Транспорт прядильных растворов и расплавов по технологическим трубопроводам

В основу расчетов течения по трубопроводам прядильных растворов и расплавов волокнообразующих полимеров положены известные классические уравнения гидродинамики с учетом аномалии вязкостных свойств, проявляющееся под действием напряжения сдвига, τ.

Течение прядильных растворов и расплавов волокнообразующих полимеров на прямолинейных участках трубопроводов в общем виде описывается уравнением (11). При индексе течения n = 1 жидкость течет как ньютоновская.

Пример. Завод вискозной текстильной нити (СV) выпускает в сутки 5 т готовой продукции. Содержание замасливателя на нити 0,9% (масс), влажность нити 11% (масс). Суммарные потери по α-cell по переходам технологического процесса от прядильного цеха до упаковки составляют 3,5% (масс). Концентрация вискозы по α-cell 7,5% (масс).

Диаметр вискозопровода 150 мм, а допустимый перепад давления на нем ΔР = 0,06 МПа. Вязкость вискозы, определенная методом «падающего шарика» и принимая как η₀, равна 50 с (1с ≡ 0,119 Па · с).

Рассчитать длину вискозопровода, L.

Решение: Вычисляем количество вискозы, необходимое для обеспечения производства 5 т вискозной текстильной нити в сутки.

В соответствии с табл. А1 приложения плотность вискозы принимаем равной ρ = 1120 кг/м³. Следовательно, объем вискозы, обеспечивающий суточную производительность завода, равен:

.

Определим градиент скорости сдвига, реализуемый при течении вискозы по трубопроводу, , с^-1.

Вычислим величину напряжения сдвига, принимая τ = · η. Получаем τ = 50 · 0,119 · 19 = 113 Па. В соответствии с графиком температурно-

инвариантной зависимости (рис. В1 приложения) значения lg ( ·η₀) меньше 2. Поэтому можно принять, что η_эф ≈ η_0.

По уравнению Гагена-Пуазейля рассчитываем длину трубопровода:

Ответ: Длина вискозопровода L ≈ 20 м.

Пример. Технологическая линия по производству полиакрилонитрильного волокна (PAN) на основе поли(акрилонитрил-со-метилакрилат-со-2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты) обеспечивает производство 13 т готовой продукции в сутки [формование осуществляется из 15% (масс) растворов сополимера в диметилформамиде (ДМФ)]. Содержание авиважных препаратов на готовом PAN-волокне 0,8% (масс). Влажность волокна - 1,3% (масс). Потери (в расчете на сополимер) в прядильно-отделочном цехе составляют 4,3% (масс).

Вычислить длину технологического растворопровода от фильтр-пресса последней фильтрации до прядильной машины прядильно-отделочного агрегата (полагая, что этот участок трубопровода прямолинеен). Принять, что диаметр трубопровода 160 мм, а допустимая потеря давления на нем ΔР = 0,05 МПа. Вязкость прядильного раствора при 20 ⁰С η₀ = 15,4 Па · с.

Решение: Вычисляем количество прядильного раствора, необходимое для обеспечения производства 13 т кондиционного волокна:

Принимаем ρ = 980 кг/м³ (табл. А1 приложения).

Применяя уравнение Гагена-Пуазейля, вычисляем необходимую длину растворопровода:

.

Ответ: Длина прямолинейного участка трубопровода должна составлять 50 м.

Пример. Технологическая линия по производству поликапроамидной (РСА) (РА-6) технической нити включает отделение синтеза полимера, стадию удаления капролактама и олигомеров из расплава РА-6, формование, совмещенное с ориентационным вытягиванием, фиксацию и крутку. Суммарные потери РСА по переходам технологического процесса (от стадии формования до склада готовой продукции) 5,3% (масс). Суточное производство

технической нити составляет 10 т. Готовая нить содержит 1,1% (масс) замасливателя, а влажность ее 1,3% (масс).

Для обеспечения стабильности процесса нитеобразования давление подпора расплава перед прядильными насосами, Р₂, должно составлять 10 МПа. Вычислить давление, под которым нагнетающий насос должен подавать расплав в обогреваемый прямолинейный трубопровод, соединяющий установку вакуумирования расплава с прядильной машиной, Р₁, если внутренний диаметр расплавпровода, d = 100 мм, длина его 20 м. Вязкость расплава при 250 ⁰С η₀ = 220 Па ·с.

Решение: Вычисляем количество расплава высокомолекулярного РА-6, необходимое для производства 10 т в сутки технической нити:

Значение плотности расплава РА-6 при 250 ⁰С равно 970 кг/м³.

Учитывая, что потеря напора расплава в трубопроводе равна ΔР = Р₁ – Р₂, то в соответствии с уравнением Гагена-Пуазейля имеем:

Ответ: Насос, нагнетающий расплав в прямолинейный участок трубопровода, должен обеспечивать напор в Р₁ = Р₂ + ΔР = 10 + 0,011 = 10,011 МПа.