6.1. Особенности машинной обработки фотоматериалов

В настоящее время на полиграфических предприятиях наи­большее распространение получила машинная обработка пле нок, обеспечивающая последовательное выполнение операций проявления, фиксирования, промывки и сушки фотоматериалов.

Проявление экспонированных фотоматериалов является са мой ответственной операцией и требует стабильного поддержа

160

6 Зак. 1076

161

н ия основных параметров процесса.)в проявочных машинах не­обходимо поддерживать постоянство состава и свойств обраба­тывающих растворов, а также обеспечивать стабильное поддер­жание режимов обработки (температура раствора, время об­работки, условия перемешивания и фильтрации растворов и др.).

В процессе обработки фотоматериалов свойства проявляю­щего и фиксирующего растворов меняются. Свойства проявите­ля изменяются в результате «истощения» при обработке фото­материала и окисления кислородом воздуха. Изменение состава проявителя первоначально практически не сказывается на каче­стве изображения из-за большой буферности раствора. Однако по мере накопления продуктов реакции «истощение» раствора увеличивает общее время проявления и отрицательно сказыва­ется на оптической плотности и контрасте изображения. |

Увеличение времени обработки по мере «истощения» про­явителя для машинной обработки нецелесообразно, так как в этом случае снижается производительность и не обеспечивается стабильное качество фотоформ. Наиболее рационально поддер­живать рабочие свойства проявляющего раствора путем введе­ния подкрепляющих добавок. По отношению к проявляющему раствору подкрепляющая добавка в большей концентрации со­держит проявляющие и ускоряющие вещества и не содержит бромистого калия. Подкрепляющая добавка вводится автомати­ческими или полуавтоматическими устройствами в зависимости от количества обработанной пленки.

Для обеспечения надежного фиксирования необходимо обес­печить высокую концентрацию тиосульфата натрия, и поэтому в подкрепителе фиксажа он содержится в большей концент­рации.

При введении добавки в раствор изменяется его температу­ра, что незамедлительно скажется на качестве обрабатываемых пленок. Для поддержания рабочей температуры растворов при машинной обработке применяют системы термостатирования.

С целью интенсификации процессов машинная обработка пленок происходит при повышении температуры растворов до 40° С, поддерживаемой автоматически с точностью ±(0,1—0,5) °С, и температуры сушки до 70—90 °С.

^Машинная обработка предъявляет весьма жесткие требова­ния к физико-механическим свойствам пленок.] Необходимыми физико-механическими свойствами пленок являются малая де­формация подложки, стойкость эмульсионного слоя к повышен­ной температуре рабочих растворов и сушки, а также малая на-бухаемость и высокая механическая прочность эмульсионного и контрслоев.

162

1[ Температура плавления эмульсионного и контрслоев у со­временных пленок не ниже 90 °С, и тем не менее необходимо дополнительно поддубливать фотослои во время обработки в фиксажеЛДубление желатины повышает твердость эмульсион­ного слоя, снижая тем самым возможность его повреждения транспортирующими валиками, а также уменьшает набухание желатины при промывке и, следовательно, сокращает время сушки.

Пленки для машинной обработки имеют эмульсионные и контрслои толщиной около 4—6 мкм, что существенно сокраща­ет продолжительность их обработки. В их состав вводятся спе­циальные добавки для исключения возможности накопления за­рядов статического электричества.

В полиграфических процессах получили наибольшее рас­пространение контрастные пленки типа «Лайн» и сверхконтра­стные типа «Лит». Для машинной обработки пленок «Лайн» ча­ще применяется фенидоновый проявитель Ф-8, а для пленок «Лит» — инфекционные гидрохиноновые проявители ИП-ЗМ и ИП-6М.

6.2. Основные узлы и устройства проявочных машин

В состав проявочной машины входят системы транспорти­рования фотоматериалов, циркуляции и термостатирования ра­бочих растворов, корректирования рабочих свойств растворов, а также сушильное устройство и электрооборудование.

Система транспортирования осуществляет перемещение фо­томатериала в процессе его обработки. Основное требование к системе — обеспечение надежного перемещения пленки на всех стадиях ее обработки. Транспортирующие устройства не долж­ны заминать пленку или деформировать ее светочувствительный слой, к тому же они должны быть высокоустойчивы к действию рабочих растворов.

6*

Различают транспортирующие устройства с периодическим перемещением пленки и непрерывным. В устройствах первого вида пленка непосредственно не соприкасается с механизмом транспортирования, и поэтому в них можно обрабатывать фото­материалы на тонких подложках и с малой прочностью эмуль­сионного слоя. Однако эти устройства весьма сложны, громозд­кими ненадежны в работе. Второй тип транспортирующих уст­ройств обеспечивает более высокую производительность и каче­ство обработки, более надежен, прост и удобен в обслуживании, имеет меньшую металлоемкость.

163

Н епрерывное перемещение пленки обеспечивается спарен­ными или строенными валиками или пластмассовыми лентами, между которыми движется пленка.

В процессе перемещения должно быть исключено проскаль­зывание пленки, поэтому все транспортирующие валики — при­водные и связаны друг с другом посредством шестерен.^ Ско­рость транспортирования пленки должна быть стабильной, так

как иначе не удастся нор­ мализовать процесс ее об­ работки. Стабилизация скорости транспортирова­ ния достигается при помо­ щи специальных регули­ рующих устройств, основ­ ным элементом которых являются датчики. Дат­ чик регистрирует реаль­ ную частоту вращения приводного устройства, а блок управления выдает соответствующие сигналы на электродвигатель при­ вода. Вращение ротора двигателя в зависимости Рис. 6.1. Функциональная схема циркуля- _от сигнала управления ции фотообрабатывающего раствора увеличивается ИЛИ умень-

шается. Подобные устрой­ства обеспечивают высокую (до 1%) стабилизацию времени обработки фотоматериала.

Система циркуляции и термостатирования растворов обеспе­чивает непрерывное интенсивное перемешивание и фильтрацию растворов и стабильное поддержание рабочей температуры раст­вора по всему объему бака. На рис. 6.1 показана упрощенная функциональная схема замкнутого контура циркуляции фотооб­рабатывающего раствора. Принцип действия системы состоит в том, что раствор отсасывается из бака / центробежным насо­сом 2 и через фильтр 3 поступает в теплообменник 4 и далее по трубопроводу 8 подается снова в бак машины. Такой замк­нутый цикл циркуляции растворов осуществляется в большин­стве современных проявочных машин.

Раствор, как правило, забирается из нижней части бака, а подается в среднюю. Для интенсификации процесса обработки фотоматериалов в системы циркуляции включаются специаль­ные устройства, обеспечивающие равномерное и высокоэффек­тивное воздействие рабочих растворов на обрабатываемую по-

верхность пленки. Так, например, в отдельных моделях для до­полнительного перемешивания и направления раствора на по­верхность пленки применяют валы с лопастями, в других — пропеллерные мешалки, которые направляют поток раствора в специальные каналы, в которых перемещается фотоматериал. При этом в канале создается интенсивное движение растворов по обрабатываемой поверхности материала. Для обеспечения высокой скорости обработки фотоматериала применяют подачу раствора на поверхность затопленными струями.

При циркуляции раствора по замкнутому контуру наблю­дается изменение его температуры из-за потерь тепла в окру­жающую среду, уноса тепла пленкой, изменения температуры окружающей среды и др.

Система термостатирования рабочих растворов обеспечива­ет непрерывный контроль температуры и поддержание ее с требуемой точностью. Система термостатирования включает нагревательные и холодильные элементы, блок контроля тем­пературы 6 (рис. 6.1) с термодатчиком 7 и исполнительные эле­менты 5 (пусковые реле и электромагнитные вентили).

В полиграфических проявочных машинах электронагревате­ ли и змеевики охлаждения расположены, как правило, непо­ средственно в баках проявителя и фиксажа. В качестве хлад­ агента в змеевике используется чаще всего холодная вода из водопроводной сети, температура которой должна быть ниже рабочей температуры раствора не менее чем на 6°С. В против­ ном случае необходимо использовать водоохладительное уст­ ройство, например холодильный агрегат. Рабочая температура проявителя должна поддерживаться с точностью -ИОЛ — 0,5) °С. ~

Температура фиксажа поддерживается с меньшей точно­стью, и поэтому с целью экономии электроэнергии для его термостатирования применяют более простые системы. Наибо­лее простым вариантом является бак с двойным дном, через полость которого пропускается вода с необходимой темпера­турой.

В отечественных проявочных машинах, как правило, в ка­честве теплоносителя используется оборотная вода. В этом слу­чае электронагреватели и змеевики охлаждения располагаются в отдельной емкости с водой. Теплообменная вода циркулирует по замкнутой системе и передает тепло рабочим растворам либо через^ стенки двойного дна, либо через теплообменник, постро­енный по схеме «труба в трубе». При этом в одной из них про­текает вода, а в другой рабочий раствор. Датчик терморегу­лятора может находиться либо в баке с раствором, либо в теплообменнике.

164

165

П ри увеличении или уменьшении температуры раствора ^блок контроля температуры включает охлаждение или нагрев теплообменного устройства.. Основными параметрами теплооб­менника являются постоянная времени Т₀ и времени запаздыва­ния т₃. Если внутренняя труба (змеевик) выполнена из металла (нержавеющая сталь), то можно считать, что практически отсутствует тепловое сопротивление перехода между двумя емкостями, в одной из которых находится фотообрабатывающий раствор, а во второй — хладагент, поступающий в теплооб­менник.

Изменение регулируемой величины с момента возмущаю­щего воздействия происходит не сразу, а через некоторое вре­мя, так как нагревательные элементы, холодильные устройства и термодатчик обладают некоторой инерционностью. В ре­зультате наблюдается колебание температуры относительно за­данной, что и определяет точность системы термостатирова-ния растворов. В качестве термодатчиков используются тер­мосопротивления, включенные в одно плечо мостика Уитстона.

При изменении температуры раствора меняется сопротивле­ние датчика, что приводит к разбалансировке мостика и пода­че команды на исполнительные механизмы.

Системы корректировки рабочих свойств растворов бывают трех видов: автоматические, полуавтоматические и с пода­чей добавок вручную.

Вручную необходимая доза отмеривается мензуркой либо определяется временем работы дозирующего насоса. Качество корректировки в основном зависит от квалификации оператора.

В полуавтоматических системах оператор определяет коли­чество добавки при помощи таблиц, построенных на основе из­вестных соотношений количества проявленной пленки и процен­та экспонированных площадей со степенью потери рабочих свойств обрабатывающих растворов. Это более объективный ме­тод, но качество коррекции тоже во многом определяется ква­лификацией оператора.

В автоматических системах используются специальные дат­чики для определения площади и степени почернения обрабо­танной пленки. Информация о формате и степени почернения пленки, поступающая с датчиков, подается в систему управле­ния, которая определяет величину дозы и время введения под­крепляющих добавок.

Применяются электронные, магнитные и электронно-опти­ческие датчики. Первые два вида датчиков определяют только площадь обработанной пленки и поэтому не обеспечивают вы­сокого качества коррекции растворов. Электронно-оптические датчики учитывают дополнительно степень почернения пленки

и обеспечивают высокую стабильность рабочих свойств раст­воров.

Однако в зависимости от различных загрузок проявочных машин наблюдается перекомпенсация «истощения» и недоком-пенсация окисления проявителя либо наоборот. Поэтому в со­временных системах корректировки растворов производится раздельное восстановление свойств проявителя от окисления и «истощения» двумя различными растворами.

Внесение добавок в рабочие растворы влечет за собой из­менение его температуры. Наибольшее отклонение температу­ры будет при одновременной подаче добавок в раствор прояви­теля, так как дозирующие насосы, подающие корректирующую и противоокислительную добавки, работают независимо друг от друга. Изменение температуры рабочего раствора при внесении добавок не должно превышать заданной точности поддержания температуры раствора.

Сушильные устройства в полиграфических проявочных ма­шинах должны обеспечивать высокую интенсивность процесса с одновременным обеспечением «мягкого» режима сушки. Этим требованиям наиболее полно соответствует конвективный метод сушки. Сушка этим методом происходит за счет процессов теп­ло- и массообмена влажного материала и сушащего воздуха. Влага, находящаяся в материале, отбирается и уносится суша­щим воздухом. Интенсивность протекания процесса зависит от температуры воздуха, относительной его влажности и скорости движения.

Сушильное устройство состоит из камеры сушки, калорифе­ра с электронагревателями для подогрева сушащего воздуха и вентилятора для подачи воздуха в камеру сушки. Воздух на пленку подается через специальные сопла или через трубки с отверстиями. В отдельных установках воздух подается с по­мощью лопастных вентиляторов. Воздух подогревается элект­ронагревателями, расположенными непосредственно в камере сушки. В камеру сушки воздух подается через фильтры. Ско­рость подачи воздуха на поверхность фотоматериала регулиру­ется при помощи заслонок или шиберов.

Система автоматики и блокировок. В проявочных машинах предусмотрены автоматические устройства контроля и поддер­жания температуры рабочих растворов и сушащего воздуха в секции сушки, стабилизации скорости перемещения фотомате­риала и устройства для корректировки рабочих свойств обра­батывающих растворов.

Система блокировок отключает привод машины в случае выхода из строя транспортирующего устройства или застрева­ния в нем фотоматериала и предотвращает включение электро-

166

167

н агревателей в секции мокрой обработки при отключенных цир­куляционных насосах, а также выключение калорифера без включения вентилятора и выключение систем циркуляции и термостатирования при отсутствии растворов в баках машины.

6.3. Основы расчета теплообменников проявочных машин

Общим уравнением при расчете теплообменника любого типа является уравнение теплового баланса — уравнение сохра­нения энергии. Тепловой поток Q_u полученный в теплообменни­ке при охлаждении горячего теплоносителя (индекс 1) от тем­пературы t[ до /i', равен разности энтальпий потока теплоно­сителя на входе в теплообменник Н[ и выходе Н[\

Q^Hi-Hl^MiiClti-C'ifx), (6.1)

где С\ и С\ —теплоемкость горячего теплоносителя на входе и выходе теплообменника; Afi— массовый расход теплоноси­теля.

Некоторая часть Qi (не более 10%) теряется в окружаю­щую среду через стенки теплообменника, а основная часть Q₂=r]Qi передается второму теплоносителю (индекс 2). Тепло­вой поток Q₂, получаемый холодным теплоносителем, можно рассчитать но аналогии с уравнением (6.1):

Q₂^H2-H2~^M₂(CU^,2-C2t2)==r_]Q₁ = r]M₁(C[t[—CU^,i). (6.2)

Уравнение теплового баланса (6.2) позволяет найти один не­известный параметр: либо расход одного из теплоносителей, либо одну из температур. Все остальные параметры должны быть известны.

Тонкие трубки теплообменников практически всегда счита­ются плоскими, и поэтому поверхность F, необходимая для пе­редачи теплового потока Qz от горячего теплоносителя к холод­ному, определяется из приближенного уравнения:

Q₂ = KF(t₁-~t₂)=KFM_J (6.3)

где К — коэффициент теплопередачи.

В уравнении (6.3) температура теплоносителей /i и t₂ по­стоянна, а в теплообменнике же эти температуры изменяются (рис. 6.2), поэтому в расчете нужно использовать среднеинте-гральную по длине теплообменника разность температур тепло­носителей:

Q_% = KFtd. (6.4)

168

Пользоваться среднеарифметическим значением (рис. 6.2) д7 = 0,5 (А*_б 4- At J можно только в случае, если Ы^1Ы_Ж < 2. Погрешность не будет превышать 4%.

Точные значения перепада At можно определить следую­щим путем. Пусть через дифференциально малую площадь (рис. 6.2) теплообменника dF передается тепловой поток

6Q_t = KbtdF, (6.5)

а б

Рис. 6.2. Схемы движения теплоносителей в теплообмен­никах: а — противоток; б — прямоток

за счет которого температура нагреваемого теплоносителя из­меняется на dh, а разность температур теплоносителей — на d (At) .Тогда

6Q_a = A4_aC₂d(Af). (6.6)

Приравняем правые части уравнений (6.5) и (6.6):

KMdF^M₂C₂d{At). (6.7)

Разделим переменные и проинтегрируем по F от 0 до F и по М от М_м до М_б:

F ^Л'б

d(At)

М

(6.8)

^dF^^fL J

169

AC

(6.11)

Отсюда

м₂с₂ к

Ma

F =

или

А/_б

M₂C₂ = KF/\n

(6.9)

Подставим полученное выражение в уравнение теплового балан­са (6.2):

-А/_м

Q₂ = М₂ С₂ (/S - f £) - М₂ С₂ (At₆ - Д*_м) - УС/⁷ -^5-

(6.10)

А/_б А/м

In

Сравнивая выражения (6.10) и (6.3), нетрудно видеть, что

-А/_м

аТ= ^Л/б ■

А/_б

А/м

На практике чаще используются противоточные схемы дви­жения, поскольку при одинаковых температурах входящих и выходящих теплоносителей At при противотоке всегда больше, чем при прямотоке. Согласно формуле (6.3) это означает, что для передачи одного и того же теплового потока Q при проти-воточной схеме потребуется теплообменник меньшей площади. Еще одно преимущество противоточного теплообменника заклю­чается в том, что холодный теплоноситель в нем можно нагреть до температуры более высокой, чем температура греющего теп­лоносителя на выходе t\ > t\.

При конструктивном расчете теплообменника задаются на­чальными и конечными параметрами теплоносителей и рассчи­тывают необходимую площадь теплообменника. Температура рабочих растворов должна изменяться от /_ок до /_раб- Темпера­тура теплоносителя на входе не должна превышать 98 °С, чтобы избежать кипения жидкости в теплообменнике. Перепад темпе­ратур на входе и выходе можно принять в диапазоне (10—15) °С. В этом случае порядок выполнения расчета будет следующим:

1. Из балансового уравнения определяют мощность тепло­вого потока Q₂, которую нужно передать от горячего теплоноси­теля к холодному.

2. Задаются диаметрами трубок и скоростями течения теп­лоносителя (l-r-1,2 м/с).

3. По формулам теплотехники рассчитываются коэффици­ент теплоотдачи и коэффициент теплопередачи К.

4. По формуле (6.11) определяют At.

5. Из уравнения теплопередачи (6.3) находят площадь F теплообменника.

6. По известной площади F рассчитывают длину трубок теплообменника.

Далее по выполненному конструктивному расчету теплооб­менника необходимо сделать поверочный расчет. В этом случае известна площадь F и начальные параметры теплоносителей. Необходимо рассчитать конечные параметры, т. е. проверить пригодность теплообменника для имеющихся условий.

Сложность расчета заключается в том, что уже в самом на­чале необходимо знать конечные температуры теплоносителей, поскольку они входят как в уравнение теплового баланса, так и в уравнение теплопередачи. При средней температуре, кото­рую не найти без знания конечных, берутся параметры теплоно­сителей в расчетах коэффициентов теплоотдачи.

Поверочные расчеты проводятся методом последовательных приближений. Для этого задаются конечной температурой одно­го из теплоносителей, по уравнению теплового баланса рассчи­тывают конечную температуру второго и проводят конструктив­ный расчет. Если полученная в результате площадь F не сов­падает с площадью поверхности имеющегося теплообменника, расчет проводят вновь, задаваясь другим значением температу­ры на выходе. Поверочные расчеты целесообразно проводить при помощи ЭВМ, что позволит снизить трудоемкость вариант­ных расчетов.