Спосіб рідинної обробки

Винахід відноситься до текстильної промисловості і може бути використаний в процесах рідинної обробки переважно текстильних матеріалів у пакуваннях. Відомий спосіб віджимання тканини в центрифузі під дією відцентрових сил, що діють на тканину, поміщену в перфорований барабан, якому надають обертальний рух щодо осі [Бондарь Е.С., Кравцевич В.Я. Современные бытовые электроприборы и машины. - М.: Ма шиностроение, 1987. - 224 с. - С. 144]. Однак цей спосіб застосовується для віджиму тканини, а не для рідинної обробки пакування, при цьому необхідним компонентом способу є наявність перфорованого барабана. Відомий плюсовочно-накатний спосіб фарбування текстильного матеріалу шляхом нанесення на матеріал розчину барвника з наступним намотуванням матеріалу на неметалічний вал, загортанням його в поліпропіленову плівку і поміщенням у такому виді в мікрохвильову камеру, де його опромінюють за допомогою хвилеводів електромагнітним надвисокочастотним (НВЧ) полем. [Мельников Б.Н. и др. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения текстильных материалов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 232 с. - С. 198]. Головною перевагою НВЧ-нагрівання пакувань у порівнянні з іншими способами нагрівання, зв'язаними з зовнішнім підведенням тепла за рахунок теплопровідності, є перетворення енергії електромагнітного поля в тепло безпосередньо в пористій структурі пакування, що забезпечує інтенсивний і практично безінерційний прогрів всього обсягу тіла пакування. Однак у плюсовочно-накатному способі в процесі НВЧ-нагрівання пакуванню не надають обертального руху, що приводить до погіршення рівномірності розподілу НВЧ-енергії в обсязі тіла пакування як внаслідок неідеальної однорідності НВЧ-поля, так і внаслідок нерівномірного розподілу вологи через стікання розчину у нижню частину пакування і, отже, нерівномірному нагріванню обсягу пакування. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого технічного рішення є спосіб рідинної обробки пакувань шляхом попереднього вакуумування, створення примусової безперервної циркуляції обробного розчину в радіальному напрямку тіла пакування протягом усього часу обробки з поступовим прогрівом обсягу пакування потоком обробного розчину [Андросов В.Ф., Александров С.А. и др. Крашение пряжи в паковках. - М.: Легкая индустрия, 1974. - 152 с. - С. 45 - прототип]. Головним недоліком такого способу є трудно щі досягнення високої якості рідинної обробки навіть при великих витратах енергії і часу. Крім того, використання цього способу економічно доцільно тільки при обробці великих партій пакувань. Наприклад, загальний час фарбування бавовняних швейних ниток 21,7текс´3 барвником. Прямий чорний 3 на жорстких перфорованих патронах в апараті періодичної дії фірми Hisaka (Японія) складає 3 години. Протягом усього цього часу насосний агрегат потужністю 50 кВт безперервно прокачує крізь пакування 25 л/(хв.×кг) обробного розчину, долаючи гідравлічний опір приблизно 2,5-105 Па. При цьому 5 м 3 розчину і 400 кг оброблюваного матеріалу поступово нагрівають від 30°С до 90°С і витримують це значення температури протягом 45 хвилин. Незважаючи на такі великі витрати енергії і часу часто не вдається уникнути пошарової нерівномірності фарбування і крапкового непрофарбовування ниток, особливо при фарбуванні кручених ниток великого числа складань і великої лінійної щільності в темні кольори. У той же час у безперервних процесах фарбування бавовняних тканин тривалість контакту матеріалу, що офарблюється, з фарбувальним розчином складає 5...60 с, а загальний час фарбування - усього кілька хвилин. Така велика різниця в часі обробки пояснюється значно більш складною структурою тіла пакування в порівнянні, наприклад, зі структурою тканини, яку обробляють врасправку. Головні особливості структури пакування, що утр уднюють її рідинну обробку - це багатошаровість, наявність контактних площадок перетинання витків нитки і тиску між шарами, що приводить до деформації нитки в контактних площадках. Величина тиску між шарами змінюється в радіальному напрямку і досягає максимуму на поверхні перфорованого осердя. У процесі рідинної обробки тиск між шарами зростає внаслідок усадки нитки, досягаючи на поверхні жорсткого перфорованого осердя величини порядку 10 6 Па. Під дією цього тиску, а також у результаті явища пластифікації зволожених волокон, відбувається додаткова радіальна деформація ділянок нитки в контактних площадках, зменшення міжволоконної пористості й утр уднення доступу обробного розчину в ці ділянки. Деформація нитки в контактних площадках приводить також до зменшення міжниткової пористості, що негативно впливає на інтенсивність циркуляції потоку розчину через тіло пакування і, отже, масообмінних процесів у контактних площадках. У способі-прототипі прагнуть компенсувати цей вплив, нарощуючи питомі витрати розчину за рахунок збільшення потужності насосного агрегату, що, однак, приводить до виникнення таких негативних явищ, як фільтраційні деформації тіла пакування, що збільшують нерівномірність розподілу потоку розчину в структурі пакування, а також пресуюча дія гідродинамічного напору потоку на шари, супроводжуване ростом гідравлічного опору пакування, що веде до подальшого погіршення умов масообміну в контактних площадках і необхідності додаткових непропорційно великих витрат часу й енергії, оскільки в цьому випадку масообмін у контактних площадках можливий тільки дифузійним шляхом. Задачею винаходу є створення способу рідинної обробки текстильних пакувань, що, завдяки своїм технологічним можливостям, дозволив би поліпшити якість рідинної обробки за рахунок поліпшення умов масообміну в ділянках зниженої пористості, і зменшити швидкість циркулюючого потоку. Рішення поставленої задачі досягається в результаті того, що в способі рідинної обробки текстильних пакувань шляхом попереднього вакуумування пакування, нагрівання і створення примусової циркуляції обробного розчину в радіальному напрямку тіла пакування, примусову циркуляцію здійснюють з одночасним динамічним розущільненням тіла пакування за рахунок відцентрових сил шляхом надання тілу пакування обертального руху відносно його осі, при цьому обертання пакування здійснюють із змінною кутовою швидкістю, а нагрівання структури пакування здійснюють електромагнітним НВЧ-полем. У порівнянні з прототипом, в якому циркуляція обробного розчину крізь тіло пакування здійснюється з відносно високою швидкістю, що викликано прагненням досягнути максимальної питомої витрати обробного розчину з метою подолання труднощів одержання якісної продукції, і вимагає великих нераціональних витрат енергії і часу, у пропонованому способі в процесі рідинної обробки здійснюють динамічне розущільнення тіла пакування за рахунок відцентрових сил, що дозволяє поліпшити умови масообміну в контактних площадках перетинання витків нитки і, тим самим, поліпшити якість обробки з можливістю одночасного зменшення швидкості циркулюючого потоку. Зменшення швидкості циркулюючого потоку досягається також завдяки використанню обробної ванни дуже низького модуля, до 1:1, що дозволяє зменшити кратність циркуляції з одночасним поліпшенням якості і прискоренням обробки, у той час як у прототипі модуль обробної ванни складає величину не менш 1:10. У результаті динамічного розущільнення структури пакування зростає пористість, під дією вібрацій, що супроводжують обертання пакування, між шарами матеріалу виникає перемінний тиск, що сприяє відновленню розчину в шарах, а також відбувається взаємне мікропереміщення шарів з безупинним перекомпонуванням і оголенням контактних площадок їхнього дотику, що значно поліпшує умови протікання масообмінних процесів. Цей ефект підсилюють за рахунок обертання тіла пакування з перемінною кутовою швидкістю, що сприяє також поліпшенню умов омивання розчином контактних площадок. Додатковий позитивний ефект омивання досягається за рахунок виникнення окружної складової швидкості циркулюючого потоку під дією коріолісової сили інерції. У способі-прототипі нагрівання структури пакування здійснюють потоком циркулюючого розчину за рахунок теплопровідності, у результаті чого швидкість нагрівання найменш пористих ділянок, тобто контактних площадок, виявляється найменшою. У пропонованому способі нагрівання просоченої у попередніх операціях структури пакування здійснюється енергією електромагнітного НВЧ-поля, що дозволяє значно збільшити швидкість нагрівання в першу чергу контактних площадок, створюючи в них сприятливі умови для прискорення в них масообмінних процесів. Крім того, обертання пакування в процесі НВЧ-обробки сприяє поліпшенню рівномірності розподілу НВЧ-енергії і, отже, тепла в обсязі тіла пакування як внаслідок зменшення впливу неоднорідності НВЧполя, так і внаслідок зменшення нерівномірного розподілу вологи через стікання розчину у нижню частину пакування. Пропонований спосіб рідинної обробки здійснюють у наступному порядку. Пакування, призначене для рідинної обробки, вакуумують і в умовах вакууму піддають просоченню обробним розчином. Потім пакуванню повідомляють обертальний рух щодо осі. Під дією відцентрових сил шари прагнуть переміститися до зовнішньої поверхні пакування, у результаті чого тиск між шарами зменшується, отже, зменшується радіальна деформація шарів, а також сили тертя і зчеплення між шарами. У цих умовах під дією вібрацій, що супроводжують процес обертання, відбувається відносне мікропереміщення шарів, що приводить до зникнення старих контактних площадок з одночасним утворенням нових, тобто виникає динамічне перекомпонування контактних площадок. Тим самим створюються сприятливі умови для протікання процесів масообміну в оброблюваному пакуванні. Цей ефект підсилюють за рахунок обертання тіла пакування з перемінною кутовою швидкістю, що сприяє також поліпшенню умов омивання розчином контактних площадок. Тому виявляється досить тієї циркуляції обробного розчину, що одночасно виникає під дією відцентрових сил у напрямку від внутрішньої поверхні пакування до зовнішньої. Крім того, під дією коріолісової сили інерції траєкторія часток циркулюючого розчину відхиляється від радіального напрямку, виникає окружна складова швидкості, що поліпшує умови омивання контактних площадок і, тим самим, активізуються масообміни! процеси в контактних площадках. Потім добре змочену і просочену в попередніх операціях структуру пакування піддають впливу електромагнітного НВЧ-поля, чим досягається швидке і рівномірне нагрівання всього обсягу пакування і створюються сприятливі умови для прискорення масообмінних процесів. Приклад: бавовняну нитку офарбовують активним барвником у пакуванні бобинної структури хрестового намотування масою 1 кг по пропонованому способі. Для цього пакування спочатку піддають вакуумуванню при розрідженні 0,08 МПа з одночасним просоченням розчином барвника протягом 5 с, потім пакуванню надають обертальний рух відносно її осі з кутовою швидкістю 25... 50 с-1 і виконують циркуляцію розчину з одночасним розущільненням протягом 6 хвилин, після чого пакування піддають нагріванню НВЧ-полем частотою 2450 МГц протягом 5 хвилин. Пропонований винахід "Спосіб рідинної обробки" може знайти застосування в текстильній промисловості, зокрема, у таких процесах рідинної обробки текстильного матеріалу в пакуваннях, як відварка, біління і фарбування. Пропонований винахід у порівнянні з існуючими технічними рішеннями дозволяє поліпшити якість рідинної обробки пакувань, підвищити гнучкість технологічного процесу, зменшити питомі витрати енергії, при цьому стає доцільною рідинна обробка малих партій пакувань аж до індивідуальної при дуже низькому модулі ванни.