Samenvatting: Basistextiel Vlll (8)
Textielproces: kennis & polymeren,
kwartiel 2.4
Colleges van Henk Gooijer
Fysieke aspecten van textielprocessen
ruwe grondstofen, Dit schema
energie, additeven proces producten, afval geldt voor
(toevoegingen) fysieke en
chemische
processen.
Een proces is iets dat grondstofen omzet in een eindproduct. Je begint met een
grondstof, een ruw materiaal, en daar maak je een product uit. Helaas komt er altijd
afval vrij bij het maken van een product. Additieven zijn bijv.; een kleurstof of
bevochtigingsmiddel of de binder voor een coating.
- Impregneren
- Reageren/fixeren/uitharden
- Wassen/spoelen
- Drogen
- Massa- en energiebalans
- Vloeiende dynamiek
- Vele andere aspecten
Termen voor textielprocessen
- Hoeveelheden en concentraties
- Specifieke massa (dichtheid)
- Massastroom
- Volumestroom
- Ophaalpercentage (pick-up percentage)
- Stromingsrichting
- Batch en continue processen
- Stationaire en niet-stationaire processen
- Specifieke warmte en energie
- Verdampingswarmte
Eenheden
Vaste stofen Massa (m) Eenheid: g of Kg
Vloeistofen Volume (V) Eenheid: m3
Gassen Massa en volume
Het volume van gassen is afhankelijk van temperatuur en druk
,Specifieke massa
Specifieke massa van de dichtheid7 ρ : massa in kg voor een kubike
meter material ( kg/m3 )
m
Formule 7 ρ=
V
De massa is hetzelfde als de dichtheid.
Voor water is ρ (roh) 7 1 kg/l 7 1000 kg/m3
Voor de textielindustrie, hoeveelheid stof:
- Massa voor een lineare meter stof – volledige breedte ( ρ’ ) P1
- Massa voor een vierkante meter stof ( ρ’’ ) P2
Chemische dosering:
Concentratie in g/L of in % van het gewicht van de stof
Gebruikt voor het doseren van chemicalien. Deze formule wordt het meest
gebruikt, vaak voor discontinue processen. % is op basis van het gewicht van het
doek.
Massa stroom
Massa stroom 7 Φm : massa voor een bepaalde tijd (kg/s )
Doekstroom voor een textieldoek: Φmf 7 ρ’’ * v * b (kg/s)
Formule 7 Φ mf = ρ’ ’ × v × b
Hierin is:
ρ’’ 7 gewicht van het doek ( kg/m2 )
b 7 snelheid van het doek ( m )
v 7 snelheid van het doek (m/s)
Φmf 7 teken voor massastroom
Stroom van water (minder belangrijk)
Stroom van chemicalien (minder belangrijk)
Massastroom geeft aan hoeveel Kg doek per seconde door de machine rolt.
Massastroom druk je uit in massa, Kilogram en tijdseenheid per seconde. Hiermee
kan je de productie van de machine uitrekenen.
Voorbeeld 1:
We hebben een wasmachine (open width), een breedwasmachine. Deze loopt met
een snelheid van 90 meter per minuut. Het gewicht van het doek is 150 gram per
m2. De breedte van het doek is 1,2 meter. Wat is de doekproductie van deze
machine in Kg, per uur?
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
Volumestroom
Volumestroom 7 Φv 7 volume voor een bepaalde tijd (m3/s)
Er is een relatie tussen volumestroom en massastroom
Volume stroom ß massa fstroom :
,Mass fow 7 volume fow x ρ
Volumestroom is eigenlijk alleen voor vloeistofen, niet voor textiel. Massastroom =
volumestroom x dichtheid (kg per m3).
Vochtgehalte
Vochtgehalte 7 het aantal g (Kg) vloeistof, wat één kilogram droge stof bevat
W −D
Formule 7 R= ×100 %
D
R 7 vochtgehalte in percentage
W 7 massa (gewicht) van nat doek (g/m2)
D 7 massa (gewicht) van droog doek (g/m2)
Pickup 7 vochtgehalte na foulard – (min) vochtgehalte voor foulard
Het vochtgehalte zegt iets over de hoeveelheid vocht die er (in grammen) in één Kg
textiel zit. De pickup is gerelateerd aan de proces-stap. De pickup zegt iets over de
hoeveelheid vocht die word opgenomen door het textiel. Pickup = R2 – R1
Voorbeeld 2:
Het gewicht van een stuk natte stof is 150 g/m2.
Na volledig drogen is het gewicht van datzelfde stuk 90 g/m2.
Bereken het vochtgehalte.
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
Stroomrichting
Batch – continue processen
Batchprocessen (textiel in machine): stof, water en chemicaliën worden aan het
begin en tijdens het proces aan de machine toegevoegd. Bijvoorbeeld: Jigger, Jet,
verven in Ahiba-machine.
Continu proces (textiel beweegt continu in en uit de machine),
Textiel en chemicaliën worden tijdens het proces aan de machine toegevoegd,
bijvoorbeeld: industriële textiel washing, continue finishing machine.
Discontinue batches doen stappen in de tijd. Hierbij wordt de machine stilgezet aan
het begin of tussendoor om chemicaliën toe te voegen. Continue processen geven
een constante stroom in de tijd.
,Stationaire en niet stationaire processen
Stationair: de omstandigheden tijdens een proces zijn constant
Proces parameters:
- Snelheid van het doek
- Temperatuur
- Pick-up percentage
- Concentraties van chemicaliën
In een stationair proces IN 7 UIT
Stationair: alles blijft constant (snelheid, afdruk, spanning op het doek,
temperatuur, concentraties, etc.). Als alles zo is dan noem je het een stationair
proces
Dus: alles wat in de machine gaat komt er op hetzelfde moment ook weer uit.
Batch processen zijn nooit stationair!
Specifieke warmte en energie
Specifieke warmte 7 de hoeveelheid energie (Joule) die nodig is om de temperatuur
van één Kg materiaal met ˚C te verhogen. (Dit is een stofeigenschap)
Water: Cp 7 4200 J / kg.˚C
Stoom: Cp 7 1900 J / kg.˚C
Lucht: Cp 7 1000 J / kg.˚C
Katoen: Cp 7 1400 J / kg.˚C
Thermische energie hetzelfde als warmte (heat)
Voorbeeld 3:
1000 kg droge stof van katoen heeft na de behandeling een vochtgehalte van 90%.
Hoeveel energie (Joule) is nodig om deze stof na het wassen te verwarmen van
20˚C tot 100˚C?
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
Verdampingswarmte
Verdampingswarmte: de energie die nodig is om een Kg vloeistof in een Kg gas te
veranderen.
Verdampingswarmte water: r 7 2200 kJ/kg (om 1 atm)
Verdampingswarmte is hetzelfde als condensatiewarmte.
Het kost veel energie om water te verdampen. Bij het omzetten van waterdamp in
water komt deze energie weer vrij. De energiestroom gaat dan de andere kant op.
Voorbeeld 4:
1000 kg droge stof van katoen heeft na de behandeling een vochtgehalte van 90%
en een temperatuur van 20˚C. Hoeveel energie is er nodig om de stof tot 0% te
drogen?
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
,Massa en energiebalansen
De wet van behoud van massa
Bij batchprocessen: massa vóór behandeling 7 massa na
behandeling
Bij continue processen (stationair): massastroom in 7 massastroom uit
Accumulatie 7 IN – UIT
De wet van behoud van massa: materiaal kan niet zomaar ontstaan en verdwijnen.
Alleen een kern=energetische reactie kan massa vervormen of vernietigen.
In en uit moet in balans zijn. Het verschil daartussen is accumulatie. Meer IN dan
UIT = positief, meer UIT dan IN = negatief.
Batch proces: alles wat je erin stopt komt er aan het eind weer uit. Nooit stationair.
Stationair: massastroom moet gelijk zijn aan wat er in het begin in komt en aan het
einde uit komt.
Bij een stationair proces is de accumulatie gelijk aan 0. Er is dus een gehele balans
omdat er evenveel ingaat als dat er meteen uitkomt. In en uitgaande
energiestromen zijn gelijk.
Blokschema voor een continue proces
Alles wat erin IN gaat moet er ook weer UIT komen bij een stationair proces. Wat
komt een machine binnen? Wat gaat een machine uit?
Voorbeeld 5:
Een stof verven met een foulard (zie afbeelding)
De droge stof productie is 800 kg/uur.
Natuurlijk vochtgehalte is 10%.
10 gram kleurstof/kg doek
Pick up: 80 %
Hoeveel water en verfstof moet er per uur toegevoegd
worden? (Stationair proces)
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
Energiebalans
Energie accumulatie: IN – UIT
Energie accumulatie > 0: verhoogd in temperatuur
,Energie accumulatie < 0: verlaagd in temperatuur
Energie IN en UIT Hete lucht
Stoom
Elektriciteit (bestraling)
Chemicaliën, water
Textiel
Energieverlies
Wat je erin stopt moet er ook weer uit komen. Als er meer energie in gaat dan
uitkomt warm je bijv. water op. Wanneer er meer energie uitkomt dan in gaat, koelt
bijv. water af.
Energie kan in de vorm van infrarood maar ook in de vorm van stoom. In een stoom
van warm water zit meer energie dan in koud water.
Warmtestroom
De hoeveelheid energie (Q) die in een proces en uit een proces per uur gaat, kan
voor elk individueel onderdeel worden berekend.
De massastroom van elke component vermenigvuldigd met de soortelijke warmte
van dat component en de temperatuur in ˚C.
Formule 7 Q=Φ m×C p × T [kJ/uur]
Q 7 warmtestroom [kJ/uur]
Φm 7 massastroom [kg/uur]
Cp 7 soortelijke warmte [kJ/ kg. ˚C]
T 7 temperatuur [˚C]
0˚C 7 referentie
Stoom
Energie-inhoud van stoom:
Formule 7 Qs= (Φ s × r ) +(Φ s × C p × T )
Φs 7 massastroom van stoom [kg/uur]
r 7 verdampingswarmte van stoom (7 2200kJ / kg bij 100 ˚C)
Cp 7 specifieke waterwarmte (7 4,2 kJ / kg.˚C)
T 7 temperatuur waarbij condensatie plaatsvindt [˚C]
Hier bespreken we NIET het effect van oververhitte stoom
Het eerste stukje van de formule gaat over verdampingswarmte r, het tweede
stukje gaat over temperatuur 100˚C. De energie van stoom van 100 ˚C bestaat uit
de energie van heet water van 100˚C + de verdampingswarmte van het hete
water.
De temperatuur waarbij condensatie plaatsvindt is meestal 100 ˚C. Stoom, daar zit
nog iets bij, en dat is de condensatiewaarde. Wat je doet met stoom is, je
condenseert en dan ga je het doek opwarmen.
Voorbeeld 6 (energiebalans)
Stomer die een textieldoek verwarmt
Droge katoenen stof bij (20 ˚C): 400 kg/uur
, Stationair proces (stationair: wat erin gaat moet eruit)
Hoeveel stoom is er per uur nodig om deze stof te verwarmen tot 100˚C?
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
Voorbeeld 7 (de fixatie van een kleurstof in een stomer)
Productie van droge stof: 600 kg/uur
Vochtgehalte: 12%
Temperatuur: 20 ˚C
Stationair proces
Hoeveel stoom is er per uur nodig om de stof tot 100 ° C te verwarmen en wat is
het vochtgehalte van de stof wanneer alle stoom door de stof is geabsorbeerd?
Antwoord achterin samenvatting te vinden.
