2. Теория фильтрования без образования осадка

Предположим, что фильтрующая перегородка имеет параллельные капилляры постоянной длины и постоянного сечения (Рис. 113). По мере фильтрования жидкости сечения капилляров уменьшаются из-за прилипания к их стенкам взвешенных частиц. Таким образом, площадь проходного сечения капилляров является функцией времени.

Рис. 113. Схема фильтрования без образования осадка

Обозначим через объем осадка, приходящегося на единицу объема фильтрата. Пусть– число капилляров на единице поверхности фильтра,–начальный радиус капилляра,– переменный радиус капилляра. Если через фильтр спустя некоторое время от начала фильтрования пройдет объем фильтрата, то на стенках одного капилляра отложится осадок объема, при этом радиус капилляра уменьшится на величину. Если длина капилляра равна, то. Проинтегрировав это уравнение от 0 дои отдо, получим, откуда:

.

Здесь - объем фильтрата, который пройдет через фильтр к тому времени, когда радиус капилляра станет равным. Согласно уравнению Пуазёйля:

.

Если – постоянны, то для начала фильтрации:

,

а для момента, когда ,

.

Из уравнений и следует, что:

и.

Подставив найденные значения в уравнение , получим:

.

Если же продолжать фильтрование до полной закупорки капилляров (и), то:

.

Подставив в это уравнение значение из уравнения , получим:

.

где – площадь проходного сечения капилляра.

Из уравнения следует, что количество жидкости, профильтрованной до заполнения всех капилляров осадком, пропорционально первоначальному объему капилляров и обратно пропорционально содержанию в жидкости осадка. Следует заметить, что величинане зависит от вязкости фильтрата.

Изложенная теория дает качественное представление о процессе фильтрования без образования осадка.

3. Процессы влажно-тепловой обработки тканей

Глаженье изделий из ткани производится для получения нужной или восстановления утерянной их формы, распрямления смятых участков ткани и получения требуемого внешнего вида изделия. Эти процессы обеспечиваются особыми свойствами ткани: изменять физико-механические свойства при определенных условиях и восстанавливать их при возвращении в исходное состояние. В зависимости от окружающей температуры, степени влажности и механического нагружения ткани изменяют свою форму и механические свойства. Изменение температуры может придать ткани одно из трех физических состояний: стеклообразное, эластичное или вязкотекучее. Зависимость деформации большинства текстильных материалов от степени нагрева может быть представлена термомеханической кривой (Рис. 114). При нормальной температуре волокна ткани находятся о так называемом «стеклообразном» состоянии и упругая деформация ее довольно высокая. С увеличением температуры и особенно при одновременном воздействии влаги упругая деформация в ткани значительно снижается, ослабляются межмолекулярные связи в волокнах и увеличивается эластичная деформация. Перевести волокна ткани в пластическое состояние не удается потому, что все виды волокон (кроме синтетических) разрушаются прежде, чем достигают пластического состояния. Поэтому при влажностно-тепловой обработке используют эластичную деформацию (участок | на термодинамической кривой Рис. 114), так как в этом состоянии ткань лучше формуется, а после охлаждения деформация ткани фиксируется.

Для получения эластичной деформации необходимо ослабить молекулярные связи волокон. Это достигается увеличением энергетического уровня молекул путем передачи им теплоты. Переходу волокон из стеклообразного состояния в эластичное способствует также введение в волокно пластификатора в виде влаги и механическое нагружение материала.

Рис. 114. Термомеханическая кривая текстильных материалов

Обычно влажностно-тепловую обработку тканевых изделий проводят путем контактного воздействия нагретой поверхности, вводя влагу в парообразном состоянии.

Высушенная ткань после прожаривания и последующего охлаждения сохраняет форму, приданную ей при влажностно-тепловой обработке.

Исходя из изложенного, процесс глаженья можно разделить на следующие этапы: увлажнение и перевод ткани в эластичное состояние; формирование ткани; просушка ткани и фиксация полученной деформации; охлаждение и окончательная фиксация полученной формы ткани.

При влажностно-тепловой обработке тканевых изделий увлажнение способствует повышению пластичности и эластичности, сопротивлению на разрыв, снижению усилий на распрямление изгибов, обеспечению равномерного нагрева поверхности ткани. Определяющим процессом при увлажнении является сорбция водяных паров и влаги. Сорбция (поглощение паров, газов, растворенных веществ твердыми телами и жидкостями) происходит при внесении волокон ткани в область водяного пара. Волокно, имеющее капиллярно-пористую структуру, поглощает пар до тех пор, пока само не будет иметь температуру пара. Этот первый этап процесса называется конденсационным, так как отложение пара на волокне вызвано тем, что температура волокна ниже температуры пара.

В течение этого периода волокно нагревается только в результате выделения теплоты конденсации.

На втором этапе начинают действовать сорбционные свойства ткани. Водяной пар диффундирует через пограничный слой поверхности материала, а оттуда проникает внутрь, где он адсорбируется на поверхности микро- и макрокапилляров. Пластифицирующее действие влаги в цикле влажностно-тепловой обработки ткани в первую очередь связано с сорбцией пара, в результате чего молекулы воды, проникающие вглубь волокна, изменяют межмолекулярные связи и, соответственно, механические свойства волокон.

В результате понижается температура стеклования, ткань переходит в эластичное состояние.

Снижение температуры стеклования увеличивает деформируемость материала и снижает затраты энергии на процесс глажения. Материальный баланс процесса увлажнения [27] определяется следующим уравнением:

,

где – масса сухого воздуха;- масса влажного воздуха;и– вла-госодержание воздуха до и после сорбции;и– масса материала до и после увлажнения.

В уравнении имеем:

.

Тепловой баланс определяется следующим уравнением:

где ;– теплосодержание поступившего и отработанного пара;– потери тепла в материале, гладильном валке и пространстве;– теплота конденсации;– температура сорбции;– температура отработанного пара.

На практике в процессе глаженья увлажнение составляет 0 1 – 0,6 .

После увлажнения выполняется формование ткани. В качестве критерия формообразования ткани выбраны: угол загибки, изменение угламежду нитями утка и основы, уменьшение толщиныткани.

Общими требованиями на всех этапах влажностно-тепловой обработки является отсутствие лас, вызываемых излишним давлением на обрабатываемую ткань и представляющих собой блеск отдельных мест на изделиях. Угол загибки при разутюживании должен быть менее 20°, а при заутюживании 30–35°. Изменение угламежду нитями основы и утка в пределах 12–15° может прочно фиксироваться. Большее значение углапрочно не фиксируется.

На операции формования не требуется уменьшать толщину формуемых материалов, поэтому требования к давлению минимальные.

К операциям влажностно-тепловой обработки, на которых уменьшение толщины материала является основным требованием, относится прессование утолщенного края и выдавливание рельефных линий. Расчет силы прижима башмака гладильных машин показывает, что давление поверхности плиты увеличивается в направлении, обратном вращению валка, и достигает максимального значения на набегающем конце гладильной плиты. Для обеспечения движения белья без проскальзывания относительно валка должно обеспечиваться условие:, где– коэффициент трения валка о ткань:– коэффициент трения ткани о лоток (= 0,26–0,30). Оптимальное давление на обрабатываемый материал колеблется от 2 до 15 кПа. На практике выбирают постоянное (6–7 кПа) или регулируемое давление.

Следующая стадия глаженья – сушка, которая аналогична процессу, описанному в разделе о сушильных машинах. Отличительной особенностью является то, что в гладильных машинах и прессах имеет место контактная сушка ткани между греющими поверхностями. На основании исследований определены температурные режимы, время и сила прижима нагреваемой (гладильной) поверхности башмака для различных тканей (Таблица 18).

Конструкция машин должна обеспечивать выполнение всех технологических операций: переход ткани в эластичное состояние, формование, просушку, фиксацию полученной деформации с охлаждением.

Таблица 18

Режимы глаженья различных тканей

Ткань	Температура гладильной поверхности, °С	Продолжительность обработки, с	Влажность ткани, V	Давление, кПа
Хлопчатобумажная	180–200	3	20–30	5–15
	225	2	–	–
Льняная	200–220	3	20–30	10–15
	250	0,5	–	–
Шерсть	160–200	2–6	20–30	5–10
Шерсть с лавсаном	160–180	2–4	20–30	10–15
Вискозная	160–180	3–4	10–20	2–10
Капроновая	80–110	1–2	10–20	2–5