Удосконалення способів приготування лляної трести штучним рошенням

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677.1.021

Удосконалення способів приготування лляної трести штучним рошенням

Спеціальність: 05.18.03 - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Валько Віталій Миколайович

Херсон 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Чурсіна Людмила Андріївна, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри виробництва натуральних волокон

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кльонов Володимир Борисович, Херсонський державний технічний університет, професор кафедри обладнання підприємств легкої промисловості та побутового обслуговування

кандидат технічних наук Палейчук Володимир Костянтинович, Державна агроекологічна академія України, м. Житомир, старший викладач кафедри технічного сервісу та інженерної екології

Провідна установа

Національний аграрний університет, кафедра технології зберігання та переробки продукції рослинництва, Кабінет Міністрів України, м. Київ

Захист відбудеться “ 25 ” квітня 2001 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

Автореферат розісланий “ 21 ” березня 2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

Аннотация

Валько В.Н. Совершенствование способов приготовления льняной тресты искусственным орошением. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 - Первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. - Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2001.

Защищается рукопись, содержащая теоретические и экспериментальные исследования в области приготовления льняной тресты способом искусственного орошения.

Проведен анализ существующих способов приготовления тресты. Выявлены их недостатки и определены направления для дальнейших исследований. На основе осуществлённых новых исследований по данной диссертационной работе разработан способ приготовления тресты, позволяющий получать льняную тресту высокого качества способом искусственного орошения с равномерными физико-механическими показателями по всей массе кипы.

В теоретической части приведены расчёты, касающиеся механизма процесса разрушения физико-механических связей волокна с древесиной.

В работе также проанализировано явление самонагревания льняной соломы в процессе приготовления тресты. Составлено уравнение теплового баланса процесса самонагревания для стационарных условий и выведен теоретический показатель конечной температуры самонагревания. Разработана математическая модель теплопроводности влажной льняной соломы, основанная на фундаментальном законе сохранения энергии для цилиндрических паковок - рулонов.

В работе также предложено и научно обосновано применение процесса вентилирования сырья для обеспечения равномерных условий процесса приготовления тресты.

Проанализировано влияние на процесс искусственного расстила льна таких факторов, как исходная влажность сырья, плотность укладки, способ размещения сырья, заполнение рабочей камеры сырьём, температура окружающей среды.

Установлено, что оптимальными параметрами для процесса приготовления тресты искусственным орошением являются: влажность сырья - 100-150 %, плотность укладки - 100-125 кг/м3, заполнение рабочей камеры - 80-90 %, вертикальный способ размещения стеблей, температура среды 36 єС.

Проведён анализ влияния температуры самонагревания на физико-механические показатели качества льняной тресты из разных слоев кипы при различной температуре окружающей среды.

Установлено, что при температуре окружающей среды 5 єС разница температур для наружных и центральных слоев сырья составляла 2 єС. Показатели качества готовой тресты для наружных и внутренних слоев отличались незначительно: отделяемость на 0,8 единицы, прочность на 24 Н. Проведение процесса при температуре окружающей среды 18 и 25 єС характеризуется возрастанием разницы внутренних температур до 4 и 7 єС соответственно и различием показателей качества для этих слоев. Так, разброс показателя прочности для сырья из разных слоев составил 36 Н и 79 Н, а отделяемости 2,1 и 1,6 единицы для этих температур. Переработка сырья с различными показателями качества тресты в одинаковом технологическом режиме приводит к снижению выхода и потере части высококачественного волокна или требует дополнительной сортировки сырья.

Разработан способ выравнивания условий прохождения процесса приготовления тресты искусственным орошением. Для этого была разработана и собрана экспериментальная установка, на конструкцию которой получен патент.

В работе проанализированы различные способы вентилирования сырья, выбран оптимальный способ, предусматривающий вентилирование с применением перфорированных трубок, имеющих на верхнем конце калиброванное отверстие в Ѕ диаметра трубки. Также был проведен расчет параметров вентилирования и проанализирована эффективность различных способов вентилирования. Путем периодического вентилирования центральных слоёв сырья удалось выровнять условия проведения процесса для наружных и внутренних слоев паковки. При температуре окружающей среды 18 и 25 єС температура наружных и внутренних слоев сырья отличалась на 1,5 и 2,0 єС. Разница физико-механических показателей качества составила по прочности 25 и 30 Н, а отделяемости - 0,8 и 0,9 единицы соответственно.

В результате проведенных исследований было установлено, что с помощью вентилирования кипы влажного льняного сырья парогазовой смесью, которая образуется под укрытием, можно получать тресту с равномерными показателями качества по всей массе сырья.

Проведены испытания предлагаемого способа в производственных условиях на Коростышевском льнозаводе Житомирской области и получены положительные результаты. Разработанный способ внедрен на льнозаводах ассоциации льноводов Житомирщины. Экономический эффект от внедрения способа составляет 21,4 грн. на тонну льняной соломы.

Ключевые слова: способ приготовления тресты, физико-механические свойства, льняное волокно, отделяемость, прочность, температурный режим, искусственный расстил.

Annotation

Valko V.N. Perfection of ways of retted straw preparation by artificial dew-retting. - Manuscript.

The thesis for candidate degree in technical science on speciality 05.18.03 - Primary processing and storage of vegetation products. - Kherson State Technical University, Kherson, 2001.

The manuscript, submitted for defence, contains theoretical and experimental researches in the field of retted straw preparation by artificial dew-retting.

The phenomenon of self-warming up of damp linen straw has been analysed in the work. The equation of thermal balance of self-warming up process has been worked out. The mathematical model of heat transfer process has been also developed.

By periodic ventilation of raw material it became possible to level conditions of conducting the process. It enables to receive retted straw with similar parameters of quality on all weight of raw material.

The economic benefit of applying the given way of retted straw preparation on one flax factory makes 21,4 grn. per 1 ton of linen straw.

Keywords: the way of retted straw preparation, physical and mechanical properties, flax fibre, separability, durability, temperature mode, artificial dew-retting.

Анотація

Валько В.М. Удосконалення способів приготування лляної трести штучним рошенням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 - Первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. - Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2001.

Захищається рукопис, що містить теоретичні і експериментальні дослідження приготування лляної трести способом штучного рошення.

У роботі проаналізоване явище самонагрівання вологої лляної соломи. Складено рівняння теплового балансу процесу самонагрівання. Розроблена також математична модель процесу передачі тепла.

Шляхом періодичного вентилювання сировини анаеробною парогазовою сумішшю вдається вирівняти умови проведення процесу. Це дає можливість отримати тресту з рівномірними показниками якості по всій масі сировини.

Економічний ефект від застосування даного способу приготування трести становить 21,4 грн. на 1 тонну лляної соломи.

Ключові слова: спосіб приготування трести, фізико-механічні властивості, лляне волокно, відокремлюваність, міцність, температурний режим, штучне рошення.

вологий лляний солома

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним з найголовніших завдань лляної галузі в сучасних умовах є вдосконалення технології первинної обробки лляної соломи з метою уникнення втрат сировини та збереження паливно-енергетичних ресурсів. Тресту із соломи льону в Україні готують способом розстилання свіжеочесаних стебел в полі, де вирощувався льон, за комбайнового збирання врожаю. Якість і схоронність трести при цьому повністю залежить від погодних умов.

Існуючі способи приготування лляної трести мочінням в теплій воді на заводах потребують значних витрат теплової енергії та водних ресурсів, а якість моченцевого лляного волокна залишається незадовільною. Росяним мочінням або рошенням можна приготувати тресту, спроможну забезпечити отримання волокна високої якості, але за умови сприятливої погоди, повного забезпечення технікою і робочою силою. Перспективним способом одержання трести, який дозволяє знизити трудонапруженність у господарстві і підвищити схоронність волокнистої сировини є рошення лляної соломи в штучних умовах.

Відомі способи приготування трести з вологої лляної соломи штучним рошенням дозволяють значно скоротити тривалість процесу порівняно з традиційним росяним мочінням. Частина способів штучного рошення потребує великих витрат теплової енергії для стерилізації сировини. Інші не знайшли широкого застосування через нерівномірність показників якості лляної трести в різних шарах при витримуванні перезволоженої маси сировини і значні втрати лляного волокна при переробці неоднорідної трести. Тому проблема розробки енергозберігаючої технології приготування однорідної лляної трести штучним рошенням є актуальною в сучасних умовах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до завдання, передбаченого Державною програмою розвитку легкої промисловості України на період до 2000 року, схваленою постановою Кабінету Міністрів України № 147 від 29 січня 1996 р., постанови Кабінету Міністрів України № 378 від 22 квітня 1997 р. “Про заходи щодо стабілізації та збільшення обсягів виробництва льоно- та коноплепродукції”, плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти України та рішення експертної ради згідно з протоколом № 2 від 25.12.96 р., Державної програми Міністерства науки України відповідно до наказу № 102 від 23.04.97 р. і тематичних планів кафедри виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету.

Мета та задачі досліджень. Основною метою дисертаційної роботи є розробка ресурсозберігаючої технології приготування трести з лляної соломи штучним рошенням і отримання волокна з підвищеними показниками якості .

Для досягнення поставленої мети передбачалось:

теоретично обґрунтувати та з'ясувати екзотермічні процеси самонагрівання вологої лляної соломи в щільних пакуваннях великих розмірів;

визначити технологічні параметри і режим процесу приготування трести штучним рошенням з вентилюванням шару сировини анаеробною парогазовою сумішшю та розробити спосіб його здійснення;

встановити оптимальні геометричні та фізичні параметри пакування лляної соломи для проведення технологічного процесу приготування трести штучним рошенням в умовах льонопереробних виробництв;

розробити проект і сконструювати дослідну установку для приготування трести в умовах льонозаводів, льонарських господарств і льононасіннєвих станцій шляхом штучного рошення;

перевірити технологічні параметри і режим розробленого способу на дослідній установці у виробничих умовах.

Об'єкт дослідження - процес приготування трести.

Предмет дослідження - розробка технології приготування трести штучним рошенням.

Методи дослідження. Задачі, поставлені в роботі, вирішені з використанням теоретичних та експериментальних методів.

Фізико-механічні показники якості лляної трести та виготовленого з нього волокна оцінювали органолептичним та інструментальним методами відповідно до чинних Держстандартів.

Результати експериментів обробляли за допомогою методів математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше одержана однорідна лляна треста в штучних умовах за рахунок використання екзотермічних процесів самонагрівання лляної соломи, регульованих за допомогою періодичного вентилювання сировини анаеробною парогазовою сумішшю. Наукова новизна вентилювання лляної соломи анаеробною сумішшю підтверджена патентом України. Встановлені математичні закономірності зміни розривного навантаження волокна і відокремлюваності волокна від деревини у лляній тресті в процесі штучного рошення. Проведена порівняльна оцінка якості лляної трести, одержаної штучним рошенням і розстилом в виробничих умовах.

Практичне значення та реалізація одержаних результатів. В результаті здійснення штучного рошення на дослідній установці за розробленою технологією:

підвищується якість і однорідність лляної трести за всіма фізико-механічними параметрами порівняно з трестою, одержаною на стелищі;

скорочується технологічний цикл одержання лляної трести порівняно з традиційним рошенням на 20-28 діб;

зменшуються втрати лляної соломи на полі під час збирання, зберігання та в процесі одержання лляної трести;

зменшуються витрати енергії і води порівняно з тепловим мочінням.

Результати досліджень пройшли виробничі випробування на Коростишівському льонозаводі Житомирської області. Даний спосіб приготування трести впроваджено на підприємствах Асоціації льонарів Житомирщини. Економічний ефект становить 21,4 грн. / т лляної соломи. Впровадження розробленої технології не потребує змін у технологічному процесі діючих льонозаводів.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем самостійно виконано весь обсяг наукової роботи за темою дисертації: проведено аналіз та критичне вивчення науково-технічної інформації, проведено весь обсяг досліджень, проаналізовані та узагальнені отримані результати. За його ініціативою проведено виробничі випробування і впровадження рекомендацій у виробництво.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи та окремі розділи роботи доповідались і обговорювались на:

засіданнях кафедри виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету в 1998 - 2000 роках;

засіданні технічної ради інженерних працівників Коростишівського льонозаводу Житомирської області (м. Коростишів), 1999 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників льонокомбінату “Старосамбірський” Львівської області (м. Старий Самбір), 1999 р.;

Всеукраїнських науково-технічних конференціях “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття” (м. Херсон), в 1999 та 2000 роках;

засіданні ради Асоціації льонарів Житомирщини (м. Житомир), 2000 р.;

засіданні відділу льону Інституту сільського господарства Полісся, 2000 р.;

засіданні технічної ради інженерних працівників Державного підприємства по виробництву, заготівлі й переробці льону та конопель “Льоноконоплепром” (м. Київ), 2000 р.

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 7 наукових працях: 5 опубліковані в наукових журналах, 1 - у збірнику наукових праць, 1- у тезах доповідей на конференції. Отримано одне позитивне рішення про видачу патенту України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 156 сторінках машинописного тексту, містить 20 таблиць, 24 рисунки, 163 найменувань бібліографічних джерел.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету й завдання досліджень, розкрито наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, дана загальна характеристика роботи.

Розділ 1. Огляд літератури за темою дисертації та вибір напрямків нових досліджень

У першому розділі подано огляд відомих способів одержання трести в природних і штучних умовах. Найбільш детально висвітлені біологічні способи приготування лляної трести: теплове мочіння, рошення та інші. Проаналізовано загальну технологію переробки лляної соломи в умовах промислового й сільськогосподарського виробництва та визначено основні характеристики лляного волокна, отриманого різними способами. Доведена необхідність розробки нового штучного ресурсозберігаючого способу приготування трести.

Критичний аналіз літературних джерел дозволив дійти висновку, що економічно вигідного штучного промислового способу приготування трести не існує.

Тому проведення нових досліджень, спрямованих на розробку способу приготування трести з низькими витратами енергії, питної води та малою кількістю стічних вод є актуальним питанням.

Виходячи з цього було сформульовано мету та здійснено вибір напрямків досліджень.

Розділ 2. Методика і загальні методи досліджень

У другому розділі, що складається з трьох підрозділів, викладено основні методи досліджень. У першому підрозділі подана характеристика об'єктів досліджень: вихідної сировини - соломи лляної та готової продукції - трести. Розглянуто загальну методику та основні методи визначення показників якості соломи лляної: довжини жмені, кольору, міцності, вмісту лубу, вологості. Якість трести визначали згідно з Державним стандартом 24383-89 за показниками вмісту волокна та кольором. Додатково визначали показники розривного навантаження трести відповідно до Державного стандарту 2975-73. У роботі використані результати традиційних однофакторних експериментів. Це дозволило провести первинний відбір всіх чинників процесу приготування трести. Встановлені головні технологічні параметри, що суттєво впливають на якість лляної трести.

У другому підрозділі подано характеристику приладів та вимірювальної техніки.

У третьому підрозділі викладено загальну методику проведення випробувань. Первинні випробування здійснювали на невеликих зразках сировини. Після визначення головних чинників процесу масу пакувань прямокутної та циліндричної форми було збільшено до 90-100 кг. Виготовлену тресту піддавали природному сушінню. Ступінь готовності трести та її фізико-механічні показники визначали згідно з Державних стандартів 24383_89 та 2975_73. Переробку готової трести проводили з використанням м'яльно-тіпального верстата СМТ_200М та куделеприготувального агрегату.

Розділ 3. Теоретичні дослідження

У третьому розділі наведені результати теоретичних досліджень. В першому його підрозділі висвітлена теорія механізму процесу руйнування фізико-механічних зв'язків волокна з деревиною в стеблах льону.

У теоретичній частині проведено кількісну оцінку екзотермічного процесу самонагрівання вологої лляної соломи для пакувань різної геометричної форми. В роботі теоретично визначено тепловий ефект самонагрівання для пакувань лляної соломи прямокутної форми. Умови проходження процесу самонагрівання вологих стебел льону певною мірою впливають на енергетичну потужність джерела теплової енергії та кількість теплової енергії для підтримання життєдіяльності мікроорганізмів. Відомо, що в процесі окислення однієї грам-молекули глюкози аеробні бактерії здатні звільнити до 2 881,2 кДж теплової енергії, а при анаеробному диханні відбувається бродіння рослинної маси з виділенням лише 113,4 кДж. У випадку нестаціонарного процесу () відповідно змінюється з часом (ф) і характер тепловиділення: .

Вирішення задачі нестаціонарної теплопровідності можна провести тільки для суцільних тіл простої геометричної форми. Тому дану задачу було вирішено експериментальним шляхом із визначенням реальних показників температури для різних місць кіпи. Вибір таких місць для визначення показників температури пов'язаний з температурним полем біологічного джерела енергії. Розгорнуте рівняння теплового балансу має вигляд:

(1)

Рівняння розв'язано відносно показника кінцевої температури :

(2)

У випадку нестаціонарного теплообміну встановлення реального характеру зміни температури в кіпі вологої лляної соломи дозволяє визначити залежності: , та - і дає можливість вирішувати багато виробничих завдань. Наприклад, користуючись графіком залежності встановлено екстремальну температуру, після якої необхідно стабілізувати розвиток мікроорганізмів з метою запобігання небажаних явищ, пов'язаних з руйнуванням целюлози волокон, зменшенням їх міцності. Розподіл температури в кіпі, як суцільному тілі, описаний диференційним рівнянням:

(3)

де - коефіцієнт теплопровідності для суцільного тіла.

В цьому ж підрозділі розроблена математична модель теплопровідності зволоженої лляної сировини, спираючись на фундаментальний закон збереження енергії. Математична модель створена на прикладі пакування соломи лляної циліндричної форми - рулону. Рулон розглянуто як однорідний циліндричний стержень за умови достатньо високої щільності змотування .

Таким чином, рівняння теплопровідності в цьому випадку має вигляд:

(4)

На початку самонагрівання величина коефіцієнта теплопровідності k вологої лляної соломи залежить від температури U, тому рівняння стає нелінійним. Для періоду сталого режиму самонагрівання можна вважати, що вологість сировини не змінюється і кількість енергії при достатній ізоляції теж постійна.

В цьому випадку нелінійність може не враховуватись.

Процес передачі тепла описано за допомогою рівнянь:

у площині (5)

у просторі (6)

де - оператор Лапласа.

Остаточно узагальнене рівняння теплопровідності з урахуванням теплообміну пакування з навколишнім середовищем через бічну поверхню має вигляд:

(7)

Для побудови математичної моделі в рівняння введено одну початкову і дві граничні умови.

Для формулювання початкової умови розглянуто одновимірне рівняння теплопровідності у стержні, як провіднику без джерел:

де (8)

Початковою умовою, що дає розподіл температури U на початку процесу (t=0) є:

П.У. t=0 = f (X) (9)

Для стержня, що обмежений з обох кінців, поставлено граничні умови: Х=0 для лівого кінця та Х=L для правого.

У випадку, коли відбувається теплообмін із навколишнім середовищем через торці стержня, граничні умови мають вигляд:

Г.У. (на кінцях), (10)

де h - коефіцієнт теплообміну;

Uo - температура навколишнього середовища.

Причому в рівнянні (10) знак “мінус” відповідає умові на лівому кінці (Х=0), а знак “плюс” - на правому (Х=L). Граничні умови містять два підходи до визначення кількості тепла, що проходить через границю стержня. З одного боку - це відповідність закону Ньютона, а з другого - експериментальному закону теплопровідності Фур'є.

Таким чином, за допомогою математичних моделей визначена кількість тепла, що виділяється в результаті самонагрівання вологої лляної соломи , і напрямки його передачі всередині пакувань великих розмірів. Доведена необхідність регулювання теплових процесів, які відбуваються при одержанні трести зі зволоженої лляної соломи для збереження якості лляного волокна.

В зв'язку з тим, що екзотермічний процес самонагрівання лляної соломи є некерованим і відбувається спонтанно, що підтверджується рівнянням (3), в роботі запропоновано і науково обґрунтовано проведення регулювання теплових процесів всередині пакувань лляної соломи шляхом вентилювання зволоженої маси.

Вентилювання в замкненій системі сприяє збереженню умов процесу й підвищенню якості готового продукту. При вентилюванні можна також проводити, при необхідності, насичення суміші вологою за допомогою спеціальної зволожувальної камери, або введення в середовище інгібіторів чи каталізаторів з метою керування процесом. Вентилювання сировини дозволить знизити її температуру в центрі пакування, вирівняти умови проведення процесу та забезпечити рівномірність показників якості готової трести з різних шарів пакування.

Розділ 4. Експериментальна частина

4.1. Визначення технологічних параметрів процесу приготування трести штучним рошенням. У першому підрозділі проаналізовано вплив на якість приготовленої трести таких чинників вихідної лляної соломи , як вологість, щільність пакування, спосіб розміщення стебел, температура навколишнього середовища, ступінь заповнення робочої камери.

Аналіз експериментальних даних свідчить, що застосування сировини з вологістю від 100 до 200% для приготування трести є доцільним. Враховуючи той факт, що для досягнення більш високих показників вологості потрібно збільшити тривалість операції замочування, а для видалення надлишкової вологи після завершення процесу приготування трести необхідно збільшити термін сушіння, найбільш доцільною вологістю сировини є 100-150%.

Як свідчать результати експерименту, найкращим показником щільності укладання слід вважати 100-125 кг/м3. Якісні показники одержаної трести при цьому виявились найкращими: розривне навантаження дорівнює 120_130 Н, а відокремлюваність - 5,2 одиниці. Встановлено, що для процесу приготування трести штучним рошенням важливими параметрами є спосіб розміщення стебел: горизонтальний чи вертикальний, вибір форми пакування, ступінь заповнення сировиною робочої ємкості, температура навколишнього середовища та інші. Попередніми дослідженнями встановлено, що при вологості вихідної лляної соломи до 150 % та незначних масах пакування спосіб розміщення стебел істотно не впливає на хід процесу і якість виготовленої трести. З метою спрощення процесу вентилювання, створення рівних умов у всіх шарах сировини, для великих пакувань обрано як оптимальний вертикальний спосіб розміщення стебел льону. Ступінь заповнення робочої камери сировиною було обрано в межах 80-90 % виходячи з міркувань максимальної продуктивності виробництва.

Вплив температури навколишнього середовища вивчався з метою моделювання умов проведення процесу рошення льону в різні пори року. Для дослідження були обрані температури навколишнього середовища від 5 до 45 °С.

Найкращими слід вважати результати, отримані при температурі середовища 36 єС. Так протягом 4-6 діб можна отримати тресту задовільної якості. При низькій температурі процес приготування трести занадто уповільнений, а при температурі вищій за 36 єС, можливо через життєдіяльність термофільних бактерій, здатних руйнувати целюлозу, спостерігається різке зниження природної міцності волокна.

Таким чином, на основі експериментальних досліджень встановлено, що оптимальними параметрами процесу приготування трести штучним рошенням є: вологість сировини - 100-150 %, щільність укладання стебел - 100-125 кг/м3, ступінь заповнення робочої камери сировиною - 80-90 %, вертикальний спосіб розміщення стебел, температура навколишнього середовища 25 єС.

4.2. Встановлення оптимальних геометричних і фізичних параметрів пакування лляної соломи для здійснення процесу приготування трести штучним рошенням. У другому підрозділі визначені температурні поля та фізико-механічні показники якості трести при використанні пакувань великих розмірів без регулювання температури.

Для визначення впливу температури самонагрівання на фізико-механічні показники якості трести в різних місцях пакування було проведено серію експериментів, під час яких були встановлені температурні поля всередині кіпи вологої лляної соломи. Температура навколишнього середовища в експериментах підтримувалась на рівні 5, 18 та 25 єС. Тривалість процесу приготування трести була різною і обумовлювалась ступенем її готовності до переробки. По завершенні експериментів було оцінено якість готової трести з різних місць пакування та встановлено її зв'язок з температурою самонагрівання.

Аналіз кривих зміни температури в кіпі під час самонагрівання свідчить про її криволінійний характер. Залежно від температури навколишнього середовища досягається відповідний максимальний показник температури. Причому, при зовнішній температурі 5 єС в центрі кіпи температура може дорівнювати 14_15 єС, а при температурі 18 єС - значно підвищується і може досягти показника 31 єС. Подальше зростання температури середовища провокує підвищення температури в центрі кіпи до 46 єС, що призводить до зниження якості приготовленої трести. Така висока температура впливає на видовий склад мікрофлори льону і змінює співвідношення мезофільних і термофільних мікроорганізмів. Останні мають здатність активізувати процес деструкції целюлозних волокон.

Для кривих зміни температури в центрі кіпи характерною є наявність специфічної точки перегину початку процесу, після чого відбувається зниження температури та її стабілізація. При низькій зовнішній температурі 5 єС температура стабілізації дорівнює 14 єС в центрі та 12-13 єС на відстані 10 та 30 см від бокових стінок. При помірній зовнішній температурі 18 єС в центрі кіпи встановлюється температура 30 єС, а ближче до країв - 26_27 єС. Під час витримування зволоженої кіпи при температурі 25 єС в центрі кіпи температура стабілізується на рівні 44 єС, а на відстані 10 та 30 см від бокових стінок відповідно 37 та 40 єС. Порівняно з відомими біологічними способами мочіння лляної соломи такі показники температур є дещо завищеними для сприятливих умов існування пектиноруйнівної мікрофлори і тому потребують постійного контролю технологічного процесу та його регулювання.

Після завершення процесу приготування трести сировину виймали з під укриття, висушували кожен сніп окремо і визначали якість трести в окремих точках кіпи. Оцінку якості трести проводили за найважливішими показниками - міцністю волокна і відокремлюваністю.

Аналіз отриманих результатів свідчить про те, що при витримуванні великих мас вологої лляної соломи при різній позитивній температурі навколишнього середовища в межах від 5 єС до 25 єС спостерігається певна неоднорідність по ступеню вилежування трести. Так, треста, що знаходилась ближче до зовнішньої сторони кіпи, у всіх випадках мала нижчі показники відокремлюваності та вищі показники розривного навантаження. Найбільша розбіжність показників якості виявлена між сировиною центральної частини і зовнішнього шару. Так, при температурі 5 єС різниця показників між зовнішнім шаром і центром дорівнювала: по розривному навантаженню - 24 Н, по відокремлюваності - 0,8 одиниці.

Зростання активності процесу приготування трести при температурі 18 єС та 25 єС спричиняє збільшення розбіжності показників якості. Різниця значень показника розривного навантаження сягає відповідно 34 та 79 Н, відокремлюваності - 2,1 та 1,7 одиниць. Тресту з центрального шару можна оцінити як перележану, а тресту зовнішнього шару - як недолежану. Першопричиною такої різниці слід вважати різні температурні умови під час процесу приготування трести. Адже при температурі навколишнього середовища 18 єС різниця температур в різних шарах пакування становила 4-5 єС, а при температурі 25 єС відповідно - 6-7 єС.

Таким чином, доведена необхідність і доцільність проведення процесу приготування трести штучним рошенням в пакуваннях прямокутної форми з розмірами 1 х 1 х 1 м із щільністю укладання стебел 100-125 кг/м3, або ж у рулонах діаметром до 1,5 м із щільністю змотування 100-125 кг/м3 при температурі навколишнього середовища від 5 єС до 25 єС. Головним висновком із проведених експериментів є встановлення необхідності вирівнювання умов приготування трести для всіх частин пакування. Найкраще це зробити за рахунок вентилювання сировини.

4.3. Розробка проекту і конструювання дослідної установки для приготування трести штучним рошенням. На основі попередніх теоретичних і експериментальних досліджень було визначено оптимальні параметри вихідної лляної соломи. Було проаналізовано ефект самонагрівання вологої сировини для приготування трести і визначено зони підвищених температур, які потребують контролю і регулювання. Ці дані були враховані при розробці проекту дослідної установки для проведення штучного рошення.

Для проведення досліджень з використанням пакувань вологої лляної соломи великих розмірів була сконструйована і змонтована дослідна установка (рис.1).

Укриття кіпи вологої лляної соломи виконано з непроникного для повітря матеріалу - поліетиленової плівки, натягнутої на каркас із стального дроту діаметром 6 мм. Така плівка є недорогим, досить поширеним і легкодоступним для широкого застосування матеріалом. З нього легко сформувати укриття для пакувань циліндричної чи прямокутної форми. У верхній частині укриття було зроблено отвір для з'єднання з вентиляційною системою. Нижня частина укриття кіпи мала ущільнення з м'якої гуми для кращої ізоляції вологої лляної соломи від навколишнього середовища.

Розміщення стебел льону в кіпі було вертикальним. В період формування кіпи всередину її закладали стальні перфоровані трубки діаметром 20 мм завдовжки 1000 мм. На відстані від 0,25 до 0,75 довжини трубки мали отвори діаметром 5 мм, розташовані з чотирьох сторін. Кіпу зволоженої лляної соломи ставили вертикально на дерев'яну решітку для стікання надлишкової вологи, не зв'язаної з матеріалом. Крім того, наявність решітки дозволяла прокладати під кіпою повітропроводи до вентилятора. Нижче решітки знаходився піддон для збирання вологи, що стікала зі стебел. При вентилюванні наявність водної поверхні в піддоні запобігала пересушуванню суміші, що циркулювала в замкненій системі.

Гнучкі повітропроводи з'єднувалися з відцентровим малогабаритним вентилятором. На верхній ділянці повітропроводу між вентилятором і верхнім отвором укриття була розміщена засувка. На нижній ділянці, між вентилятором і дном кіпи була розміщена друга засувка.

Робота дослідної установки для приготування трести з вологої лляної соломи штучним рошенням була організована таким чином. Після ізолювання вологої лляної соломи в присутності кисню повітря активно розвиваються аеробні мікроорганізми. В процесі життєдіяльності аеробної мікрофлори активно збільшується температура самонагрівання, кисень поступово витрачається і під укриттям утворюються анаеробні умови. Кінцевими продуктами розпаду рослинної сировини внаслідок життєдіяльності мікрофлори є вуглекислий газ, водяна пара і теплова енергія. В дослідній установці передбачено за допомогою вентилятора забирати цю парогазову суміш із робочої камери і подавати в перфоровані трубки під тиском. При відбиранні анаеробної парогазової суміші з-під укриття із зовнішньої сторони пакування утворюється розрідження, а в перфорованих трубках - підвищений тиск. Внаслідок утворення різниці тисків парогазова суміш проходить крізь кіпу, переважно уздовж стебел, приймаючи частину теплової енергії. Дана установка може працювати у двох режимах.

Перший режим вентилювання передбачає охолодження парогазової суміші перед подачею її у перфоровані трубки. Для цього підігріта суміш забирається через верхній отвір укриття, проходить через відкриту верхню засувку й охолоджується при проходженні через зовнішній повітропровід і вентилятор, які мають температуру навколишнього середовища. Нижня засувка при цьому режимі закрита. Такий режим умовно можна назвати “літнім”. Його можна використовувати при температурах навколишнього середовища 25 оС і вищих. При необхідності парогазову суміш можна додатково охолоджувати.

Другий режим вентилювання передбачає забір анаеробної парогазової суміші з нижньої частини кіпи. При цьому тепла суміш, що виходить із кіпи від перфорованих трубок, спочатку спускається вниз уздовж стінок кіпи, тим самим віддаючи частину тепла зовнішнім шарам лляної сировини. Нижня засувка при цьому відкрита, а верхня - закрита. Вентилювання проходить по короткому колу без значних втрат теплової енергії. Такий режим можна назвати “осіннім ” або “весняним”. Він придатний для застосування при температурах від 5 до 20 єС. При цьому режимі можна не тільки знизити температуру в центральній частині пакування, але й частково підвищити її в зовнішніх шарах.

Другий режим вентилювання є більш універсальним, бо дозволяє провести перерозподіл температури самонагрівання без додаткових витрат теплової енергії.

Після розробки проекту було сконструйовано дослідну установку для приготування трести штучним рошенням в умовах льонозаводів, яка складається з непроникного для повітря укриття, перфорованих трубок, повітропроводу, вентилятора, решітки і піддону.

4.4. Регулювання технологічних параметрів приготування трести штучним рошенням за допомогою вентилювання. Процес приготування трести штучним рошенням із використанням тепла екзотермічної реакції самонагрівання є некерованим. При відсутності керування така термобіологічна реакція може негативно впливати на процес приготування трести і спричиняти зниження якості готової продукції. Тому в роботі з метою регулювання термічного процесу самонагрівання запропоновано проведення вентилювання сировини.

У четвертому підрозділі наведено розрахунок параметрів системи вентилювання. Як свідчать результати досліджень найбільш ефективним для вентилювання і охолодження сировини є спосіб із застосуванням вертикальних перфорованих трубок, верхній отвір яких частково перекривається спеціальною вставкою. При цьому співвідношення площ поперечного перерізу отвору та трубки (Sот / Sтр) дорівнювали 0,16-0,25. Розрахунок системи вентилювання пакування сировини було проведено з урахуванням рекомендацій попередніх дослідників, вимог технологічного процесу та результатів експериментальних досліджень.

Використання для вентилювання 6 трубок діаметром D=20 мм із спеціальними каліброваними вставками діаметром від 0,4 D до 0,5 D дає змогу ефективно охолоджувати сировину при продуктивності вентилятора 0,1-0,3 м3/с. Це забезпечує проходження через верхні отвори трубки від 15 до 23 % суміші. Решта анаеробної суміші проходить через бокові отвори трубок та безпосередньо через кіпу і забезпечує її надійне вентилювання й охолодження.

Періодичним вентилюванням забезпечується зниження температури у внутрішніх шарах пакування. Робота вентиляційної системи організована таким чином, що після 24 годин витримування сировини при температурі 25 єС проводиться вентилювання протягом 3-5 хвилин з інтервалом 3 години, або через 4 години при температурі навколишнього повітря 18 єС.

Для дослідження процесу приготування трести з вентилюванням сировини було сформовано кіпу лляної соломи загальною масою 90 кг із щільністю укладання 100 кг/м3. Зовні кіпа лляної соломи мала укриття з поліетиленової плівки. Необхідна температура підтримувалась за рахунок періодичного вентилювання рослинної маси парогазовою сумішшю, яка утворювалась під укриттям.

Тривалість процесу приготування трести визначалась за даними попередніх досліджень і дорівнювала 7 діб при температурі навколишнього середовища 18 єС та 5 діб при температурі 25 єС. По завершенні процесу готова треста піддавалась лабораторному аналізу для встановлення фізико-механічних показників її якості.

Аналіз результатів експерименту свідчить, що вентилювання сировини анаеробною парогазовою сумішшю дозволяє вирівняти температурний режим процесу і поліпшити якісні показники готової трести. Залежно від температури навколишнього середовища змінюється відповідний середній показник температури, що підтримується в кіпі: 26-27 єС (при tповітря=18 єС) та 35-37 єС (при tповітря=25 єС). В результаті проведення вентилювання різниця температур у зовнішніх та внутрішніх шарах не перевищувала 2 єС. Слід відзначити зменшення різниці між температурними полями всередині кіпи і вирівнювання показників якості сировини для більшості шарів пакування.

В роботі було запропоновано систему автоматичного контролю та регулювання температури сировини. Система автоматичного регулювання температури складається з температурних датчиків, автоматичного регулятора та виконавчого механізму. При витримуванні декількох пакувань під одним укриттям датчики можна встановлювати в одному з центральних пакувань. Регулятор за допомогою температурних датчиків керує роботою привода виконавчого механізму, який діє на регулюючий орган клапана. Якщо температура самонагрівання лляної соломи перевищує заданий показник, то регулятор видає команду на відкриття клапана. Внаслідок вентилювання температура вологої лляної соломи поступово знижується. Коли вона досягне нижнього заданого показника, за сигналом від регулятора відбувається закривання клапана і відновлюється процес самонагрівання.

Автоматизація процесу вентилювання пакувань зволоженої лляної соломи дозволить забезпечити підтримання регламентованих значень температури в заданих межах 36 1,5 єС для tпов=25 єC, або 27 1,5 єС для tпов=18 єC, що дає можливість стабілізувати технологічний процес штучного рошення льону і вирівняти якісні показники готової трести, покращити умови праці обслуговуючого персоналу.

Розділ 5. Аналіз результатів досліджень та впровадження нового способу приготування трести у виробництво

У п'ятому розділі подано аналіз результатів досліджень та їх впровадження у виробництво. Результати досліджень доводять можливість приготування трести штучним рошенням з витримуванням вологої лляної соломи під укриттям та періодичним вентилюванням сировини парогазовою сумішшю. Головним завданням по забезпеченню успішного проведення технологічного процесу є створення умов для розвитку пектиноруйнівної мікрофлори. Такими умовами є: вологість вихідної лляної соломи - 100-150 %, щільність укладання стебел - 100-125 кг/м3 та ізоляція від навколишнього середовища для підтримання цих умов на постійному рівні. Для зниження температури самонагрівання всередині пакування ефективним є вентилювання центральних шарів сировини. Проведення операції охолодження цих шарів за допомогою повітря виявилось неефективним. Додавання кисню всередину маси спричиняє зміну умов проходження процесу. Тому для підтримання анаеробних умов потрібно проводити вентилювання парогазовою сумішшю, що утворюється під укриттям пакування. Головними компонентами такої суміші є вуглекислий газ та водяна пара. Проведення вентилювання у замкненій системі є ефективним. При цьому суміш забирається зверху пакування, створюючи там розрідження, а подається знизу з підвищеним тиском, що сприяє утворенню активного вентилювання.

Автоматичний контроль і включення системи вентилювання дозволяє підтримувати необхідну сталу температуру всіх шарів пакування.

З метою перевірки результатів лабораторних досліджень в умовах виробництва було проведено серію випробувань на Коростишівському льонозаводі Житомирської області. Результати наведено в таблиці 1.

Для проведення випробувань була відсортована однорідна партія соломи лляної № 1,50 сорту “Могилівський” врожаю 1998 року. Показники якості лляної соломи за результатами інструментальної оцінки становили: довжина жмені - 85 см; вміст лубу - 27 %; розривне навантаження - 260 Н; придатність - 0,87; група кольору - І (жовтий).

Таблиця 1 Якісні показники трести

Варіанти	Колір	Відокремлюваність, одиниць	Розривне навантаження, Н	Запах
Штучне рошення (8 діб)	Світло-сірий	5,7	117	Молочнокислого бродіння
Контроль І (мочіння 72 год.)	Світло-сірий	5,5	119	Специфічний кислий запах мочіння льону
Контроль ІІ (рошення 28 діб)	Сірий	5,6	121	Відсутній

Враховуючи позитивний результат промислових випробувань способу приготування трести з лляної соломи штучним рошенням (акт випробувань №1 від 7 серпня 2000 року) та низькі витрати свіжої питної води й електричної енергії, відсутність потреби у тепловій енергії для сушіння сировини, Асоціація льонарів Житомирщини впровадила на льонозаводах Житомирщини спосіб штучного рошення з витримуванням зволоженої до 100-150% лляної соломи під укриттям та періодичним вентилюванням сировини анаеробною парогазовою сумішшю. Відзначено, що даний спосіб дозволяє переробляти лляну солому з вологістю, яка перевищує нормативний показник (25%) і цим спрощує проблему використання такої сировини. Економічний ефект від впровадження даного способу становить 21,4 грн. на кожну тонну переробленої лляної соломи.

Висновки

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень розроблено спосіб штучного одержання трести в анаеробних умовах за рахунок самонагрівання лляної соломи, регульований вентилюванням парогазовою сумішшю.

Оптимальними параметрами процесу приготування трести штучним рошенням є: вологість сировини - 100-150 %, щільність укладання стебел - 100-125 кг/м3, ступінь заповнення робочої камери сировиною - 80-90 %, вертикальний спосіб розміщення стебел, температура навколишнього середовища 25 єС. При таких параметрах можна отримати тресту за 4-5 діб.

Проводити процес приготування трести штучним рошенням доцільно в кіпах прямокутної форми з розмірами 1 х 1 х 1 м з щільністю укладання стебел 100-125 кг/м3, або ж у рулонах діаметром до 1,5 м із щільністю змотування 100-125 кг/м3.

Дослідна установка для приготування лляної трести штучним рошенням в умовах льонозаводів складається з непроникного для повітря укриття, перфорованих трубок, повітропроводу, вентилятора, решітки і піддону.

Екзотермічний технологічний процес приготування трести штучним рошенням регулюється вентилюванням пакувань лляної соломи анаеробною парогазовою сумішшю, починаючи з другої доби, протягом 3-5 хвилин з інтервалом 3-4 години. Новизна способу вентилювання сировини анаеробною парогазовою сумішшю захищена патентом України.

Виготовлена за 8 діб в штучних умовах на дослідній установці треста має показники якості, аналогічні тресті, отриманій на стелищі за 28 діб, що на 20 діб швидше, ніж при традиційному рошенні.

Економічний ефект від впровадження способу за рахунок скорочення енергетичних витрат та тривалості процесу становить 21,4 грн. на тонну лляної соломи.

Пропозиції виробництву

Для виготовлення доброякісної трести штучним рошенням з лляної соломи застосовувати технологію та обладнання, розроблене на кафедрі виробництва натуральних волокон Херсонського державного технічного університету, що дає можливість скоротити тривалість приготування трести, зберегти первинний рівень якості, зменшити втрати і отримати енергетичний і економічний ефект.

З метою вирівнювання умов плину процесу штучного рошення застосовувати вентилювання паковок анаеробною парогазовою сумішшю за встановленим технологічним режимом.

Технологію та устаткування використовувати на льонозаводах і в льонарських господарствах.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Валько В.М. Майбутнє - за штучним зрошенням льону // Легка промисловість. - 2000. - № 1. - С.55.

2. Валько В.Н. Изменение свойств влажного льна в процессе его хранения // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1999. - №3(6). - С.302-304.

3. Валько В.М., Ардашев В.О. Аналіз теплового ефекту при саморозігріванні вологої льоносоломи // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2000. - № 9. - С.55-58.

4. Валько В.М. Змінювання відокремлюваності волокна при витримуванні зволоженої льоносоломи без доступу повітря // Вісник технологічного університету Поділля. - 2000. - №1. - С. 46-48.

5. Валько В.М. Комп'ютеризований підхід до раціонального використання рослинної сировини у льняній галузі // Автоматика, автоматизація, електротехнічні комплекси та системи. - Херсон: ХДТУ. - 2000. - №1(6). - С.140-142.

6. Валько В.М. Рошення льону сьогодні і завтра // Збірник наукових праць Інституту землеробства УААН. - К.: Нора-прінт. - 1999. - Вип 1-2. - С.268-270.

7. Валько В.М., Чурсіна Л.А. Розробка нової технології приготування лляної трести // Материалы всеукраинской научно-технической конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”. (Херсон - 2000) в ж. Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2000. - № 4. - С.174.

8. Валько В.М., Чурсіна Л.А. Спосіб приготування трести та пристрій для його виконання. Заявка № 99074370 від 29.07.1999 р. Рішення ІПВ про видачу патенту від 24.01.2000 р.

Размещено на Allbest.ru

...