CC BY
27
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
СВОЙСТВА КРАХМАЛЬНОЙ ШЛИХТЫ, ОБРАБОТАННОЙ В РЕЖИМЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ОБЪЕМНОЙ КАВИТАЦИИ
А.П. Малюшевская
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-А, г. Николаев, 54018, Украина, пр@Мр1 com.ua
Введение
Производство текстильных изделий в настоящее время представляет собой сложный многостадийный процесс. Обязательной его стадией для хлопчатобумажной и льняной подотраслей является шлихтование. Сущность процесса шлихтования заключается в пропускании нитей основы через клеящий состав (шлихту), создающий после высушивания на нити гладкую, эластичную плёнку, которая предохраняет нить от разрыва при ткачестве. Шлихта состоит из клеящих и текстильновспомогательных веществ (расщепители, смачиватели, пластификаторы, антистатики, антисептики). Основной объём в рецептуре шлихты приходится на класс клеящих веществ. К клеящим веществам относятся нативные или модифицированные крахмалы [1]. Качество шлихты из нативного крахмала в большой степени зависит от способа приготовления. Известен метод увеличения количества деструк-тированного крахмала с помощью ультразвуковой кавитации [2]. Цель данной работы - исследование результатов воздействия более мощной - электроразрядной (ЭР) - кавитации на процесс приготовления крахмальной шлихты - природного полимера, как рекомендовалось в [3].
Экспериментальные условия
Эксперимент проводился с использованием генератора импульсных токов, который обеспечивал электрические разряды в суспензии крахмала в воде, возбуждавшие электроразрядную кавитацию
[4, 5].
Главные технологические параметры при обработке шлихты ЭР способом: интенсивность ЭР кавитации [4], предварительно определяемая йодометрическим методом, переводилась в относительные единицы - от 1 до 5 (при этом одна единица соответствовала выделившимся 5 мг/л йода, то есть 5 единиц - это 25 мг/л выделившегося йода); температура шлихты; средняя скорость расщепления; время обработки шлихты.
Готовилась крахмальная шлихта с концентрацией С = 4-6%; температура окончания процесса приготовления шлихты Т, °С: 70, 75, 80, 85; причем догрев происходил за счет предпробойных токов разряда. Полученная после обработки шлихта характеризовалась: концентрацией С, %; вязкостью П, с.
Метод приготовления шлихты ЭР способом представлял собой нагрев воды до 40-45оС, загрузку крахмала и деструкцию его зерен с гомогенизацией полученной дисперсии ЭР кавитацией до достижения заданной температуры и относительно постоянной вязкости. Вязкость определяли временем истечения в капельном режиме 20 см3 пробы (отбираемой из технологического реактора сразу после окончания процесса обработки) шлихты через отверстие диаметром 0,75 мм, а средняя скорость расщепления - расчетом в процентном отношении крахмала, растворенного в дистиллированной воде.
Результаты и обсуждение
Исследовалось изменение постоянной средней вязкости, средней скорости деструкции шлихты при варьировании временем и интенсивностью ЭР обработки для различных концентраций и температур шлихты. В качестве контрольных замеров вязкости по принятой методике была определена вязкость отстоянной водопроводной воды пв (при температуре 20°С пв= 65 с).
Экспериментальные результаты обработки шлихты приведены в таблицах.
Анализ таблиц позволяет сделать некоторые технологические выводы о влиянии параметров электроразрядного диспергирования крахмала на свойства и характеристики шлихты. Достигнутая постоянная вязкость шлихты меняется в зависимости от концентрации, температуры и интенсивности ЭР кавитации.
© Малюшевская А.П., Электронная обработка материалов, 2011, 47(6), 84-86.
Данные табл. 1 позволяют говорить об увеличении постоянной вязкости шлихты, обработанной ЭР, с повышением температуры. Например, при увеличении температуры от 70 до 85оС вязкость повышается (для С = 6%) от 103 до 127 с при обработке с интенсивностью 1 и от 141 до 146 с - при обработке с интенсивностью 5. При этом темп прироста вязкости уменьшается при увеличении интенсивности электроразрядной кавитации.
Таблица 1. Вязкость шлихты в зависимости от интенсивности ЭР кавитации для различных концентраций и температур______________________________________________________________________
Интен- сив- ность кавита- ции Время истечения 20 см3 шлихты 1, с
С = 4% Т, оС С = 5% Т, оС С = 6% Т, оС
70 75 80 85 70 75 80 85 70 75 80 85
1 100 109 118 125 102 110 121 126 103 110 120 127
2 111 114 121 128 112 116 122 130 112 117 124 131
3 120 123 127 133 121 125 128 135 122 126 130 135
4 129 132 135 138 130 134 135 139 131 134 136 140
5 138 139 140 144 139 141 142 145 141 143 144 146
Таблица 2. Время ЭР обработки ^р до получения вязкости постоянного значения в зависимости от интенсивности ЭР кавитации для различных концентраций и температур__________________________
Интен- сив- ность кавита- ции Время обработки ^, с
С = 4% Т, оС С = 5% Т, оС С = 6% Т, оС
70 75 80 85 70 75 80 85 70 75 80 85
1 200 230 250 280 230 260 280 330 260 290 330 400
2 170 200 210 225 210 240 260 300 200 210 250 330
3 150 160 180 195 190 210 240 280 180 200 220 300
4 130 145 160 170 170 190 210 230 170 190 210 290
5 110 135 160 165 150 170 180 200 160 180 200 250
Таблица 3. Средняя скорость расщепления крахмала Ур в зависимости от индекса ЭР кавитации для различных концентраций и температур___________________________________________________________
Интен- сив- ность кавита- ции Скорость расщепления крахмала У„, %/с
С = 4% Температура Т, оС С = 5% Температура Т, оС С = 6% Температура Т, оС
70 75 80 85 70 75 80 85 70 75 80 85
1 0,020 0,017 0,016 0,014 0,022 0,019 0,018 0,015 0,023 0,021 0,018 0,015
2 0,024 0,020 0,019 0,018 0,024 0,021 0,019 0,017 0,030 0,029 0,024 0,018
3 0,027 0,025 0,022 0,021 0,026 0,024 0,021 0,018 0,033 0,030 0,027 0,020
4 0,031 0,028 0,025 0,024 0,029 0,026 0,024 0,022 0,035 0,032 0,029 0,021
5 0,036 0,030 0,025 0,024 0,033 0,029 0,028 0,025 0,038 0,033 0,030 0,024
В то же время значение вязкости возрастает с повышением концентрации шлихты для всех температур и интенсивностей ЭР воздействия. Например, при повышении концентрации шлихты с 4 до 6% достижимая вязкость увеличивается от 144 до 146 с (температура - 85оС, интенсивность ЭР кавитации - 5). При этом увеличение интенсивности ЭР кавитации позволяет достичь увеличения вязкости. Так, при возрастании интенсивности ЭР обработки с 1 до 5 вязкость увеличивается от 118 до 140 с при температуре 80оС и концентрации 4%.
Следует обратить внимание на то, что время обработки крахмальной шлихты для заданной вязкости лежит в диапазоне от 3 до 7 минут. Это позволяет делать предварительные выводы о возможности значительного энерго- и ресурсосбережения, характерного для данного технологического процесса с использованием ЭР кавитации. Так, данные табл. 2 свидетельствуют о том, что для достижения заданной вязкости крахмальной шлихтой, концентрация которой 5%, при температуре 70оС время ЭР воздействия на раствор - 200 с при интенсивности ЭР кавитации 1.
Скорость деструкции крахмала (табл. 3) изменяется следующим образом: растет с возрастанием интенсивности ЭР обработки; уменьшается с ростом концентрации крахмала в дисперсной крахмальной смеси независимо от температуры и интенсивности ЭР обработки; падает с ростом температуры при всех концентрациях крахмала.
Заключение
Исследования целесообразности ЭР обработки крахмальной шлихты дают возможность сделать вывод, что ЭР воздействие на крахмальный раствор является эффективным. Так, минимизация времени обработки крахмального раствора повышает скорость диспергирования крахмала в несколько раз. Ценным является то, что ЭР обработка крахмального раствора позволяет получить качественную шлихту при 70-85оС, что в перспективе при развитии этого метода обработки крахмальной шлихты даст возможность значительной экономии теплоносителей на предприятиях текстильной промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреева Н.В. Текстильное производство. М., 1988. 256 с.
2. Думитраш П.Г., Савней П.А., Болога М.К., Гимза А.В. Влияние ультразвуковой кавитации на свойства крахмальной шлихты. Электронная обработка материалов. 2005, 41(1), 85-91.
3. Малюшевский П.П., Ющишина А.Н. Электрический взрыв в химико-технологических процессах. Часть 1. Электронная обработка материалов. 2001, 37(4), 58-72.
4. Ющишина А.Н., Малюшевский П.П., Смалько А.А., Петриченко Л.А., Тихоненко С.М. Йодометрическое определение электроразрядной объёмной кавитации. Электронная обработка материалов. 2002, 38(2), 76-79.
5. Смалько А.А., Малюшевская А.П., Тихоненко С.М. О факторах, влияющих на электроразрядную кавитацию. Электронная обработка материалов. 2003, 39(4), 41-46.
Поступила 25.02.11
Summary
The electro-discharge cavitation’s influence on the starch suspension in water for the starch size for textile industry receiving are considered. Main features of electro-discharge treatment of starch size were studied. The advantages of the electrodischarge method of preparation compared to the traditional methods.
