называют гра-!птч1гш,1 третьего рода, подразумеваемая в качестве граничного условия второго рода равнение (G), в котором в качестве праэой части используется циничное условие первого рода) тоет вид:

где - функция Кесселя первого рода пулевого и первого

порядка ;

■ Я., t - радиус волокна и токутций радиус} fb - критерий Фуръо; Fo-Sîi'iYR-2 ~ массообменнкй критерий 4урье;

Ь; - ыассообменннй критерий Био ;

- корни характеристического уравнигоя

1.2. Обобщенное уравнение моссопередачи

Интегрирование уравнения Фикя для тел канонической формы позволяет получить нестационарные уравнения межфаэного переноса распределяемого компонента, что является общим случаем для процессов разделении в химической технологии текстильных материалов. В некоторых случаях нестационарный процесс массопереио-са потно ряссг.птрипатг, как кдазистацио!мг"ш1 и тогда процесс, и&соог'.'р^ко^а мода? быть рриблпяевно описан традиционным ураэ-

- - , Коь(с-пС'), (?)

где К - поверхностная плотность текстильного материала;

Коь- общий коэффициент массонередачл, определяемый уравнением:

1/Коь--= 1/_$Ь VТп/р,' , (8)

где ~ соответственно коэффициенты массоотдачи, отнесенные и твердой и газообразной (жидкой) фазам;

т - константа равновесия;

О,О' - концентрации распределяемого компонента соответственно в твердой $«зо и окружающей среде.

Примечание: в квазистационарном процессе под ГС подразумевается отношение текущей длины заправки текстильного материала к скорости его проводки в промывной или сушильной машине.

Кинетические кривые, получаемые в результате интегрирования уравнения диффузии Фика или в результате интегрирования уравнения массопередачи (7), в общем случав имеют вид -образных кривых или кривых, образующихся отсечением верхней или нижней ветвей последних, как это показано на рио.1.

А]-; А^; В£; Ну - глобальные равновесные концентрации (ассимнтоты).

Общность форм кинетических кривых позволяет предположить возможность единого математического описания для различных по овоей физической щшродо и но разовому составу процессов мас-сопередачи.

1,1

Физическое объяснение сущаствовагшя трех основных форм кинетических кривых применительно к типовым процессам шссообмена заключается в следующем. При противотоке фаз (этот случай является типичным при проведении типовых процессов) при малом количестве воспринимающей распределяемый компонент фазы происходит ее быстрое насыщение До состояния близкого к равновесному (по отношению к рабочей концентрации распределяемого компонента отдающей его фазы), что соответствует форме 2 кинетической кривой.

Наоборот, при значительном избытке воспринимающей фазы, по сравнению с теоретически необходимо* количеством, котдентрация распределяемого компонента в отдающей фазе приближается к состоянию равновесия с рабочей концентрацией этого компонента в воспринимающей фазе, что соответствует форме 3 кинетической кривой.

И, наконец, если воспринимающая и отдающая ({азы используются в теорстичесю! необходимых количествах, то на одном из концов массообменного аппарата происходит насыщение воспринимающей фазы, а на другом конце - отдающей фазы, что соответствует форме I кинетической кривой.

Эти физические объяснения мо1ут быть легко распространены на массообменные процессы отделю!, а также на нестационарные процессы массопореноса.

При выводо обобщенного уравнений массопередачи приняты следующие допущения,

1. В отличии от традиционного уравне!шя массопередачи (7), которое всегда записывается по одной из двух взаимодействующих фаз, обобщенное уравнение массопередачи должно включать в себя параметры обеих взаимодействующих фаз сишетричным образом.

2. Роль равновесных концентраций в обобщенном уравнении массопередачи доданы играть ассшптоти Ар Ло, В^, инши словами дшияушая сила в обобщенном уравнении массопередачи должна определяться через отклонение рабочих концентраций распределяемого компонента от ассимптотических концентраций. Такие концентрации в отличие от локальных равновесных концентраций, используемых в традиционном уравнении массопередачи, мояно назвать глоблльнш.м равновесными концентрациями.

3. Обобщенное уравнение дожио опНсппаТЬ, не изменял г.ьооя ш-^мятичоской формы, лгайуп из трех форм пинетаческих

На основе сделанных допущений была постулирована следующая форма обобщенного уравнения массопередачи:

-Н ^ ~ к'(^с)Сс'-ь') > (9)

где» - константа скорости процесса, предполагаемая неиз-

менной по высоте или по длине масоообменного <шпа-•:. , рата;

О - концентрация ужопроделяемого компонента в среде, находящейся в контакте с текстильным материалом; 1ПШ1ЯЛ асимптота дли кинетической кривой, выршкон-ноИ через концентрацию С ,

Качественный анализ уравнения (9) нопаэываот.что оно удовлетворяет сделанным' выше допущениям в случао В -образной кинетической кривой. В верхней и нижней частях кинетической кривой скорость процесса, гоомотричоски определяемая тангенсом угла наклона .касательной к соответствующему участи кривой, будет минимальной, носколысу прмблинатш 0 или 0 к своим равновесным значениям А и В будут стремиться к с но биту минимальному значению. В средний части кинетической кривой скорость ироцеоса будет максимальной, носколысу произведение обоих множителей достигает в этом случае своего максимума, ибо первый множитель по маре удаления от верхней асоимптоты А непрерывно увеличивается, а второй множитель - непрерывно уменьшается, и поитому в средней точке кинетической кривой произведение проходит через мак-орцум.

Если в верхней части кинетической кривой величина А ьоара-стает в несколько раз гю сравнению с начальным значением С(0»Си^( то V* - образная'кривая автоматически переходит в кривую 2 (на рисД), а, ее.та в нижней части кинетической кривой коночная концентрация с' резко возрастает по сравнению о величиной £> | то & -образная кинетическая кривая принимает форму 3 (на рис.1). Эти измерения могут быть достигнуты либо за счет изме- , нения количественного соотношения между текстильным материалом и раствором (при щюмцвко) или газом (при сушке), либо за счет резкой интенсифишииш процесса массообмена.

Наконец, из форгли уравнения (Я) видно, что оно включпот в . себя параметры взаимодействующих [{»аз А и 11 и соответствующие

j. j,

¿ívinwuTpmvni С ir ü/ симдатршншм образом.

Доя практических полой при расчете процессов сушш и промывки уравнение- (9) необходимо проинтегрировать. Дта этого необходимо выразить концентрацию с' в правой части уравнения черен концентрации С, что может быть сделано ни основе уравнения материального баланса, связывающего между собой текущие значения концентраций С и С :

' MAifclc = Qdc' ' (I0)

или в,интегральиой форма получим: ЬмУССи-с^дСок-С) , (ц)

.где 1Г - скорость проводки текстильного материала;

Q - расход rana или жидкости, взшплодейстпуяптх о теко-тилыгим материалом;

начальная концентрация распределяемого компонента в текстильном материале; Ок. - конечная концентрация распределяемого компонента в

1'азе или в промином растворе; %> - ширина полотна текстильного материала. Из уравнения (II) следует

О' — CV — С^С , (12)

Подставляя значение С из уравнения (12) й уравнение (9), получим:

С^ .-, - (Л К (í\ (С , (13)

где . •> ь-Сь'-^Ад •

В результате интегрирования уравнения (13) найдем взаимосвязь между временем процесса разделения njnt текущей Длиной заправки текстильного г.еттертл-ч и тагуч'УЛ концентраций распределяемого компонента в текстильном материале:

" , di)

гдо

I и-слес-еа ]

Из уравнения (14) следует, что продолжительность процесса разделения прямо пропорциональна безразмерному концентрационному комплексу. 2, , что может быть использовано для определения параметров обобщенного уравнения массопередачи А, В и К. Параметры А и Б зависят от условий проведения соответствующего процесса разделения (соотношения потоков фаз, температуры, используемых факторов и интенсификации процесса), поверхностной плотности текстильного материала, скорости проводки материала. Часто значения параметров А, В приближаются к концевым равновесным концентрациям СНр и , но при этом ьсегда соблюдается неравенство:

к> Снр >

Г (Го)

причем минимальное различие между глобальными и концевыми равновесными концентрациями 5-10/».

1.3. Определение параметров обобщенного уравнения массо,передачи

Для определения параметров обобщенного уравнения массопередачи можно использовать различные методы в зависимости от располагаемой предварительной информации о соответствующем процессе разделения. В частности, легко установить взаимосвязь между традиционным уравнением массопередачи и обобщенным, которая может быть использована для определения константы скорости процесса К, если известен общий коэффициент массопередачи КрБ или коэффициенты массоотдачи

Дня установления такой взаимосвязи представим скорость процесса разделения о помощью обобщенного уравнения массопередачи и традиционного уравнения массопередачи. Тогда получим:

-М ^ . (16)

В уравнении (16) правая чооть вираже но. через коночную ргиз-иовосиую концснтранда Сур , как ото принято делать при расчете процессов сушки. Газрешпя уравнение (16) относительно К, получим:

к с- _y'°ts С

(IV)

Если приближенно принять, что С^ = Р, то из уравнения (17) следуот:

к-к*/(>0 т

¡1з уравнения (1У) видно, что коэффициент ыасоокерадачи для процессов суши! в общем случае является переменной величиной, .поскольку ого величина ¿зависит от текущей концентрации распределяемого компонента С, и jnnur, при очонь мк значениях С, стремящихся к нулю, значение Кое стлноштоя постоянным. Этот выгод подтверждается тем, что при глубокой еушю зшнеппо-скую кривую для .второго-периода процесса приходится разбивать на несколько участков, для кгидаго пз которых принимается сиоо значение К os •

В случае сушки днонеропих волокшюГфздую^пх нолтмора» константу К мояпо определить из теплового бал/шеа дгч чаитнцч сушимого материала: л мегдепт, когда скорость ojro.w Ц, míikch'W-льнп (в случае ^ -образной юШбТСчеонпЛ кривой '»то ¡.мост место для точки перегиба. кривой), псе подводимое к частице гоихс идет на испарение клага

■ ь (19)

Лбсцисея точки перегиба определяется уцаднепим.и .

Подстапл.'тя ?hu4üi«!0 но ураин<лнч (ЛО) в урштешю

(13), найдем

к . 24-х - , (20

1о

гдо ^ - кооффиционт тештотдачи от газа к материалу; с\ - ОШШВаЯОН'ПШЙ диаметр чистнцн; 4 - геометрический коэффициент форлы; оЬ - температура теплоносителя;

- температура мокрого тирмиметра; § - плотность материала; Т. - теплота парообразования

На уравнения (21) видно, что параметр К для щюцисса сушки определяется скорость») подвода тепла к материалу.

Лналогкчнпм образом можно найти К с учетом коэффициента ыаосоотдачи ^ :

Лар.-шитр Л мокно иайтп исходи нзкрптичиского адагооодор-;хаш<я С^р , с которого начинается удаление из тт«риала связанной влаги, и период падащей скорости сушки, на основе уравнения:

а.о / -а

(за)

где

ЛЛ — ~—: ? о —

'. Решение уравнения (7) можно легко найти графически, ноот-роив "раз.н навсегда" хра^ии Функции ^ (х).

.Используя метод Красникова В,В., уравнение -обризной . кинетической .кривой можно применить'для описания обобщенной ки-нотичоской кривой суиет С==С(г^'С (гдо Л/" -максима-

льная скорость суипси в точке перегиба кинетической кривой):

- ¿С/сК^- кЧ^Хс-ь) , (24)

гдо

Тик как уравнение лишь и шнчшчнтольной степени unpu-додчп-гся ролтлом сутки (при сушно в одном оши-рато), ипргдотр К можно риосггатрктть как параметр, xoj»TCTCpnау^ждаЛ матери-' ял (ото достаточно опрядолить д.и одного роджа сушки).

Для определения параметров различных кинетических урпше- ■ ний на основе ¡.жспорипентсиытх данных часто используется метод наименьших квадратов, недостатком которого является необходимость собдздпшя линоКиости по определяемом параметру искомого кинетического уравнения.

Далеко но xujo кинетические уравнения могут бить приведены к такому виду и, в частности, обобщенное уравнение мэссопереда-чн (14) но может быть линеаризовано относительно параметров А, У и К, поскольку параметры Л и Г) входят в его правую часть как под знаком догоркфя», тал и перед догадхц'шл. Гмшми словами, ураоиотс (14) является относительно параметров тропауидонт-

1шм.

Конечно, обоощшшоо ураинемнв массопередачи в ля.ЭД.«роицк-алъниП форме (уравнение (13) ) легко линеаризовать методом логарифмирования. Однако, ддя иахоздення его параметров метолом наименьших квадратов потребовалось си определение скоростей протекания соответствующего процесса разделения в различило моменты времени, что KC-&ÖT сшть сдслшго- либо методом графического ди-уТюронцировяння, либо методом шшроксиздщш кшкдагшекой кривой в целом или но частям рнагпгчнииш уравнениями. Ото связано со значительными потерями точности при расчете.

Поэту ляп определения пярлиетров обобщенного уршшегшя маосолеред"чн м>; восжш/ловалксь методом нолинеЛиоЯ регрессии (методом Гиусса-Ньнтонз). Сумгность метода заключается л том, что для линеаризации нелинейно'; но параметрам функции используется со разложение п рчд Тейлора с сохранением и ном лишь первых членов ряда. В частности, ©¿озяатяя сбе б^е.гьое ¿«ровне- • чип млосопоредпч.ч символом .ч pa.-vwra» его в ряд Тейлора

по параметрам, поручим:

п^шлолюе по параметрам обо:'элргого у/тшкчгоя мзсссморе-

дичи и точке начального приближения; С1Л•= • ;

К СЦс, ; О,2о ] начально приближения параметров А, 13 и К;

экспериментальные значения г<-'1 для кинетической кривой, полученные при соотнотствуи/нм значениях концентрацнн рао-

•Тфоделяемого компонента 0; гг.,ал- С\л - а_ю }

правая часть обобщенного уравнения массопередачи (14); - значенкл 'Т.; , риссчнташше но уравпшпы (14) при начальных прибмтлшт: партмтров А, В и К, Начальные приближения А и В задаются "на х'лазок", исходя на вида кинетической кривой: чем блика ц оси абсцисс. и чем с моньишм углом наклона приближается кинетическая кривая, тем меньше начальное значение В должно от.'шчаться от коночной концентрации распределяемого компонента на кинетической кривой; с другой стороны, чем сильнее внражока У, -образность кинотеческой кривой, то есть чем меньше угол наклони начального участка кинетической кривой к оси абсцисс, тем ближе начальное нрибли-женио А должно бить к начальной концентрации С на кинетической кривой. Начальное приближение К определяется на основе рао-чета по уршш&нию (14) с учетом принятых начальных приближений А п В для средней концентрации кинетической кривой с использованием соответствующего ей экспериментального значения времени.

Далее на основе уравнения (25) составляется cyi.ii.ia квадратов отклонений расчетных значений времени от экспериментальных • согласно уравнению:

"л- £ (26)

и система уравнений частных производнше но отклонениям параметров от начальных приближений:

ЪК/ъЧа^О*СХсоаг)(-М;") (27)

л

В результата совместного репетш системы уравнений (1)-(3) находим значения ^Ьсх^ первою приблаяетгл, по кото-

рым рассчитывается значения ,<£03 второго приближе-

ния по уравнениям, приведенным пилю с использованием новых эйа-.

чишй аА уаг ; <хъ :

алК, аАО ^сц (30)

+^2. (31)

= аьо (32)

Расчет ведется до тех пор, пока не станет

йеньие малого наперед заданного числа £ , после чего рассчитанные значения и аг> выводятся на печать (расчет ведется на ЭЦВМ или на программируемых калыдгляторах высокого уровня).

Клок-схема расчета параметров уравнения (14) согласно опн-санной методике представлена на рис.Л,

1.4. Влияние гидродинамики потоков на процессы разделения

При проведении процессов сутки и промывки важное влияние оказывает гидродинамика потоков. Тазе, при сушке дисперсных волокно о бра зуггр-х полимеров ira процесс большое влияние оказывает распределение времени пребывания дисперсных частиц и структура их потока. Распределение времени пребывания позволяет судить о степени равномерности процесса сушки, а изучение структуры потока дисперсной фазы - о степени совершенства конструкции используемого для сушки аппарата и вносить в нее необходимые изменения с целью повышения эффективности процесса су гага.

При промывке полотен ткани на роликовых промывных малинах эффективность процесса существенно зависит от продольного перемешивания промывного раствора в промывных коробках, обусловленного движением материала. Интенсивное продольное перемешивание вызывает выравнивание концентршвш загрязнения в промывном растворе и приближение ее во всем объеме коробки к концентрации промывного раствора на вшеоде из последней, à это, в своп очередь,

VA

вызывает умоньмение движущей сиди процесса промывки и, следовательно, необходимость увеличения расхода промывной воды на каждый кг промываемой ткшш для обеспечения требуемой степени промыв кц,

!» настоящее! нромя обедепринятш методом исследования структуры jiovokojd фаз и распределении времени пребывания, применяп-икКся И я humoí; работе, двлнотоя индикаторный метод. Ууот мето; является икснеркмоитальша». Ъ качестве индиг-атора ясволы'уотся

зепестко, коицентршищ кото^го легко поддается жодадонпп ^иаи-»¿ееккш ci:'j',:oce-j.:i;. ,vi<¡ води в жчеитпо мидщкдтора nci;;e ¡ьэуится

ОЙЫЧ1,0 рпСП'ср HOIlüpvíiliOíi Оолв, ИОДШМфШ ¡МеКТрОПрОЛОДНОСТЬ

вода. m»t ;и:с:иро1иы. viuvnu и качестве индикатора (метки) upoic всего ииыольйов:! ¡'Ь >л r«nir шмо частпци, что делалось и в наше« работе при иссладоиашш процесса kohuuktkbhoSí сушки.

Ввод индикаторы в исследуемый поток обычно осуществляется двумя оиц^ш.г.п: от-оЗама - киц'льсшал, км'дь шм порция инди-клторл ш.<;зич,я н.| лхедй в аппарат сАМЮьри&'Ию (теоретически мпк-гонно), и ступенчатый, когда ¡шдгкатор вводится о гмотодн-ii.jü скорлсти>, начиняя с некоторого ыо:юнта j.p«u«.im, ш.шгомниь*.. го :<': n:¡!:;w с,счета. ¡! шнктх исследовании* й>л.иль:н»1и«.-«к TO.1l «э способов.

tV!i.c.ii¡..it:.f ¡шо о ыюдошкш шдокатора на входа в ашацчгг на шкод-.» '.'.з ьш.чг,)ат!1 ь «ечоаии í<.;.¡.m одшоримвнти регисо'рируетоя изменение К0ндй1ггхя«£уп) индикатора во врипщш. Кривая изменения концентр?!цли индикатора на выходе является кривой отклика, OiU-слутет осиовой для опредолотш параметров гидродинамической кс доли яссяодУ<*шго потока. Цель оксиеримонта-опр&делять по кривой отклика два cciionuiiK шдолетра; лреш пробивания частиц н< тока в аппарата - среднего значения © и дисперсии нрсыеш. пробивания <£>£> , Расчет зтих величин при дискретном определении концентрации индикатора О (гдо приведенная концентраты индикатора О = О/С н ; © - безразмерное время пребывания частиц потока в аппарате ' \Уе - объемный расход индикатора; SG, - объем аппарата] проводится ш ({орыулам:

__

<\ л

i

H P tJ

SU 2Л = ZI Nfi^ * O^a^T

л 4

1

-ЭЪОл

■"«bag л

Q^BOb 4 4

СО-Съ)

OTUocu"Ter\4>HO <So, ."Sa? , ъг<1

Qi^CXjo Лйа !

печать ал , o.¡>, а3

J jio.2. JlirtK-csxcwa расчета параметрod ободмстгого урашк-шш главсшмрсдзчи методом пслшрзПпой

Среднее значение концентрации распределяемого компонента на выходе из аппарата Од с продольным перемешиванием на основе С-кривой отклика (кривая отклика на импульсное введете индикатора)

\ , (35)

* х=о

где - кривая отклика (С-кривая), выраженная 1сак функ-

ция времени.

Теоретически модно доказать, что величина дисперсии, определяемая уравнением (3-1), обратно пропорциональна числу ячеек идеального смешения , т.е.

(за)

а при числе ячеек идеального смешения порядка 1и и более,структура потока'в аппарате определяется моделью идеального вытеснения, т.е. отсутствием продольного перемешивания.

В тех случаях, когда по тем или иным причинам не представляется возможным снять экспериментально С-кривую отклика, можно приближенно оценить структуру потока в аппарате на основе его конструктивных особенностей и визуальной характеристики интенсивности перемешивания жидкости. В частности, для прошв ныл коробок роликовой мшшпш можно приближенно принять режим идеального перемешивания жидкости.

1,5, Модифицированное обобщенное уравнение массопередачц (МОУМ)

Некоторые процессы разделения в химической технологии текстильных материалов включают в оебя, наряду с массообменншл процессом, процессы другой физической природы, протекающие последовательно друг за другом и сильно отличающиеся по скорости и продолжительности процесса. Это контактная сушка, когда при контакте влажной ткани с нагретой выше температуры кипения воды поверхностью происходит резкое вскипание воды, и лишь затем начинается процесс массообмена, процессы промывки тканей о отжимом последней на входе в промывную линию, когда значительная чаоть пропиточного раствора, а с ним вмеоте и загрязнения, со-

о

держащегося а нем, удаляется механическим путем а результате отжита при входе ткани в промывную линию, и лишь поело этого удаление загрязнения происходит по законам массообмена.

Особенность кинетических кривых для таких процессов заключается в том, что а течение короткого времени, составляющего обычно менее 10$ от общей продолжительности процесса, происходит резкое снижение концентрации распределяемого компонента, а затем происходит резкой снижение скорости процесса и наступает период постепенно падающей скорости процесса, именуемый для процвеоов суши вторш периодом.

Н&чалышй период имеет особенно большое значение для процессов промывки, поскольку при отжит из ткани удаляатоя примерно ■ две трети пропиточного раствора вместе о содержащимся в ней эа-грямнением.

Для таких стадий обработки тканей представляется возмодши а целесообразным при описании кинетики соответствующего процесса разделения исключить из рассмотрения начальный или нулевой период, рассматривал его как мгновенный, т.е. принимая, что а момент начала процесса происходит скачкообразное изменение концентрации распределяемого компонента от Сн до С* (где С - кажущаяся начальная концентрация распределяемого компонента, о которой начинается собственно массообмен).

Для описания кинетики протекания подобных процессов мы использовали модифицированное обобщенное уравнение маосопередачи (13) в виде:

заменял в уравнении (13) глобальную равновесную концентрацию А на начальную концентрацию распределяемого компонента Сц .

Уравнение (37) в отличие от уравнения (13) применимо для описания кинетики соответствующего процесса разделения лишь на массообыенном участке кинетической кривой, Этого, как будет показано ниже, достаточно для точного определения продолжительности процесса, несмотря на принятое упрощающее допущение.

Константа скорости Кц в уравнении (37) сохраняет свое постоянство при неизменных условиях проведения процесоа а диапазоне справедливости уравнения (37), т.е. в зоне протекания маооо-обменного процесса.

(37)

Интегрирование уравнения (3?) производится аналогично интегрированию уравнения (13) о том отличием, что в качество верхнего предела концентрации 0 используется 1сажущляся начальная концентрация С , а не концентрация Си . Б результате интегрирования получим:

м п гсси-сМс-ь)-"! И / Км(си VI (с^Сс-ъХГ * (м0

ГДв (39)

Уравнение (ЗВ), как и уравнении (14), представляет собой в координатах ,2.'~ГС уравнение прямой, проходящей через начало координат, что используется для определения его параметров С, В и 1Ц.

Значение коэффициента 1Ц может бить определено но величине углового коэффициента прямой в координатах: "2'- 'С . Для этого необходимо предварительно найти значения параметров С и В.

Их величина устанавливается следуй,до методом. Прежде всего заметим, что пирометр С но входит в угловой коэффициент в отличие от уравнения (14), в котором угловой коэффициент зависит как от параметра с'! так и от параметра В. Поэтому угол наклона прямой в координатах за'-"С" зависит только от параметра В, а изменение параметра С приводит лишь к смешении прямой параллельно самой себе относительно начала координат. От правильного определения параметра В зависит но только угол наклони, но и степень прямизны кинетической кривой в координатах г'-Т' .Если значение параметра В завышено, прямая будет искривляться выпуклостью вниз, в противном случаа - выиушюстью вверх.

Исходя из вышеизложенного, вначале задаются произвольным значением параметра С , меньшим начальной концентрации Сн . Наприиор, можно принять Спр ~ О.^'Сн . В зтом случае при правильной опродолетш параметра В прямая пройдет выше или ниже начала координат, отсекая на оси ординат отрезок . Значение параметра В устанавливается методом подбора. Эта процедура значительно упрощается и ускоряется, если для определении параметра Ь воспользоваться методом нашлет.ш;:* ¡шадртов, а рлечот производить с использованием ОШ, контролируя степень прямизны кянотичаской пряной в координатах 'г,ГС по величине коор'мщн-ента корреляции Т-

Расчет параметра 0 производится по уравнениям:

» (40)

ГД'!- 4^[CCn;~b)/fcrCÎÎp)] Q-Xp (4I)

Константа K^ определяется по формуле:

(42)

где "Zi'k - значение , ¡«ссчитшшое по уравнении (30)при

U = UK ;

tvç - продолжительность процесса разделения при С » Оц . ¡(aie и и случаи нилодифицнронянного уравнения массопередачи, молю установить взаимосвязь между константой скорости К и общим коэффициентом массопередачи К05 :

Км (С„ -сХс- Ь) - Vfos (£-С*Р) (43)

Нринипя (З^р приближенно равным В,.из уравнения"(43) пай—

нем :

VCovi- КтлССи-С4) .

(44)

Из уравнения (-14), как и из уравношщ (18) еле,дует, что об-(¡iiiй коэффициент массопередачи является в принципе переменной величиной, поскольку он зависит от текущей концентрации распределяемого компонента fi. Однако, осла рассматривать конечный учаоток кинетической кривой, когда концентрация С приближается к асимптотическому значению В, можно приближенно принять С = В и рассчитать предельное значение КОБ :

Коб - ^(аССн-Ь^) (45)

1.6, Интенсификация промышленных процессов разделения на основа результатов лабораторных исследований

Для сушки и промывки текстильных материалов в промшшетшх условиях используются, 1шк правило, сушильные и промывные маетны, непосредственное применение которых для научных исследований практически невозможно. С другой стороны, на представляется возможным создание таких лабораторных установок, результаты кинетн-

часких исследований, на которых когда бы бить непосредственно перекеоояы на проыыд'лешше установки. Тают образом возникает проблема переноса результатов лабораторных исследований, в частности результатов исследования влияния различит' интенсифнцируы-щих факторов, в промышленность.

Ддя ео решения наш был разработан приближенный метод перо-носа лабораторных данных в производственный цикл. На лабораторной установке определяется относительное влияние различных интенсифицирующих факторов на эффективность соответствующего про-цеоса разделения, например, в форы о степени завершенности :

7^(си-С«УСц (46)

Относительное влияние различных факторов или разл?гчных уровней одного интенсифицирующего фактора на степень завершенности процесса оценивается с помощью безразмерного отношэния:

С^-^'О/Ц (47)

где Т^ - продолжительность процесса разделения до »р без использования интенсифицирующего фактора пли при иаиболее низком его уровне.

Т^ - продолжительность процесса разделения до той же степени завершенности процесса при использовали более высокого уровня интенсифицирующего фактора или при переходе к использованию интенсифицирующего фактора в том случае, осли перед этим он не использовался.

Графическая иллюстрация соотношения (47) показана на рис.3

Рис.3, Графическая иллюстрация уравнения (47). I - кинетическая кривая процесса разделения, полученная без использования интенсифицирующего фактора; 2,3 - кинетические кривив, подученные при использовании интенсифицирующего фактора с более низким (2)и более высоким (3) уровнем.

и 7

Из рисунка 3 видно, что продолжительность процеооа разделения, необходимая для достижения одной л той же степени аавер-шешюоти ироцеоса ^ , сокращается в насколько раэ при использовании интенсифицирующего фактора, причем степень сокращения будет тем большей, чом выше уровень интеноифицируюцаго (фактора,

Очевидно, что в качество отепени завершенности процесса', при которой осуществляется сравнение интенсифицированного и не-интенонфицированного процессов, припишется максимальная степень завершешюсти для неинтеноифнциропанного процесса.

Необходимо отметить, что продолжительности интенояфзщиро^ манного и неинтенсифглцировашюго процеосов, соответствующие одинаковой станет» завершенности, могут быть определены аналитически на основа использования обобщенного модифицированного, иди немодифитшрованного уравнения маооопередачи,

Ташпл образом, на основе вышей здохещюго видно, что при исследовании влияния интенсифицирующих факторов па соответствующий процесс разделения, продолжительности процесса,-опреде- : ленные в лабораторных условиях, не иополъэуитоя непооредотвец- . но для прогнозирования продолжительности соответствующего про-» мшлешого процесса, поокольку лабораторная кинетика вследствие неполного соответствия модеда и прототипа в промышленном процесса не воспроизводитоя. Именно поеюму для переноса лабораторных данных используется не сама продолжительность процесса, а относительная продолжительность, соответствующаяопределенной -степет! завершенности процесса. . '

■ 2. Разработка методов раочета процеосов сушки и промывки на основе обобщенного уравнения маосопаредачи

ЯД. Общий подход к определению параметров обобщенного уравнения массолередачи о учетом условий проведения процесса разделения .' .'

Для определения параметров иодофивдровашого или немодафи-цпрованиого уравнения массопередачи о учетом условий проведения процесса использовалось степенное уравнение, имеющей вид:

С^/^м4) 1 (40)

да ^ - один Из параметров обобщенного уравнения маосопередачи;

О», - факторы, характеризующие условия протоканяя процесса разделения (температура, скорость проводки ткани, поверхностная плотность материала и т.п.);

Уп - число учитываемых Дикторов.

Индекс "м" показывает, что помоченные им величины использованы в качество масштабных (масштабов измерения).

Параметры уравнения (40) и СХ-Ч оценивались по методу . наименьших квадратов.

Качество математической обработки аксьоримектальных данных оценивалооь по таким критерия?.), как ореднеквадрагическая ошибка и коэффициент корреляции.

Значотш масштабных величии ОС;^ задавались пород началом статистической обработки экспериментальных данных с таким расчетом, чтобы все нормированные дикторы (ос£ ) были примерно /одного порядка, что повышало точность статистическойобработки.

При определении параметров обобщенного уравнения массопере-дачи вместо константы скорости процесса К использовалась связанная о ним величина предельного значения общего коэффициента мас-сопоредачи, определяемого уравнением (45) или отношение последнего к поверхностной плотности материала.

13 тех случаях, когда массив экспериментальных данных Оыл достаточен ддя оптимизации соответствующего процесса разделения, В качестве критерия оптимальности использовалась величина предельного коэффициента массоперодачи К0Е , зависимость значешш . которого от факторов, определяющих условия проведения процооса разделения, определялась на основе квадратичного полинома, коэффициенты^ которого, рассчитытигсь по методу наимоньшнх шкщратов.

2.2. Контактная сушка хлопчато-бумажных тканей

Иоследовшше кинетики процесса с использованием модифицированного обобщенного уравнения массоперодачи проводилось на сушильных барабанных машнах СЕ.1-2 дед 15 различных артикулов , тканей, поверхностная плотность которых изменялась в пределах от 100 до 420 г/м .. Начальная влшшость ткани¡< изменялась от 50 До 112%, температура в сушильных оараотшх - от ИЗ до ЮГ» С, расход воздуха - от 0,49 до 3,32 кг/с, скорость провода! тиши -' от 0,5,до 2,05 ц/с, 1ш1г0содержание удаляемого из-под шатра воз-

о

29

духа - от -13 до 144 г/кг,

Л результате обработки зкопорименталышх данных по уравнении (40) были получены уравнения регрессии для определения па- ' рнмотроя обобщенного уравнениямассопоредачи С, В и в фун- . кшш от условии проведения процесса сушки.

Данные по изменению продольного коэффициента массопоредачи КГА- использованы для оптимизации процесса контактной сушки. Для '.)то!1 цели методом наименьших квадратов получено уравнение квадратичное регрессии, учитывавшее пять перечисленных выше фактора л, влияющих на процесс, оуики, Для исключения влияния размерности все факторы представлены в нормированном видо.

Для оптимизации процесса на основе полученного уравнения регрессии был использован сравнительно редко применяемый метод . канонического преобразования переменных, позволяющий путем переноса начала координат в центр поверхности отклика и поворота ооей координат на некоторый угол исключить из уравнения регрео-спи все линойнно члены и взаимодействия между факторами, пред- : станин ого л виде:

(^ЛЛ + + ^ ," (49)

где X; ~ канонические переменные, овязашгыо о нормщюваннымц факторами ее; линейными уравнениями; ■ '

V». - собственные числа матрицы коэффициентов системы ура- • внений, получаемой последовательным дифференцированием уравнения регрессии по факторам ос-Уравнение (49) позволяет судить о характора поверхности отклика в многомерном пространство. Если все собственные числа имеют одинаковый знак, то поверхность отклика предотавляет со- • бой пораболдоид, имеющий либо максимум в центро поверхности(при отрицательных значениях X; ), либо минимум (при положительных . значениях Ц, ). В случае, если коэффициенты Ц имеют различные знали, поверхность м-клика тлеет форду гиперболического парабодлоида или "седла". 13 этом случае функция отклика на имеет оппщума, но область ео максимальных значений оущаотвует и мозкот быть найдена численными методами. -

13 результате расчета б1ао установлено, что поверхность -отклика для процесса контактной сушки представляет собой хшпор-болнчс-сгаш иараболлоид и были определены онтишлышй значения • нормированных факторов процесса сутки для легких тканой (М « К!0 г/м2 ), сродна тяжелых (1.1 * 230 г/м2 ) и тяжелых (М » 40П ).

э о

2,3. Контактно-конвективная сушка диспороных материалов

(мономера М I) в аппарате кипящего слоя о вибрирующими поверхностями нагрева (КОВШ)

КСВПН представляет собой усовершенствованный аппарат вибро-кийящвго олоя, позволяющий осуществлять процесс сушки комбшшро-ваипшм опособом, как о помощью газообразного теплоносителя (воздуха), так и кондухтивннм опособом при большой высоте слоя сушимого материала.

. В вяброожиженноы слое чаотицы диспероного материала вовлечены в пульоацпонное движение. Поэтому для описания теплообмена можно принять следующие допущения : .в объеме слоя темпоратура всех чаотиц одинакова;

средаое время прэбывигащ частицы в непосредственной близости от поверхности нагрева мало.

, В силу принятых допущений обмен теплом между нагревателем л частицами олоя осуществляется следующим образом: частицы проникают в приповерхностную область, играл роль стоков топла, а аатеи мигрируют в объем слоя.

В втом,олучве раопределенио тепла в виброожиженном слое описывается уравнением:

где

^' ¿1е«,К0(Т-Тс^ , (50)

Тог с: О . ) Т»^-*

с

Х - эффективная теплопроводаость слоя, определяется соотношение: '•, -1/%

х«х+сг§гс1(л-£} , (51)

где - сред!Ый поток тепла

Так как , то (б , X*Дг}*ЛОХг

откуда олсдует ^

Решение уравнения (5и) тлеот вид:

Он-Тс^-с^СТи-Та") , (53)

гдо «Ы. - коя^Тшвюнт теплоотдачи

3.11

Полный поток тепла от поворхнооти нагревателя ооотавит:

= (64)

Поток тепла, исходящий от нагревателя, мгновенцо перераопре-деляетоя между воем объемом олоя, изменяя при этом его ореднюп температуру Тс . Это позволяет запиоать для средней температуры олоя следующее уравнение:

сМ^Т/сИ: « (65)

где "V - объем материала; ^о^О"^ >

- потери тепла через ограничивающий слои поверхности;

В результате интегрирования уравнения (55) при Ос •» 0 получим;

ТсСО-Тн <ТН-То>Хр (Бб)

Величина ^ легко определяется по замерам тощюратурц ;

Из форцулы для определения величины )( видно, что ^ . являетоя фу!гкцией двух гидродинамических параметров; пороаноота слоя и среднего времени пребывания одной частицы в тепловом пограничном слое, Его можно оценить как время перемещения пульсирующей частицы плотной фазы на расстояние Ъ в'направлении, нрр-мальцом к рассматриваемому учаотку поверхности!

^^ъ/со (68)

Отсвда следует необходимость определедая величин £ и СО в зависимости от уоловий вибрации, т.е. в зависшлоотн от А («*-плитуды), со и С^. (где СО - частота вибрации),

С учетом вышеизложенного оказалооь возможным применить для определетт продолжительности сушки материала в КСВПН обобщенное уравнение массопередачи.

где

слоя:

2.4. ЛврофонтаНная сушилка о дополнителышм вводом тспланооителя через боковые вводы

Идеи интенсификация тепло-тосообмонных процессов путем ивиенения соотношение Между взаимодействующими фазами были заложен в КОНОТ17КЦИ» а&рофонтанной оушлки о боковыми вводами твплонооителя, защищенную авторским свидетельством.

Сушилка была рекомендована для использования в промышленности при сушей волокнообразующих полимеров ди- и триацетат-целдюлоаы ваамвн прйменяеиой ь настоящее время громоздкой и металлоемкой барабанной сушилки.

Проведенное индикаторным путем исследование структуры потока в сушилке позволило установить, что последняя описывается комбшгаровашюй гидродинпмпчоокой моделью фонтанирующего слоя, охема Которой полазана на рио.4.

Рио.4. Схема комбинированной гидродинамической модели фонтанирующего слоя с донолнительншд вводом теплоносителя.

В ровультате аналитического решения систеш уравнений, описывающей комбинированную гидродинамическую модоль, было получено уравношю для О-Кривой отклика на импульсный ввод индикатора а систему:

г-*

где

Р - пиршитр рециркуляции;

© - безразмерное время;

Ъ - объемная доля зоны идеального вытеснения;

,-п' - объемная доля зони ¡¡дуального перемешивания.

(5Э)

Из раочота момантов 0-кри»ой первого д второго порядка бц~ я« par сл.гаки сродное время пребывания частицв аппарате, дио-п^отя времени пробивания Ô'çj 'g

и л ра?ультата диф'ророицировмшя уравнения (60) по параметру ро-циркущщии и приравнивания полеченного выражения нулю Оачо пай-дено критическое значение параметра рециркуляции » при ко-

тором диспороия имеет минимальное значение !

?*р ~ ^"ЛГ" '

Из условии неотрицательности рецикла следует, что а уравнении (61) должно сохраняться неравенство:

k'Î? > h (62)

Получотше уравнения о учетом описания кинетики оушки о ио- . пользованием обобщенного уравнения маосопередачи позволили рао- Y очитать оредноинтогральную влажность материала ,ца выходе ма оу- • цшлки. '

2.5, Процессы цромшнси тканей после мерсеризация, крашения я печати

Ъ отличие от процессов сушки текотмдышх материалов, про- ; цеоои их промывки о точloi зрения их кпцетячоокнх закономерное- : тей оказшгаоь совершенно неизученными и разработку методов их раочета на основе обобщенного уравнения маосопередачи пришлет, ; ; начинать фактически о нуля. • '

Такие метода были нами разработаны применительно ко роем трем видам проминки практически для всех основных типов приыа-. няомого промывного оборудования для двух основных поаталовок рандам расчета - проектного и поверочного раочета.

Целью первого из них является определенна необходимого чи-» . ола промывных машин в промывной линии, обеспачиващих ааданнуп степень промывки ^ , )

|J. U- M-ffç Г slc-ed . ; ■ .

а4

где ^ - степень промывки ^ = (Сц-С^/Сн »

- общая длина заправки ткани на промывную линию; ~ длина ваправки ткани на одну промывную машину 1

15" - окорооть проводки ткани.

, Целью поверочного расчета является определение доотигаемой степени промывки при заданных условиях ее проведения и заданной поверхноотной пдотнооти ткани для промывной линии известного оо-отава: .

£о<Сц гп'

(64)

где т'-^ОиохрС-<,оь^/м)/(<Эн-с'') »

<к- Ь/с« ; 0'ге^р(-КЬь^/мУС^н-О")

Иде* интенсификации тепло-маооообменных процессов, положенные в основу вывода обобщенного уравнения массопередачи, были попользованы при разработке двух новых конструкций промывных машин, защищенных авторскими свидетельствами.

Выводи

Т. На основе теоретического анализа процессов маосопереда-чи в технологии текстильннх материалов показано, что такие процессы относятся к нестационарным процессам маосопередачи, точное математическое описание которых возможно лишь на основе решений дифференциального уравнения диффузии Фика, получение которых для текстилышх материалов затруднено множественностью гратгпшх условий.

2. Для преодоления возникающих трудностей расчета процессов химической технологии текстильных материалов,исходя из принципа квазистационарности,разработано обобщенное уравнение маооо-пррсдачи, отличающееся от традиционного уравнения тем, что в ней учитывается асимптотический характер-кинетических кривых, характеризующих измонение концентрации распределяемого компонента во времени, причем в качестве движущей силы процесса используется отклонение рабочих концентраций компонента от асимптотических , которые в отличие от применяемых в традиционном уравнении маосопередачи локальных равновесных концентраций остаются неизменны«* ми для фиксированных условий проведетш процесса.

3. Установлена применимость обобщенного уравнения массопо-редачи, основанного на использовании принципа квазистационарности, не только к нестационарным процессам химической технологии текстильных материалов, но и к типовым стационарным процессам химической технологии, протекающим в оистемах газ (пар) - яид-кость (процессы абсорбции, десорбции, хемосорбции, ректификации),

4. Установлена взаимосвязь между параметрами обобщенного уравнения массопередачи (ОУМ) и физическими характеристиками описываемых с его помощью процессов и показана возможность ее использования для определения параметров ОУМ на основе известных из литературы или экспериментально определяемых физических характеристик соответствующих процессов химической технологии, текстильных материалов.

5. Составлено математическое описание и разработан основанный на нем метод расчета двухстадийных процессов хмгачеокой технологии текстильных материалов, включающих в себя наряду о иас-сообменными процессами процессы другой физической природа, например, механическое удаление пропиточного раствора при пр

&

ке тканей,при отжиме.

6. Разработан метод прогнозирования эффективности промышленных процессов химической технологии текотильных материалов на основе результатов исследования их интенсификации в лабора-

> торных условиях.

7. Проведен комплексный анализ оорбционно-структурных свойотв текотильных материалов как объектов сушки и промывки, результаты которого использованы при разработке инженерных методов расчета указанных процессов.

8. Проведена оптимизация процеосов сушки и промывки текстильных материалов с учетом характера взаимодействия между текстильным материалом и сплошной средой (потоком теплоносителя или промывной воды).

9. На основе обобщенного уравнения массопередачи разработаны методы расчета процессов кондуктивной, кондуктивно-конвекти-

, вной и конвективной сушки и процессов промывки текстильных материалов на различных промывных и сушильных машинах и аппаратах.

10. Для процеооов кондуктивной сушки хлопчатобумажных тканей и конвективной сушки волокнообразующих полимеров на основе обобщенного уравнения массопередачи определены оптимальные режимы работы соответствующих аппаратов.

11. Обобщенное уравнение массопередачи и предпосылки, поло,' женные в его основу, использованы для совершенствования процеооов химической технологии текотильных материалов.

По результатам проведенной работы получено 8 авторских свидетельств. Суммарный экономический эффект от внедрения разработок в промышленность в доле МГИ составляет 490 тыс.руб.

3,7

Список основных публикаций по теме диссертационной работы

1. Сакин Б.С., Реутский В.А. Процессы сушки и промывки текстильных материалов. Теория и расчет. М.: Легпромбытиздат (15 п.л.) 1990.

2. Сажин B.C., Гудим Л.И., Реутский В.А. Гидромеханические и диффузионные процессы. М.; Легпромбытиздат, 1988 (12,5 п.л.),

3. Сажин Б.С., Геутский В.А. и др. Процессы промывки тканей и методы их интенсификации. М.: Легкая и пищевая промышленность,

io~I984 (13 п.л.).

4. Сакин B.C., Реутский В.А., Кошелева М.К. Пути повышения эффективности процессов промывки текстильных материалов. М.: Легпромбытиздат, 1988 (3 п.л.).

5. Кошелева М.К., Малышева М.Ф., Реутский В.А., Сажин Б,С. Сушка нетканых материалов и пути повышения ее эффективности,М.8 ЦШШТЭИлегпром (3 п.л.)(в печати). *

6. Реутский В.А. Процессы хемосорбции. Итога науки и техники, Ы; Серия; Процессы и аппараты химической технологии. Т.4. М.: ВИНИТИ АН СССР, 1976 (5 п.л.) (спец.05.17.08 и 05.19.03).

7. Альбом математических описаний и алгоритмов управления типовыми процессами химической технологии /Под ред.В.В.Кафарова, М.: НШТЭХИМ, Ч.1-Я.З, 1976 г. (10 п.л.). (опец.05.17.08 и 05.19.03),

8. Реутский В.А., Грачева Л.В, и др..Определение коэффициентов диффузии красителей в многослойную мембрану при печати, 1979, .'« 6. 0,71-74,

9. РеутскиЗ В.А., Тимошина Л.В, и др. Исследование скорости диффузии активных красителей при печати. 1981, JS 5, С.50-54,

Ю.Олтаржевская Н.Д., Елохина Е.А., Реутский В.А,, Токарева H.A. и да, Влияние загустителей на диффузию активных красителей в • целлюлозный субстрат. 1982, № 3. С.70-74.

11.Сажин Б.0.,Реутский В.А., Щеголей A.A., Смирнова О,В, Расчет процесса промывки тканой на машинах с сетчатым барабаном. 1981, 1Ь 4. 0.59-62.

12. Сажин Б,С., Реутский В.А., Щеголев A.A. Анализ процесса промывки тканей методом априорного ранжирования факторов. 1981, J& 3. С.63-65.

13. Сажин Б.С., Реутский В.А., Щеголев A.A., Кошелова М.И. Рао-Чет процесоа промывки при фильтрации моющего раствора сквозь полотно ткани. 1984, Ä 5. С.50-54.

14. Сажин B.C., Реутс1шй В.А., Кошелева M.K.j Щеголев A.A. Исследование и расчет процесса промывки тканей. 1985, № 4. 0.61-64.

16. Кошелева М.К., Реутский В.А., Щеголев A.A. Метод определения параметров ткани как объекта промывки. 1986, Я 4, C.6G-62.

16. Сажин Б.С., Реутский В.А., Кошелева М.К., Лапшенкова B.C.

' Метод раочета процеоса промывки тканей после печати. 1987, Jt 6. С.68-71.

17. Кошелева М.К., Реутский В.А., Иванов Н.П., Лапшенкова B.C. Инженерный метод расчета процесса промывки трикотажных полотен после печати. 1988, Л 3. С.61-65.

18. Реутский В.А. и др. Исследование диффузии красителя в сиоте-ме "полимер-полимер" и метод ее оценки. /Изв.ВУЗОВ. Химия

и хим.технология, 1983, № 7. С.886-888.

19. Сажин B.C., Реутский В.А., Журавлева Т.Ю. Расчет кинетики сушки тканей о использованием обобщенного уравнения массо-

, передачи. Сообщение 2 - 1984, № 5. С.68-70.

20. Сажин B.C., Реутский В.А,, Куравлева Т.Ю. Расчет кинетики сушки тканей о использованием обобщенного уравнения масоо-передачи. Сообщение 3. 1986, W 2. С.95-98.

• ¡21. Сажин B.C., Реутский В.А., Журавлева Т.Ю. Оптимизация процеоса контактной сушки тканей. 1986. № 6. С.55-58.

22. Сажин B.C., Реутский В.А., З^уравлева Т.Ю. Методика оптимизации процесса контактной сушки тканей при ограничениях на переменные. 1987, № I. С.90-92.

23. Сажин B.C., Реутский В.А., Щульчишин В.А., Кулагин С.М. Анализ работы сушильных барабанных машин для ткани с использованием метода информационного моделирования //Изв.вузов.Технология текотильной промышленности. 1902, Л 4. С.68-71,

24. Сажин B.C., Реутский В.А., Нуравлава Т.Ю. Расчет кинетики сушки тканей с использованием обобщенного уравнения массо-передачп. //Пав.вузов, 1984, Й 4. С.59-62.

26. Сажин Б.С., Гоутскнй В.А,, Ьураилеви T.Ü., Соломатина Ü.M. Погод расчета кинетических характеристик процесса коллективной сушен в«локнообразук1цнх полимеров. ISÖfl, Ус 2. 0.7982.

3|9(

26. Ca)fl*,u B.C., Реутский B.A., Дуравлева 'Г.Ю. Оптимизация щкь цесса конвективной сушки волокнообразувдих полимеров. 1988, й 5. С.79-81.

27. Сатан B.C., Реутский В.А., Векуа Т.Ю, Метод расчета эффективности улавливания пыли для аппаратов со вотрачпымя закрученными потоками. 1980, й I, С.73-76.

28. Реутский В.А,, Щеголев A.A., Кошелева М.К. Определение ваг. кономерности фильтрации промывного раствора в башенной промывной машине. 1982, № 8. С,56-58,

29. Реутский В.А. и др. Совмещение антимикробной обработки о аппретированием технических сукон. 1986, й 10. С.БО-51,

30. Вибросушилка для мелкодиоперсных материалов. А.С.СССР й 731238 (Б.И. й 16, 1980).

31. Устройство для жидкостной обработки двияущегося текстильного материала. A.C.СССР й 926II8 (Б.И, № 17, 1982), '

32. Устройство для промывки движущейся ткани. А.С.СССР й 926II5 . (Б,И, № 17, 1982). • . у .

33. Способ сушш волокнистых материалов. А.С.рССР й 912805,

34. Устройство для тепловой обработки волокнистого материала,, 1 A.C. СССР № 1096470 (Б.И. й 21, 1984). . 'Г ,

35. Устройство для термообработки комкующихоя материалов. ; A.C. й 776558, ■ •

36. Устройство для сушш рулонных материалов', A.C. й 1033299»

37. Сушилка для мелкодисперсных материалов, А.С, .U 77555В, .

38. Кафаров В.В., Реутский В.А., Шарифуллин В.Н. Новый метод :-расчета процессов хемосорбции"//ЖПХ, 1973, Т»45, й б, C.IÜ28-I03I. ; , ' V -

39. Кафаров В.В,, Реутский В.А., Шарифуллин В.Н. Упрощенный /. расчет коэффициента ускорения процеосов хемосорбции //ЩХ, : 1972, Т.45, № 6, С.1382-1383. ' ■• '

40. Кафаров В.В., Реутский В.А., Шарифуллин В,Н, Математическая модель процесса хемосорбции на основе кинетичаокого уравнения псевдогомогенной реакции//1ПХ, 1972.Т.46,й 10.0,22692272. ' '.- V :Д . ' • .

41. Кафаров В.В., Раутокий В.А., Шарифуллин В,Н. Метод раочвта профилей концентрационнпоглощаемого компонента по внобтв'абсорбционной колонны //ЖПХ,1972.Т.45, й 10. 0,2273-2377,

4:0 I

42, Кафаров B.B., Реутский В.А., Шарифуллин В.Н., Куравлева Т.Ю. Расчет хемосорбционной колонны, работающей в режиме идеального вытеснения по обеим фазам //ЖПХ, 1974. Т.47, Ik 9.

С 2067-2070.

43. Кафаров В.В., Реутский В.А., Шарифуллин В.Н., Куравлева Т.Ю. Расчет тарельчатых и насадочных хемосорбционных колонн для внутридиффузионной и диффузионно-кинетической областей протекания процесса хемосорбции//Ш1Х,1974. Т.47, № И.С.2481-2485.

.44, Кафаров В.В., Реутский В.А., Куравлева Т.Ю. Расчет процессов

■ - хемосорбции при протекании в жидкой (фазе реакции псевдолер-вого порядка по поглощаемому компоненту/ДСПХ, 1974. T.47,Jé 12. С.2662-2665.

45. Кафаров В.В., Реутский В.А., Куравлева Т.Ю. Расчет процессов хемосорбции о использованием асимметричной ячеечной модели// ШГС, 1975. Т.48, № 2. С.339-344.

46. Кафаров В.В., Реутский В.А., Дуравлева Т.Ю. Учет сопротивления газовой фазы при хемосорбции труднорастворимых газов // ЖПХ, 1975. Т.48, Л 2. С.330-334.

47. Кафаров В.В., Реутский В.А., Журавлева Т.Ю. Определение величины удельной поверхности контакта фаз для прошишенного абсорбера содового производства со встроенными холодильниками//

, ЖПХ, 1976.' Т.49, « 12. С.2724-2726.

'48. Реутский В.А., Сажин B.C. Расчет процессов хемосорбции с учетом переменного расхода газа и сопротивления массообмену на стороне газовой фазы //ЕПХ. 1977. Т.50, « 6. C.I248-I25I.

49. Реутский В.А., Сажин Б.С. Определение границ областей протекания процесса хемосорбции с учетом сопротивления массообмену на стороне газовой фазы //ЖПХ, 1978. Т.51,'Я 9. С.1972-1976.

60. Реутский В.А., Сажин B.C., Кошелева М.К., Ковачев С.М. Определение кинетических параметров топохимических реакций с помощью модифицированного дериватографичеокого метода//КПХ, 1981. Т.54, № 5. С.994-998.

51. Реутский В.А., Сожин B.C. Обобщенный аналитический метод расчета процессов хемосорбции//ЫН, 1982. Т.55, № 9. С.2013-2017.

52. Бондарева Т.Н., Реутский В,А. Исследовашш кинетики регенерации моноэтаноламиновых растворов в аппаратах о трубчатой иасадкой//ЖПХ, 1983. Т.56, Ji II. С.2516-2520.

63. Реутский В.А., Сажин B.C. Влияние метастабильного равновесия на кинетику водной абсорбции двуокиси углерода//ЖПХ,1984. Т.57, JS 6, C.I235-I240.

54. Реутский В.А., Сажин Б.С. Расчет процессов абсорбции и десорбции о использованием асимптотических концентраций поглощаемого компонента//ЖПХ. 1987. Т.60, 1» 8. C.I76I-I765.

55. Реутский В.А., Сажин Б.С. Расчет процессов абсорбции и десорбции с использоват1ем асимптотических концентраций поглощаемого компонента. Сообщение 2: Расчет процессов изотермической досорбщш//ШЖ, 1989. Т.62, J* II. С.2522-2526.

56. Реутский В.А., Овечкин B.C., Сажин Б.С., Е£уравлева Т,Ю. Кинетика окисления водных растворов фенола озоноц//Химия и технология воды All УССР, 1981. Т.З, № 2. C.I69-I73.

57. Акутин М.С., Реутсю)Й D.A., Журавлева Т.Ю. Исследование гетерогенной реакции образования первичных продуктов присоединения при получешш фенолоформальдегидных н нафталин-феноло-формальдегидных олигомеров//Высокомолекулярше соединения,; 1982. Т.(А) 24, № 6. СД259-1265,

68. Сажин B.C., Реутский В.А., Смирнова Л.С. Новый подход к'математическому описанию кинетики сушш и изотерм сорбции. В кн.'Теория сушки", Шнек, ИТМО All БССР, 197?. С.40-45.

59. Сажин Б.С., Реутский В.А., Ковачев С.М. Методы обобщенного расчета кинетики сутки капиллярно-пористых материалов, в кн, Теория сушки, Тепломассообмен в процессах сушки. Минск, ИТМО АН БССР, 1980, С.152-154.

60. Сажин Б.С., Реутский В.А., Лукачевский Б.П. Некоторые аспекты применения J-образной кривой при описании процесса оущ-ки, в кн."Процессы сушки", Минок, 1984, ИТМО АН БССР. С.62-65.

61. Сажин Б.С., Реутский В.А,, Журавлева Т.Ю. Расчет продолжительности тепломассообмена в капиллярно-пористых телах, Материалы Минского международного форума, Минск; РИО, ИТМО АН БССР, 1988. С.94-96.

62. Бондарева Т.И., Реутский В.А, К вопросу о кинетических закономерностях процесса регенерации моноэтаноламиновшс растворов. Материалы 8-го Международного конгресса "ХНСА-84" Прага, 1984, С.94.

63. Реутский В.А., Савшн Б.С., Кошелева М.К., Щеголев A.A. Исследование массопроводности едкого натра в процессе пропитки

' в Промывки х/б тканей. Международный сборник, ЧССР, Либерец, 1982. C.43I-437.

64. Сажин Б.С., Реутский В.А. Кинематические закономерности контактной сушки тканей. Международный сборник НИР (СССР, ЧССР, ШР, ЩР), Москва-Либервц 1985, С.543-549.

65. Сатан Б.С., Реутский В.А., Кошелева М.К. Использование обобщенного уравнения массопередачи для математического описания изотерм сорбции-десорбции текстильных материалов. 1У Международный сборник НИР, посвященный 70-лотию Ш11. ЧССР, Либерец, 1989. С.99-104.

: 66. Сажин B.C., Реутский В.А., Богачева Т.И. Метод расчета сушильных барабанных машин для тканей на основе обобщенного уравнения массопередачи. "Промышленная теплотехника" АН УССР, 1981, № 5. Ö.80-8&.

. 67. Сажий B.C., Рвутокий В.А., Дуравлева Т.Ю. Энергетические ха-: рактеристики процесса контактной сушки тканей. Промышленная теплотехника АН СССР, 1988, й 4. С.74-77.

68, Катаров В.В., Реутский В.А. О применении теории подобия к химическим процессам //Успеха химии, 1961, * 5. С.21.

; : - - , ......

Подписано в печать II.II.90 Сдано в проязводотво II.11.90 Формат бумаги 60 х 84/16 Бумага мнох.

Уол.печ.л. 2,75 Уч.-изд.л. 2,5 Заказ Ю77 Тира* 110 Бесплатно

Ротапринт ИП1, II74I9, Москва, ул., Донская. 26