МАШИНЫ ДЛЯ СУШКИ И ТЕРМООБРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Машины для сушки текстильных материалов

Машины для сушки текстильных материалов можно подразделить:

  • • по виду высушиваемого материала (волокна, пряжа в мотках и бобинах, ткань);
  • • способу подвода теплоты;
  • • виду теплоносителя, называемого иногда агентом сушки (влажный воздух, перегретый водяной пар);
  • • способу транспортировки (конвейерная роликовая, в клуппных цепях и т.д.).

Различают три способа сушки: контактный, когда ткань соприкасается с нагретой поверхностью; конвективный, осуществляемый за счет обдува ткани нагретым теплоносителем; радиационный, использующий энергию теплового излучения. Иногда эти способы сушки сочетаются.

Процессу сушки материала предшествует механическое обезвоживание — менее энергоемкий и более дешевый в реализации процесс удаления влаги. Его закономерности рассмотрены в п. 10.1.4 пособия [1]. Чаще всего на практике используется механическое удаление влаги при помощи отжимных валов (см. разд. 3.2). С его помощью удается уменьшить влагосодержание ткани до 75—80%.

Прежде чем перейти к дальнейшему изучению материала, следует проработать пп. 10.1 и 10.2 учебного пособия [1].

Барабанные сушильные машины. Схема барабанной сушильной машины марки СБМ2-20/120 показана на рис. 4.1. В ней реализуется контактный способ сушки. В сушильные барабаны (цилиндры) 2 подается водяной пар под избыточным давлением и конденсируется в них, нагревая поверхность барабанов. Ткань транспортируется за счет вращения барабанов и роликов 7. Вся конструкция располагается внутри ограждения 3.

В схеме, показанной на рис. 4.1, ткань контактирует с нагретой поверхностью барабанов попеременно лицевой и изнаночной сторонами. Но существуют барабанные сушилки, в которых при помощи направляющих роликов организуется касание поверхности всех барабанов только одной, изнаночной стороной. Применение такой схемы обусловлено технологическими соображениями и применяется, например, при сушке тканей после печати. В первом случае время сушки меньше, чем во втором.

Схема барабанной сушильной машины

Рис. 4.1. Схема барабанной сушильной машины

Объясняется эта закономерность следующим образом. При контакте с барабаном ткани с достаточно высоким влагосодержанием (IV~ 0,75...0,8) капиллярно связанная влага интенсивно испаряется, под тканью создается избыточное давление (доказательство этого см. в [37]) и пар, проходя сквозь ткань, увлекает за собой влагу. Второй фактор, способствующий выносу влаги к наружной поверхности, — термокапиллярное движение: при наличии разности температур влага движется в сторону меньших температур и большего капиллярного давления1. Обогащенная влагой внешняя поверхность ткани контактирует с нагретой поверхностью второго барабана. Здесь описанный процесс повторяется, хотя и с несколько меньшей интенсивностью, величина которой постепенно снижается при переходе ткани с одного барабана на другой. В сушилках, где ткань касается поверхности барабанов только одной стороной, интенсивный процесс испарения наблюдается в основном на первом по ходу ткани барабане. Это способствует сокращению времени сушки или увеличению скорости ее проводки при двустороннем касании поверхности барабанов.

При переходе с барабана на барабан ткань контактирует с влажным воздухом в камере сушилки, имеющем меньшую температуру, чем на поверхности барабанов. Процесс охлаждения ткани сопровождается испарением влаги, доказательства чего будут приведены при анализе процесса расхолаживания в разд. 4.2.

Это проявление в пористом теле эффекта Марангони — движения жидкости в неоднородном поле температуры в сторону меньшего ее значения, обусловленное температурной зависимостью коэффициента поверхностного натяжения.

Для интенсификации процесса используют комбинированный контактно-конвективный способ сушки, для чего в сушилке устанавливают систему сопел, через которые внешняя поверхность ткани обдувается предварительно нагретым в калориферах воздухом.

Вытяжной вентилятор 1 (см. рис. 4.1) установлен в верхней части камеры сушилки, где влажный воздух обогащен водяным паром, что способствует уменьшению среднего влагосодержания воздуха в камере сушилки. Благодаря вентилятору в камере сушилки создается разрежение, поэтому нагретый воздух не попадает в помещение цеха.

На выходе из сушилки расположена охладительная камера. Вентилятор 4 через короба 5 с системой сопел подает холодный воздух на ткань. Как уже упоминалось выше (см. также разд. 4.2), процесс расхолаживания сопровождается испарением влаги. Режим работы сушилки оптимален, когда на выходе из нее достигается кондиционное влагосодержание ткани И^к (его ориентировочные значения приведены в приложении 4). Следовательно, перед охладительной камерой целесообразно поддерживать величину влагосодержания несколько больше ?к, чтобы за ней устанавливалось влагосодержание, равное ?к. За охладительной камерой расположен тканеук-ладчик 6, складывающий скань в тележку.

На рис. 4.2 показана схема паро- и конденсатопроводов сушильно-барабанной машины. Система подачи пара в сушильные цилиндры 5 включает запорный клапан 4, регулирующий клапан /, с помощью которого поддерживается необходимое давление пара в барабанах, при котором исключается их деформация. Предохранительный клапан 3 также не допускает нежелательного повышения давления пара. Вакуумный клапан 2 служит для впуска в барабан воздуха во время остановки машины, чтобы избежать деформации цилиндров атмосферным давлением: пар внутри барабана в этих условиях конденсируется, создавая разрежение. Давление в паровой и конденсатной линиях контролируется с помощью манометров 6. На линиях отвода конденсата из каждого барабана установлены конденсатоотводчики (конденсационные сосуды) 7 с фильтрами 8. Установка конденсатоотводчиков на каждом барабане позволяет исключить заливание нижних барабанов конденсатом, отводимым из верхних.

Приспособления для отвода конденсата пара из барабана показаны на рис. 4.3. Три из них (рис. 4.3, а—в) представляют собой черпаки: первый — сварной черпак, второй — трубчатый и третий — спиральный. Они вращаются вместе с барабанами и, захватывая конденсат, направляют его в центральную трубу. Центробежные силы, возникающие за счет вращения барабана, затрудняют перелив конденсата в центральную трубу, причем наибольшие затруднения характерны для сварного черпака. Для трубчатого и спирального черпаков условия перелива конденсата более благоприятны.

Попавший внутрь барабана воздух даже в небольших количествах приводит к значительному уменьшению коэффициента теплоотдачи при конденсации. Черпаки практически не удаляют воздух из цилиндров, и его приходится периодически отводить

продувкой цилиндров паром с помощью специальных кранов. Сифонная трубка (рис. 4.3, г) позволяет отводить конденсат и воздух за счет перепада давления между паровой и конденсатной линиями.

Контактный способ сушки наиболее экономичен: удельный (в расчете на 1 кг высушенной ткани) расход пара в барабанных сушилках меньше, чем в других типах сушильных машин. Однако из-за натяжения и деформации ткани при транспортировке сушильно-барабанные машины не используются на заключительной стадии отделки, где ткани придается товарный вид. Они применяются на промежуточных стадиях отделочного процесса и часто входят в состав отделочных линий.

Воздушно-роликовая сушильная машина. Схема воздушно-роликовой машины типа СВР-120 показана на рис. 4.4. Ткань 6 перемещается в сушильной камере 8 при помощи системы вращающихся роликов 5, соприкасаясь с ними попеременно лицевой и изнаночной сторонами. При помощи двух циркуляционных вентиляторов 1 воздух направляется в калорифер 2, после чего поступает в раздающий короб 3, а из него — в сушильную камеру. В верхней ее части располагается приемный воздушный короб 4, из которого воздух подсасывается вентилятором. Относительно малые значения коэффициентов тепло- и массоотдачи в такой сушилке приходится компенсировать увеличением заправочной длины ткани в сушильной камере (высота которой порядка 3 м). Чтобы избежать деформации полотна ткани на такой длине, устанавливают направляющие ролики 7. Иногда увеличение площади поверхности ткани

в сушильной камере достигается благодаря схеме заправки «петля в петле» [36].

Завесная газовая сушилка. Схема завесной газовой сушилки показана на рис. 4.5. Для ряда тканей допустима температура воздуха в процессе конвективной сушки до 200°С. Более того, на стадии удаления капиллярно связанной влаги температура материала практически совпадает с температурой мокрого термометра, близкой по величине к температуре адиабатного насыщения, и при этом допустима существенно более высокая температура воздуха в сушилке. Но на стадии удаления гигроскопически связанной влаги температура ткани начинает расти, стремясь в пределе к температуре воздуха. Поэтому для всего процесса сушки нежелательно поднимать температуру выше 200°С.

Схема завесной газовой сушильной машины

Рис. 4.5. Схема завесной газовой сушильной машины

Повышение температуры воздуха способствует увеличению скорости сушки и уменьшению ее продолжительности. Существующие на большинстве текстильных предприятий котельные вырабатывают пар давлением 5...7 бар. В этих условиях воздух в паровых калориферах сушилок не нагревается выше 130...150°С. Более высокие температуры теплоносителя достигаются при использовании огневого обогрева, реализуемого в сушилках представленного на рис. 4.5 типа.

В кармане сушилки располагается газовая горелка 5. Воздух с продуктами сгорания циркуляционными вентиляторами 6 подается в сушильную камеру 3. Циркулирующий теплоноситель смешивается со свежим воздухом, подсасываемым через окна 4. Часть циркулирующего воздуха удаляется из сушилки при помощи сбросного вентилятора 7(на схеме не показан), создавая разрежение в сушилке, что предотвращает проникновение продуктов сгорания в помещение цеха. Попытки использовать для сушки ткани дымовые газы от дымососа котла оказались неудачными: сушилка работала под наддувом (избыточным давлением), и дымовые газы попадали в помещение цеха.

Ткань 1 транспортируется в сушилке при помощи непрерывного цепного транспортера с роликами 2, образуя свободно свисающие петли.

Сушилки с огневым обогревом являются довольно экономичными, во-первых, из-за повышенной скорости сушки и, во-вторых, из-за относительно невысокой себестоимости вырабатываемой теплоты.

Сетчато-барабанные сушильные машины. Схема сетчато-барабанной сушильной машины представлена на рис. 4.6. В таких машинах устанавливается несколько вращающихся перфорированных барабанов 3, внутренняя полость каждого из которых сообщается с отсасывающим вентилятором 8, соединенным с торцом барабана. Пройдя через калориферы 5, воздух нагревается. Для обеспечения равномерного распределения воздуха по сечению сушилки предусмотрена установка перфорированных щитов 7. Сушка осуществляется за счет фильтрации воздуха через ткань и соприкосновения с нагретой поверхностью барабанов.

Схема сетчато-барабанной сушильной машины

Рис. 4.6. Схема сетчато-барабанной сушильной машины

Ткань 1 подается в сушилку при помощи транспортера 2 и выводится транспортером 6. Внутри сушилки ткань огибает только часть поверхности барабанов, остальная часть поверхности экранирована неподвижным сплошным щитом 4, затрудняющим попадание воздуха внутрь барабана, минуя ткань. Соседние барабаны вращаются в противоположные стороны, обеспечивая транспортировку ткани внутри сушилки.

Машины такого типа используются и для сушки слоя волокон, причем он транспортируется без специальных приспособлений: сход слоя с предшествующего барабана сопровождается его присасыванием к следующему.

Сопловые сушильно-ширильные машины. Машины такого типа обычно используют на заключительной стадии отделки для придания ткани товарного вида. Полотно ткани захватывается по кромкам и транспортируется в сушилке парой так называемых клуппных цепей, расстояние между которыми в процессе сушки остается неизменным, что обеспечивает постоянную по длине полотна ширину ткани.

Конструктивно они состоят из набора отдельных секций. Схема одной из таких секций показана на рис. 4.7. Ткань 3 перемещается в направлении, перпендикулярном чертежу, между двумя воздушными коробами 2, в которые вентилятором / нагнетается нагретый в калориферах 5 воздух. Обращенная к ткани поверхность каждого воздушного короба может быть конструктивно оформлена в различных вариантах: может иметь перфорацию в форме круглых отверстий либо нести на себе круглые сопла или сопла в форме плоских щелей. Следует обратить внимание на сужающуюся к концу форму короба и соответствующее уменьшение проходного сечения для воздуха. В коробе постоянного сечения по мере раздачи воздуха через сопла (отверстия) давление потока внутри него изменялось бы от его начала к концу вследствие закона сохранения импульса. В результате скорость истечения из сопел также изменялась бы от начала короба к его концу, что привело бы к неравномерному по ширине полотна высушиванию ткани. Использование сужающегося короба позволяет обеспечить достаточно равномерное распределение скоростей истечения воздуха из сопел. Дополнительное конструктивное решение, способствующее обеспечению равномерности сушки по ширине полотна, состоит в том, что в следующей за рассматриваемой секции вентилятор и калорифер меняются местами (там вентилятор располагается справа, а калорифер — слева).

Схема секции сушильно-ширильной машины

Рис. 4.7. Схема секции сушильно-ширильной машины

Схема циркуляции воздуха в каждой секции достаточно проста: после обтекания поверхности ткани воздух попадает в калорифер, а из него поступает на всасывающую сторону вентилятора. В некоторых машинах воздух из вентилятора поступает в калорифер, а из него уже в воздушные короба. Такая схема представляется более рациональной, так как в отличие от представленной на рис. 4.7 схемы циркулирующий воздух не охлаждается и не смешивается с воздухом, подсасываемым через неплотности ограждений на пути от калорифера к вентилятору. Влажный воздух отводится из машины вытяжным вентилятором, патрубок которого 4 показан на рис. 4.7.

Близкое к поверхности ткани расположение сопел и довольно высокая скорость истечения воздуха из сопел на ткань позволяют обеспечить высокую интенсивность процесса сушки. Сопловой обдув ткани используется для интенсификации процессов сушки и в других типах машин, не относящихся к ширильным.

Цепная сушилка. Цепная сушилка, схема которой показана на рис. 4.8, предназначена для сушки пряжи в мотках. Движение воздуха в сушильной камере обеспечивается вентиляторами 3, его нагрев — калориферами 6. Для удаления воздуха из сушилки 7 используется вытяжной вентилятор 4.

Мотки пряжи подвешиваются на стержни 5, которые закреплены на непрерывном цепном транспортере. Транспортер с пряжей

ш Є

входит в сушилку через проем I, а выходит через проем II. Перед выходом из сушилки предусмотрена зона кондиционирования 2 пряжи, в которой размещен увлажнитель 1. После выхода из сушилки в проеме II мотки охлаждаются и в зоне Б автоматически разгружаются. В зоне А мотки навешиваются на стержни транспортера.

Камерные сушилки. Камерные сушилки обычно представляют собой машины периодического действия. На рис. 4.9 представлена сушилка такого типа для сушки пряжи в бобинах под давлением. Переключение режимов работы оборудования на различных стадиях процесса осуществляется с пульта управления 5.

Внутри сушильного котла 2 размещаются перфорированные стержни /5, на которые насаживаются бобины 14. Эта система обеспечивает возможность движения воздуха через тело бобины как от центра к периферии, так и наоборот. После загрузки котла бобинами его крышка закрывается и система заполняется сжатым воздухом, подаваемым от ресивера 6 через фильтр 7 и патрубок 10.

Давление в ресивере создается компрессором 8. После этого включается воздуходувка 9, в теплообменник 3 подается пар для нагрева воздуха, а в охладитель-конденсатор 4 подается холодная вода. Нагретый воздух подается в котел и движется от центра бобин к периферии или наоборот (переключение осуществляется клапаном 11 с помощью воздушного цилиндра 12). Изменение направления движения теплоносителя через бобину в процессе сушки способствует более равномерному по ее толщине удалению влаги. Обогащенный водяными парами воздух через барабан-каплеуловитель 13 направляется к охладителю-конденсатору, где пары частично кон-

денсируются и влагосодержание воздуха уменьшается. После этого он направляется воздуходувкой в теплообменник 3 и рабочий цикл замыкается. По окончании процесса сушки давление в котле стравливается через вентили / и производится выгрузка бобин.

Существуют также камерные сушилки аналогичного назначения, работающие по разомкнутому циклу при атмосферном давлении. Отработавший воздух или его часть сбрасывается из сушилки, что сопровождается подачей свежего воздуха.

Терморадиационная камера

Рис. 4.10. Терморадиационная камера

Терморадиационная камера. Схема терморадиационной камеры УТГ-140 показана на рис. 4.10. В ней энергия подводится к влажной ткани за счет теплового излучения в инфракрасной области спектра. Для этого в термокамере предусмотрена установка либо кварцевых галогенных ламп, либо трубчатых металлокерамических излучателей 3. При помощи системы отражателей 2 большую часть энергии излучателей удается направить на ткань /, транспортируемую роликами 4. Для удаления выделяющихся в процессе интенсивного подсушивания паров и вредных веществ используется вытяжной вентилятор, патрубок которого 5 показан на рис. 4.10. В камере предусмотрена зона 6 охлаждения ткани. Величина теплового потока излучения может регулироваться либо изменением расстояния между излучателями и тканью, либо изменением напряжения электрического тока, подаваемого на излучатели.

Терморадиационная камера используется для предварительной подсушки материала на стадии удаления капиллярно связанной влаги. На этой стадии, несмотря на мощный поток энергии излучения, значение температуры ткани остается в допустимых пределах. Для удаления гигроскопически связанной влаги эту термокамеру использовать нельзя, так как температура ткани повысилась бы сверх допустимых пределов. Более того, остановка движения ткани при включенных излучателях может привести к ее возгоранию. Скорость удаления влаги при помощи радиационных термокамер довольно высокая, и они используются в составе поточных линий для предварительной подсушки тканей.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >