книги из ГПНТБ / Кавказов Ю.Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви

комендация использовать такое подогревание во время расправки и разводки кож на столе.

Оптимальной силой прижатия кожи оказалась — 3—4 гс/мм2 . Самым важным фактором оказывается толщина высушиваемых кож. Наряду с тщательной сортировкой перед сушкой по толщине, по мне­ нию автора, равномерного высушивания кож разной толщины можно добиться, регулируя время отключения нагревателя пли глубину вакуума.

Рекомендуемый режим вакуумной сушки кож хромового дубления:

С ростом температуры плиты возрастает усадка кожи по пло­ щади и жесткость ее, с увеличением силы прижатия усадка умень­ шается, но жесткость продолжает увеличиваться.

Вакуумная сушка осуществляется в закрытом помещении, по­ этому контроль над окончанием ее затруднен. Это побудило автора разработать два варианта автоматического контроля протекания процесса. Первый вариант основан на том, что в конце сушки тем­ пература поверхности кожи становится равной температуре нагре­

между температурой поверхности кожи и температурой нагрева­ теля, зависящее от установленной конечной влажности кожи. Авто­ ром конечная разность устанавливается для самых тонких кож, а для учета влияния толщины других кож вводится поправочный коэффи­ циент А — f (8k), где бА — постоянная величина, соответствующая определенной толщине кожи. В таком случае управление процессом

окончание сушки определится наступлением указанного в урав­ нении равенства. Аналогичен первому и второй вариант, в основу которого положено изменение перепада температур во время сушки в зависимости от толщины кожи. Вакуумная сушка довольно

Преимущества этого метода еще полностью не используются.

Влияние акустических колебаний на интенсивность конвектив­ ной сушки исследовалось Р. В. Луциком [1781. За оптимальную

230

интенсивность звука принята такая, при которой температура вы­ сушиваемой кожи не превышает таковую при конвективной сушке. Для создания таких же условий, как при конвективной сушке, интен­ сивность звука должна быть равна 103 дб.

При сушке в таких условиях кож хромового дубления (рис. VI11-2, слева) и юфти (рис. VIII - 2, справа) установлено, что акусти­ ческие колебания начинают влиять на интенсивность ее пр-и частоте 1000—800 Гц. Это действие тем сильнее, чем ниже частота.

Как видно, дополнительное действие акустических колебаний сохраняется на протяжении всего процесса сушки (при удалении влаги, связанной с кожей разной энергией). Наибольшая темпера­ тура кож сохранялась при конвективной сушке: чем ниже была частота акустических колебаний, тем меньше температура кожи. Объяснение такому явлению автор находит в увеличении интенсив­ ности испарения влаги, на что расходуется больше тепла, это сни­ жает температуру материала.

Для характеристики влияния акустических колебаний на интен­ сивность конвективной сушки предлагается коэффициент интенси­ фикации

231

Для характеристики влияния акустическихколебаний на внеш­ ний теплообмен вводится относительный коэффициент теплообмена

= Ка- Высушивание силикагеля и целлюлозы показало, что

на интенсификацию внешнего теплообмена влияют лишь акустиче­ ские колебания низкой частоты, а также форма связи влаги с кожей.

При совмещении конвективной сушки с вынужденным движением воздуха и действием акустических колебаний установлено, что ин­ тенсивность сушки резко возрастает с увеличением давления звуко­ вых колебаний, но это вызывает перегревание кожи. Чтобы избежать такого явления, интенсивность звукового поля должна быть эквива­ лентна количеству тепла, расходуемого на испарение влаги. При комбинации акустической сушки с вынужденной конвективной суш­ кой пределом интенсивности звука является 140—145 дб. Наиболь­ шая эффективность действия звуковых волн при сушке получается при расположении кож параллельно звуковому полю. Оптимальный режим комбинированной сушки: t = 50°С, V — 1,2 м/с, частота 300 Гц, интенсивность 108 дб. При этих условиях время сушки при комбинированном методе сокращается по сравнению со временем сушки конвективным методом в 3—3,5 раза, причем выход площади готовых кож составляет 101,7% от выхода их при конвективной сушке, увеличивается предел прочности при растяжении и удлинение.

Одним из прогрессивных методов сушки является сушка в элек­

магнитными элементами, выделяющими тепло, помещается в перемен­ ном электромагнитном поле обмотки, питаемой током промышлен­

и вихревых токов и передают тепло материалу путем теплопровод­ ности, радиации и конвекции.

В качестве тепловыделяющего ферромагнитного элемента исполь­

в которую помещали высушиваемый материал. Для измерения на­ пряжения тока и расхода электроэнергии на пульте устанавливали вольтметр, амперметр, счетчики активной и реактивной энергии и прибор для определения «косинуса фи» (cos ср).

Температуру ферромагнитных элементов измеряли с помощью медно-константановых термопар. Ферромагнитные элементы нагре­ ваются равномерно, что создает в зоне нагревания высушиваемого материала практически равномерную напряженность магнитного поля, некоторое ослабление его (за счет размагничивающего фак­ тора) наблюдается лишь у торцов сушильной камеры, где нет ма­ териала.

Равномерность нагревания материала зависит не только от напряженности магнитного поля, но и от расположения и геоме-

232

При нагревании ферромагнитных элементов с 363 до 408К время •сушки сосновых досок толщиной 50 мм начальной влажностью 60% п конечной влажностью 12% сокращается с 60 до 42 ч.

Тепло от ферромагнитных элементов можно передавать контакт­ ным, радиационным или конвективным методами.

Атетод сушки в электромагнитном поле отличается от контактного метода тем, что вместо сплошной контактной плиты здесь имеется решетка, поэтому контакт с нагреваемым материалом только локаль­ ный, в промежутках между прутьями решетки имеется свободное пространство, через которое материалу передается дополнительное

1,31.

Радиационный метод сушки в кожевенной промышленности применяется главным образом при подсушке покрытий кож. В. В. Бе­ лозубом [182] проведена работа по применению этого метода для высушивания клеевой пленки прн соединении деталей низа обуви.

Для создания контакта между клеем и склеиваемыми поверх­ ностями применяется раствор его, но для скрепления системы рас­ творитель должен быть удален. Обычно это. делается путем высуши­ вания при естественной или вынужденной конвекции. Но так как процесс проходит очень медленно, раствор клея успевает проникнуть в подложку, что еще более замедляет высушивание обуви и может привести к ослаблению клеевого шва.

Чтобы ускорить сушку клеевого шва, следует начинать нагре­ вать его изнутри, на границе с подложкой, чтобы создать движение тепла и влаги к поверхности шва, что ускорит сушку и предотвратит образование поверхностной пленки. Для этого тепло, необходимое для испарения.растворителя, надо подавать возможно ближе к гра­ нице раствора с подложкой, что осуществимо при инфракрасном из­ лучении. Испытание источников излучения показало, что коротко­ волновые излучатели ЗС-2, ЗС-3 и НИК имеют максимум интенсив­ ности излучения в пределах длины волн 1,3—1,4 мк, длинноволно­ вые ТЭН и П И — 3—4 мк. Снижение напряжения питания немного смещает эти максимумы в сторону увеличения длины волн., В кривой зависимости интенсивности излучения от длины волн имеются две по­ лосы ослабления излучения: одна в диапазоне длин волн 2,4—2,9 мк, другая — 4,0—4,4 мк, что объясняется поглощением лучей парами воды и углекислотой, находящимися в воздухе.

234

Для равномерного облучения рекомендуется система из разных излучателей, расстояние которых от поверхности клеевого шва опре­ деляется по эмпирической формуле.

Исследовались клеи на основе наирита НТ и латекса ЛНТ-1. Пропускная способность клеевого шва в области длинных волн

в области коротких волн в несколько раз больше, чем в области длинных: для излучателя НИК в четыре раза больше, чем для излу­ чателя ТЭН, поэтому.для сушкн клеевых швов из латекса более эффективно использовать коротковолновые источники. Пропускная способность наиритовых клеев мало зависит от длины волн, но с уве­ личением толщины пленки в 2,5 раза интенсивность излучения уменьшается в 2,1 раза. Коэффициенты поглощения подложки, резины и кожи имеют большие значения (0,87—0,96) в области длин­ ных волн, поэтому для сушки клеевых пленок из наирита целесо­ образно применять длинноволновые излучатели.

Анализ кривых сушки клеевых швов показал, что при примене­ нии наиритовых клеев изменение спектрального состава излучения не изменяет механизма сушки. Иначе обстоит дело при сушке латексных пленок, так как пропускная способность зависит от длины волн.

Опыты показали, что наиболее эффективно подогревать наиритовые клеи с двух сторон длинноволновыми излучателями, латексы — со стороны верха коротковолновыми излучателями. Во всех случаях увеличение облученности и уменьшение толщины клеевой пленки повышают коэффициент и сокращают время сушки.

После сушки прочность шва зависит от остаточного массосодер­ жаиия т = 1 — 0,01/\ где Р — прочность склеивания, кгс/2,5 см; т— массосодержание, г/г. На прочность клеевого шва влияет также и температура сушки, при повышении которой более 150°С прочность крепления резко снижается. К моменту соединения температура де­ талей должна быть выше 70°С, так как при меньшей температуре не происходит активации наиритовых пленок. Для совмещенной сушки и активации наиритовых пленок при двустороннем облучении на расстоянии 28—30 см от облучателей ИР-1 интенсивность облу­ чения равна 0,30 Вт/см2 , время сушки 3,5 мин, температура к концу сушки 85°С и прочность крепления свыше 6 кгс/2,5 см. Инфракрас­

части обуви, предварительно увлажненная и облученная, подвер­ галась сушке радиационным и радиационно-конвективным методами. Для предварительного облучения более эффективны светлые излуча­ тели, которые повышают коэффициент устойчивости формы, для сушки — темные, которые дают более высокую и равномерную тем­ пературу нагревания, менее чувствительны к окраске изделий и имеют более высокий коэффициент полезного действия.

235

Г Л А В А I X

СВОЙСТВА ЖИДКОЙ СРЕДЫ

Ч и с т ые ж и д к о с т и

Одним из существенных отличий жидкой среды от газовой яв­ ляется отсутствие таких свойств, которые изменялись бы для всех веществ по одному и тому же закону. Все же для жидкостей с извест­ ной степенью приближения при очень высоком давлении сохраняется зависимость Таммана, подобная уравнению Ван-дер-Ваальса

Эта зависимость отличается от уравнения Ван-дер-Ваальса тем, что К не равно постоянной R.

Влияние давления на объем различных жидкостей неодинаково, общим для всех них является только соотношение между молярным

объемом и молекулярным весом V — , т - е- молярный объем

жидкости равен ее молекулярному весу, деленному на плотность. Таким образом, молярные объемы различных жидкостей неодина­ ковы в отличие от молярных объемов газов.

в постоянном движении, но если свободный пробег частиц газа зна­ чительно больше величины их, то в жидкостях, где молекулы очень сближены, движение их носит характер колебания около некоторого центра, так как действующие между ними силы взаимного притя­ жения препятствуют удалению частиц друг от друга.

В отличие от твердых тел жидкости могут принимать форму предоставленного им объема, для чего необходимо затратить опре­ деленную работу. Величина этой работы измеряется внутренним

236

Вязкость различна для разных жидкостей: для воды ц = 0,0102, для фенола т) = 0,127 и для глицерина и = 14,9 из. С ростом темпе­ ратуры жидкостей вязкость их сильно падает (см. табл. III-14).

Молекулы жидкости, как и газов, движутся с неодинаковой скоростью: наиболее быстрые пробиваются на поверхность жидкости, часть их испаряется. Для преодоления внутреннего трения и отры­ вания от поверхности жидкости молекулой затрачивается работа, равная скрытой теплоте парообразования. Половина этой работы уходит на продвижение молекул к поверхности, т. е. на преодоление внутреннего трения, и половина на фазовое превращение.

При атмосферном давлении внутреннее давление для воды равно 12 ООО ат. Находящийся на границе раздела двух фаз поверхностный слой жидкости обладает избыточной энергией, которая проявляется

вобразовании поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение может быть определено путем измерения высоты поднятия жидкости

вкапилляре со смачивающимися стенками

rh dg

где г/г — постоянная Пуассона, которая представляет собой высоту поднятия жидкости в капилляре радиусом 1 см.

При повышении температуры поверхностное натяжение жидкостей уменьшается по линейному закону ст = cr0 (1 — рТ), доходя до нуля при критической температуре. Молярная поверхностная энергия

всех жидкостей 2,12. Однако это постоянство в некоторых жидкостях нарушается из-за ассоциации молекул, в частности в воде 2—3 мо­ лекулы объединяются в один агрегат. При одной и той же темпера­ туре давление пара жидкостей является величиной постоянной, характерной для каждой из них. С изменением температуры давле­ ние пара резко возрастает и при достижении величины внешнего давления жидкость закипает. Молярная теплота парообразования при температуре кипения для всех жидкостей пропорциональна абсолютной, температуре кипения и имеет постоянное значение

yg- = const = 21,5 (правило Трутона) [59].

Различие в свойствах жидкостей и газов вызывает иной характер тепло- и массообмена. В неподвижной среде при изотермических условиях в чистых жидкостях может происходить только самодиффу­ зия, характер которой аналогичен самодиффузии в газовой среде. Коэффициент диффузии имеет ту же зависимость от скорости и рас­ стояния, но вместо скорости движения газовых частиц в нее входит период колебания молекул жидкости относительно положения рав­ новесия, величина которого т 0 = 10~Б с, а вместо пути свободного пробега молекул газа — перемещение молекул жидкости, равное для одноатомных жидкостей А2 = 10~s см.

237

возникает молекулярное движение под влиянием градиента тем­ пературы — термодиффузия, величина которой имеет тот же порядок, что и самодиффузия.

Р а з б а в л е н н ы е р а с т в о р ы

Если в жидкости растворено какое-то вещество, то оно, так же как и газы, распределяется равномерно во всем объеме растворителя. Это распределение происходит в результате диффузии под давлением, как и у газов. Сила, создающая такое давление, называется осмоти­ ческим давлением. Как и газы, молекулы жидкости давят и на стенки сосуда, в котором они находятся.

Одним из представлений о природе осмотического давления яв­ ляется притяжение частиц растворенного вещества частицами раство­ рителя [59]. Осмотическое давление в разбавленных растворах про­ порционально концентрации растворенного вещества и абсолютной температуре

Гей-Люссака и Авогадро. Давление, создаваемое растворенным ве­ ществом в растворителе, равно давлению, которое имело бы место

238

Из этих законов следует, что один моль вещества, растворенного- в одном литре растворителя, соответствует одному молю газа, зани­ мающему объем 22,4 л. Если моль газа сжать до объема одного литра, то он будет оказывать давление 22,4 ат. Следовательно, такое жедавление, должны оказывать и все эквимолекулярные растворы ве­ щества. Таким образом, осмотическое давление в разбавленных растворах не зависит от вида растворенного вещества, а только от количества молекул, находящихся в данном объеме.

гость пара понижается по сравнению с упругостью пара над чистым растворителем. Это понижение также пропорционально количеству"

упругости пара растворов различных веществ в одном и том же-

Относительное понижение упругости пара любого растворителя равно отношению числа молекул растворенного вещества количеству

Р~ n + N'

Р— p — PI

Р' М0 '

239-