Расчет тепломассопереноса в процессе сушки волокнистых материалов на основе аналитических методов в теории теплопроводности

• Автор: Кокурина, Галина Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Современное состояние проблемы сушки

волокнистого материала, ее математического описания

1.1. Характеристика процесса сушки волокнистых материалов

как объекта математического моделирования

1.1.1. Общая характеристика волокон.

1.1.2. Роль процесса сушки в производстве

химических волокон.

1.2. Анализ математических моделей сушки капиллярнопористых материалов

1.2.1. Физические предпосылки при моделировании процесса сушки волокнистых материалов
1.2.2. Методы аналитического расчета кинетики процесса сушки
1.3. Современные представления о методах математического моделирования процессов тепло и массопереноса в телах канонической формы на примере цилиндра.
1.3.1. Анализ аналитической теории переноса применительно к сушке.
1.3.2. Аналитические методы решения задач тепло и массопереноса
для областей с подвижными границами.
1.4. Определение продолжительности сушки волокна.
Выводы но главе 1 и постановка задач исследования.
Глава 2. Теоретическое исследование тепло и массопереноса
в процессе сушки тел цилиндрической формы.
2.1. Теплопроводность цилиндра при граничном условии третьего рода, неравномерном начальном распределении температуры
и внутренних источниках теплоты, порожденных ударным нагружением и потоком лучистой энергии
2.2. Моделирование первого периода сушки волокна.
2.3. Моделирование периода с падающей скоростью сушки
2.4. Расчет влагосодержания волокнистого материала в периоде падающей скорости сушки.
2.5. Область применимости предложенной модели сушки.
Глава 3. Экспериментальные исследования процесса
конвективной сушки волокнистых материалов.
3.1. Экспериментальное исследование кинетики сушки
волоки истых материалов.
3.1.1. Физические представления о процессе сушки
волокнистого материала
3.1.2. Задачи экспериментального исследования
3.1.3. Определение пористости и плотности волокон
3.1.4. Описание опытной установки и методики эксперимента
по определению кинетики сушки и нагрева волокон.
3.1.5. Результаты экспериментов и их анализ
3.2. Определение коэффициентов тепло и массоотдачи
из экспериментальных кривых сушки
3.3. Соотношение количеств теплоты, расходуемых на нагрев материала и испарение влаги в первом периоде сушки.
3.4. Обоснование равенства коэффициентов тепло и массоотдачи
в первом и втором периоде сушки
Глава 4. Проверка адекватности разработанной
математической модели
4.1. Проверка адекватности модели при описании периода прогрева материала
4.2. Проверка адекватности модели при описании первого периода сушки
4.3. Проверка адекватности модели при описании второго периода сушки
4.4. Алгоритм расчета непрерывного варианта конвективного процесса сушки волокнистого материала
Заключение
Основные обозначения
Литература


После процесса формирования в составе некоторых видов химических волокон остаются загрязняющие их химические вещества. Так вискозная текстильная нить содержит 3,5 - 4,5% серной кислоты, - % сульфатов, 2 - 3 % прочих примесей; волокно капрон - 3 - 5 % лак-тама и низкомолекулярных фракций. Все эти загрязнения не могут быть оставлены в готовом волокне, так как они понижают физико-механические показатели и стойкость волокна к влиянию внешних факторов - света и погоды и ухудшают внешний вид нити и изделий. Полное удаление из волокна загрязнений возможно только путем обработки его водой и различными химическими растворами (отделка химических волокон), соответствующими данному технологическому методу производства. По окончанию процесса отделки химических волокон из последних должно быть удалено избыточное количество влаги, с доведением относительной влажности волокна до установленной кондиционной величины. Различными механическими способами - отсосом или продувкой, отжимом на центрифугах, вальцах, прессах и т. После центробежного отжима в вискозном волокне остается все еще 0 -0 % влаги. Единственным принятым в производстве способом получения кондиционной влажности химических волокон служит их сушка. Условия сушки - температура, продолжительность, теплоноситель, принципиальная схема сушилок и т. К выбору температурных параметров сушки надо подходить особенно осторожно, руководствуясь в первую очередь не технико-экономическими показателями сушильного процесса, которые всегда улучшаются при повышении температуры и сокращении времени процесса, а условиями сохранения требуемого качества волокна. Наиболее термостойкие химические волокна теряют до % своей прочности при длительном нагреве их до 0° С (полиэфирное волокно), остальные волокна доходят до полного разрушения. Поэтому при длительных процессах сушки химических волокон температурный режим сушилок редко превышает 0° С и обычно выбирается в пределах - ° С. Длительные режимы сушки - порядка нескольких десятков часов; кратковременные режимы сушки - 3 - 8 часов. В промышленности применяют следующие способы сушки химических волокон: а) контактный; б) конвективный; в) токами высокой частоты; г) комбинированный. Различают сушилки периодического и непрерывного действия. Сушилки камерного типа, периодического действия, применяются * только на опытных установках с малой производительностью. Контактную сушку применяют в машинах непрерывного процесса посредством обогреваемых теплоносителем механизмов непрерывного перемещения движущейся одиночной нити. Сушилки для паковок в зависимости от принятого способа производства предназначены для сушки текстильной, кордной и технической нити, намотанной на бобины, в кулички и мотки. Часто на предприятиях химических волокон для сушки паковок применяют канальные проходные сушилки с подвесными или наземными тележками. Основной недостаток воздушной сушки в канальных сушилках всех типов - в неравномерности влажности волокна в различных слоях по толщине намотки паковок. В то время как волокно в наружных слоях уже высохло до влажности 3-5 %, во внутренних слоях еще остается - % влаги. Подобный неравномерный режим сушки . С этим можно бороться, понижая температуру циркулирующего в сушилках воздуха, при этом время сушки увеличивается, что тоже не желательно. Таким образом, актуальной является задача по интенсификации процесса сушки волокна, разработке и созданию нового высокопроизводительного сушильного оборудования, что возможно только на базе современных научно обоснованных методов расчета тепломассообменных процессов, происходящих в нем. Анализ возможных способов интенсификации процесса сушки показал, . С этой целыо в ИХР РАН разработана радиационноконвективная сушильная машина - МС [9], в которой процесс сушки полотна ведется в циклическом режиме. Материал часть времени находится под ИК-излучением от кварцевых стеклянных трубок с нихромовой спиралью и одновременным поперечным обдувом из сопл с воздухом, нагреваемым паровым калорифером. Другую часть времени материал находится в конвективной зоне сушильной камеры с продольным обдувом.