LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Розробка основ ресурсозберігаючої технології глибокої переробки льоноволокна із застосуванням електророзрядної нелінійної об'ємної кавітації

насичується органічною речовиною. Це більш-менш компактне газоутворення, яке і формує електричний пробій рідини, розбивається на мікробульбашки ударною хвилею розряду, сформованого вслід за цим пробоєм. Саме вони служать зародками електророзрядної кавітації. Вперше експериментально на кінограмі зареєстровано повний цикл зародження, розвитку, згасання та зникнення електророзрядної кавітаційної області в реакторі, час життя якої значно перевищує час активної стадії електричного розряду і може досягати 500 мс і більше. Кінограми аналізувалися покадрово з використанням програмної комп'ютерної фільтрації з метою найбільш повного та чіткого виявлення структури: фільтри "Рельєф поверхні" і "Лапласа". Таким чином був оброблений кожний кадр фільму, який зафіксував увесь спектр кавітаційного явища, що дозволило встановити кінетику розвитку кавітаційної області. Аналіз виконувався за комп'ютерною програмою "Іmage Analizer Version 1.0". Вимірюванням зміни рівня вільної поверхні при спокійній рідині в розрядній камері і при розвиненій кавітації було розраховано яку долю загального об'єму рідини займають кавітаційні бульбашки. Визначено, що ця доля становить 3-5 %. За допомогою йодометричного методу встановлено: інтенсивність кавітації росте пропорційно кількості розрядів і залежить від ємності батареї конденсаторів С (рис. 1).


Рис. 1. Залежність інтенсивності кавітації від кількості розрядів (імпульсів): 1- С=0,1 мкФ; 2 – С=0,25 мкФ; 3 – С=0,5 мкФ.


Ще однією важливою характеристикою електророзрядної кавітації є її залежність від частоти посилань імпульсів, що показано на рис. 2 (С = 0,5 мкФ). Це є важливий результат досліджень, такий, що підтверджує гіпотезу про генерування електророзрядної кавітації, дає ключ для вирішення проблеми керування кавітацією, а також демонструє шлях до підвищення інтенсивності кавітації, якого немає практично у жодного з відомих способів генерування кавітації. Окрім цього, необхідно враховувати при проектуванні, що частоту посилань імпульсів не слід призначати більшою ніж 8-10 Гц.



Рис. 2. Залежність інтенсивності кавітації від кількості та частоти імпульсів:

1 - f = 1 імп./с; 2 - f = 6 імп./с; 3 – f =10 імп./с.


Значну роль для процесів очищення і диспергування рослинної сировини можуть відігравати турбулентні рухи рідини в реакторі, що пов'язані з динамікою післярозрядної порожнини. Швидкість руху рідини при розщеплені цієї сировини може бути 40-50 м/с. Рідина закипає, коли віддається від стінок камери та виходить на поверхню, цим самим добре перемішуючи волокно, що обробляється.

Доведено вплив на електророзрядну кавітацію геометрії реактора, взаєморозташування вільної поверхні, електродних систем і дна реактора. Зокрема встановлено, що в реакторах з жорсткими стінками кавітація розвивається значно слабше, ніж в реакторах з достатньо піддатливими стінками. Це дуже важливий висновок для практичної реалізації електророзрядної кавітації в технологічних процесах, як інструмент впливу на речовину. Наявність вільної поверхні в розрядній камері - це обов'язкова умова генерування повноцінної електророзрядної кавітації.

Четвертий розділ присвячений дослідженням кінетики розщеплення й очищення лляного волокна за рахунок електророзрядної дії на водоволоконні системи і капілярні процеси в полі такої дії і наведено основні результати таких досліджень. Використання всієї сукупності фізичних та фізико-хімічних явищ, які є при електричному розряді в рідині, інтенсифікує процес вилучення нецелюлозної речовини, дозволяє знизити температуру робочого розчину і суттєво зменшити час обробки.

При обробці лігніновмісних волокон відбуваються глибокі якісні зміни структури природного лігніну: розрив різних, в тому числі валентних зв'язків, конверсія сітки лігніну з виникненням С−С зв'язків; модифікація функціональних груп і ароматичних структурних одиниць. Розщеплення зв'язків приводить до фрагментації та розчинення лігніну. При делігніфікації відбувається фрагментація лігніну за рахунок розриву алкіл-арильних ефірних зв'язків і розчинення низькомолекулярних фракцій лігніну. Реакції деметоксілірування підвищують гідрофільність лігніну.

Деалкіювання лігніну викликає значну деструкцію його макромолекули, тому що більш ніж половина зв'язків проміж структурними одиницями відноситься до такого типу. Активно діють окислювачі [O], що виникають під час електричного розряду у воді. Таким чином, процес делігніфікації під дією електричного розряду здійснюється як за рахунок електророзрядної активації розчинених реагентів (наприклад, NaClO Na*+ ClO*), так і за рахунок виникнення активних окислювачів з молекул води (Н*, ОН*, О*, Н2О2*), виникаючих як результат інтенсивної електророзрядної нелінійної кавітації. Причому в останньому випадку активних окислювачів більше, ніж при використанні хімреагенту.

Взаємодія лігніну з окислювачами, що утворюються при електророзрядній обробці води, може протікати за наведеним нижче рівнянням реакції, де [O] - активні окислювачі.



Аналіз результатів експериментальних досліджень руху рідини в капілярних системах, а також при розчиненні лігніну і пектинів виконано з точки зору кавітаційно-акустичної інтенсифікації процесу.

Механізм процесу заснований на виникненні так званого звукокапілярного тиску, що має місце при високоамплітудних коливаннях кавітаційної бульбашки або групи кавітаційних бульбашок у близькій зоні устя капіляра або навіть у самому капілярі. Формула для оцінення руху рідини в капілярі в електророзрядному акустичному полі:

, (1)


де g - прискорення вільного падіння; Rmin - мінімальний радіус бульбашки при схлопуванні; Rk- радіус капіляра; pm - амплітуда тиску ударної хвилі, що виникає при схлопуванні бульбашки; r - відстань від центру бульбашки до капіляра; η – динамічна в'язкість. Оцінка показує, що для рm= 35 МПа, Rmin= 10-5 м, Rk= 10-5 м, h = 10-3 Пас, g= 9,81 м/с2 висота підйому рідини в капілярі h = 35 мм; що по порядку величини відповідає значенням, одержаним експериментально.

Аналіз дифузійного процесу при електророзрядній кавітації вказує, що на швидкість процесу впливає як вирівнювання концентрації, яке відбувається під дією кавітаційно-акустичних та мікротечій, так і зняття дифузійних обмежень на кордоні рідина-тверде тіло, що викликають кавітаційні бульбашки. Вже при замалих швидкостях конвективна дифузія має значну перевагу над молекулярною. Збільшення швидкості розчинення часток пектинів та лігніну в імпульсних кавітаційно-акустичних полях пояснюється також виникненням специфічних умов поблизу кавітуючої бульбашки: потоки довкола нього періодично змінюються як за розміром, так і за напрямком. Частинки розчиненої речовини знаходяться у цих знакозмінних потоках, тому в цьому разі швидкість розчинення може зростати на порядок величини і більше, якщо брати до уваги генерування нових поверхонь, як результат диспергування розчинюваних часток. У деякій частині матеріалу розчиняється лігнін, що знаходиться у вигляді шару на підстильній поверхні з целюлози. Тут прискорення процесу в кавітаційно-акустичному полі здійснюється двома способами. По-перше,