LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Наукові основи ресурсозберігаючих технологій переробки відходів натуральних шкір у матеріали та вироби взуттєвого виробництва

(23) буде більшою чи дорівнюватиме середньому поперечному розміру частинки за напрямком поширення струменя.

З огляду на те, що міцність міжволоконного простору значно нижча за міцність колагенових волокон, кумулятивні струминки будуть намагатися зруйнувати саме найменш протяжну і менш міцну частину волокнистого середовища – міжволоконний простір. Аналіз рівняння (23) показує, що вирішальний вплив на глибину проникнення кумулятивних струминок у товщу матеріалу мають швидкість кумулятивних струменів суспензії і пластичні властивості матеріалу частинок . На рис. 5 показана залежність, з якої встановлюється максимальна товщина шкіряних відходів, яка не повинна бути більшою, ніж глибина кавітаційної струминки lв при заданій кумулятивній швидкості струминки VK. З рис. 5 видно, що для розволокнення відходів натуральної шкіри її товщина не повинна перевищувати hш 310-3 м. Для забезпечення запасу з кумулятивної швидкості, найбільш раціональним є інтервал в межах (VK = 1200...1400 м/с), який дозволяє розволокнювати відходи шкіри товщиною до hш 3,510-3 м. При чому в цей інтервал потрапляють усі типи досліджених шкір. Для гідродинамічного розволокнення тонких відходів шкіряних матеріалів, наприклад, для галантерейних виробів, товщиною до hш 1,510-3 м необхідно рекомендувати інтервал кумулятивних швидкостей в межах (VK = 200...400 м/с). Зменшення більше, ніж у 3 рази кумулятивної швидкості струминки позитивно відбивається на зменшенні робочого тиску в каналі кавітаційного гідродинамічного розволокнювача і зменшує енерговитрати.



Рис. 5. Залежність глибини проникнення lвкавітаційної струминки в шкіру від кумулятивної швидкості струминки VK

Задача гідродинамічного розволокнення шкіряних відходів розглянута в роботі з позиції гідродинаміки двокомпонентної в'язкої суспензії. Для цього використані такі гіпотези і припущення: суспензія являє собою двокомпонентне в'язко-пористе середовище, пори якого заповнені рідиною; у межах суспензії, через малий розмір пор відсутнє конвективне перенесення; процес розволокнення протікає при постійному контактному тиску; поле швидкостей кавітаційних струменів вважається постійним по товщині середовища, яке піддається розволокненню.

Моделюючи процес розволокнення шкіряних відходів за рахунок розклинення і проникнення кумулятивних струменів через міжволоконний простір в одному напрямі як фільтрацію струменів, розглянемо рівняння фільтрації, в яких проекції швидкостей виражені через гідродинамічний контактний тиск у вигляді:

(24)

Тут , , – проекції вектора швидкості V рідкої фази на осі координат x, y, z; h, кінематична в'язкість м2/с; – густина рідкої фази кг/м3; p – контактний тиск, викликаний впливом кавітаційних струменів МПа; z – пористість волокнистого матеріалу.

Використовуючи диференціальні рівняння Нав'є – Стокса для середовища, яке піддається гідродинамічному розволокненню, підставляючи у них рівняння (24), диференціюючи отримані рівняння по t, представляючи проекції масових сил як проекції на осі x, y, z гідравлічного напору H, припускаючи, що швидкість є неперервною функцією координат, диференціюючи кожне отримане рівняння по x, y, z; змінюючи порядок диференціювання в правій частині, використовуючи метод інтегральних перетворень в кінцевих межах, проводячи дуже громіздкі, але цілком елементарні перетворення, з урахуванням рівняння нерозривності, одержимо рішення рівняння Лапласа щодо двочлена у вигляді:

, (25)

де , , (n = 1, 2, 3, ..., k); g = 1/(ax ay az); ax, ay, az – сталі, які визначають зведену проникність шкіряного матеріалу; , – відповідно функції R після першого та другого перетворень.

Для розв'язання рівняння:

(26)

необхідно задати початковий розподіл тиску в кавітаційному розволокнювачі , який у сталому режимі може бути визначений як:

, (27)

де – середньостатистичний розмір площі обрізків шкіри, що піддаються розволокненню; – радіус кавітаційної бульбашки, яка формується в кавітаційному розволокнювачі .

Компоненти швидкості проникнення суспензії через міжволоконний простір, яка дорівнює , визначається з рівнянь (23) за розподілом тиску, знайденим з рівняння (26). Шляхом одержаного розв'язку задачі для поля тисків, заданого рівнянням (24) , з використанням рівнянь фільтрації (23), можна знайти поле швидкостей по перерізу гідродинамічного розволокнювача. На рис. 6 наведена залежність тиску в каналі гідродинамічного кавітаційного розволокнювача з круглим кавітатором від необхідної кумулятивної швидкості струминки .


Рис. 6

Аналіз рис. 6 та рис. 5 показує, що в каналі гідродинамічного розволокнювача для переробки шкіряних відходів товщиною hш 3,510-3 м найбільш раціональним є тиск в інтервалі PC = 0,25...0,35 МПа. У той же час, найбільш раціональним для шкіряних відходів товщиною hш 1,510-3 м є тиск в інтервалі PC = 0,01...0,05 МПа. В'язкість розволокнюваної суспензії h може бути визначена з рівняння Енштейна як:

, (28)

де h1 – в'язкість рідкої фази, Пас, kE – коефіцієнт Ейнштейна, x – коефіцієнт об'ємного наповнення суспензії твердими частинками відходів шкіри.

Розв'язуючи рівняння (26) з урахуванням (28), отримаємо розв'язок задачі про зміну тиску кавітаційної струминки PК та тиску в каналі кавітаційного розволокнювача PC залежно від об'ємного наповнення відходами шкіри суспензії.

На рис. 7 наведена залежність відносної зміни тиску кавітаційної струминки () (крива 1) та відносної зміни тиску в каналі кавітаційного розволокнювача () (крива 2) від об'ємного наповнення відходами шкіри суспензії, яка піддається розволокненню.




Рис. 7

Позначками "" відображені експериментальні результати визначень відносної зміни тиску в каналі розволокнювача. Аналіз результатів, наведених на рис. 7, показує, що зі збільшенням об'ємного наповнення суспензії відходами шкіри при заданій геометрії та розмірах круглого каналу кавітатора різко зменшується тиск кавітаційної кумулятивної струминки відносно теоретичного значення тиску струминки , визначеного для ідеальної ненаповненої рідини.

Це зумовлено тим, що із збільшенням в'язкості суспензії h, яка призводить до різкого зменшення швидкості струминок VK, і як наслідок, – зменшується збуджуваний ними тиск. У той же час, збільшення в'язкості суспензії h, зі зростанням об'ємного наповнення x відходами шкіри суспензії, призводить також до уповільнення її руху в каналі кавітатора за рахунок зростання опору частинкам шкіри. Тому для забезпечення технологічного процесу гідродинамічного розволокнення необхідно підвищувати робочий тиск PC відносно заданого тиску, який відповідає руху через кавітатор ненаповненої рідини P.

Експериментальні дослідження показали, що дійсно з похибкою 5 ... 12 % спостерігається зростання робочого тиску в каналі розволокнювача прохідного типу. Точка А перетину кривих 1 та 2 на рис. 7 відповідає найбільш раціональному значенню коефіцієнта наповнення суспензії (x = 0,043...0,045) , при якому не буде спостерігатись ні