Удосконалення технології розстилу лляної соломи із застосуванням механічної і хімічної обробки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677.11.021

Удосконалення технології розстилу лляної соломи із застосуванням механічної і хімічної обробки

05.18.03 - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Євтушенко Валентина Вікторівна

Херсон 2006

Дисертацією є рукопис.

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

Захист відбудеться “9” листопада 2006 року о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий “ 5 ” жовтня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

АНОТАЦІЯ

Євтушенко В.В. Удосконалення технології розстилу лляної соломи із застосуванням механічної і хімічної обробки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 - первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2006.

Захищається дисертація, яка містить теоретичні й експериментальні дослідження технології розстилу лляної соломи із застосуванням плющення стебел у період вибирання та обробки хімічними композиційними препаратами перед розстилом. У роботі проаналізовано вплив механічної і хімічної обробки на скорочення терміну вилежування лляної соломи, покращення фізико-механічних показників лляного волокна і його однорідності за властивостями та підвищення інтенсивності мікробіологічних процесів під час вилежування. Доведено, що використання запропонованої технології дає можливість скоротити термін вилежування до 10 діб, збільшити міцність і гнучкість волокна відповідно на 66,7% і 10,8%, а також зменшити неоднорідність за показниками “розривне навантаження” на 9,58% і “гнучкість” на 5,7%.

При застосуванні запропонованої технології вихід довгого волокна збільшується на 1,84%, короткого - на 2,03%. Це дає можливість отримати умовно чистий прибуток 75,85 грн./га та підвищити рівень рентабельності виробництва лляної продукції на 18,2%.

Ключові слова: лляна солома, треста, волокно, плющення, хімічні композиційні препарати, відокремлюваність, розривне навантаження, гнучкість.

АННОТАЦИЯ

Евтушенко В.В. Совершенствование технологии расстила льняной соломы с применением механической и химической обработки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 - первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. - Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2006.

Защищается диссертация, содержащая теоретические и экспериментальные исследования технологии расстила льняной соломы с применением плющения стеблей в период теребления и обработки химическими композиционными препаратами перед расстилом.

Известно, что процесс расстила стеблей льняной соломы по традиционной технологии имеет ряд недостатков. Главным из них является зависимость длительности процесса от погодных условий. Это приводит не только к значительным количественным потерям сырья, но и к снижению его качества. Остается также нерешенной проблема выравнивания физико-механических показателей льняного волокна в процессе расстила. Несовершенство существующих технологий послеуборочной обработки льна приводит к значительным потерям уже выработанной продукции.

В дисертационной работе проанализировано влияние механической и химической обработки на сокращение сроков расстила льняной соломы, а также на улучшение физико-механических показателей льняного волокна и повышение их однородности по всей массе обрабатываемого сырья за счет интенсификации микробиологических процессов в период вылежки.

В результате проведенных исследований доказано, что применение плющения стеблей во время теребления способствует выравниванию физико-механических показателей льняного волокна по всей длине стебля. Кроме того, длительность приготовления тресты сокращается до 16 суток, прочность волокна не изменяется, а гибкость и отделяемость, по сравнению с контрольным вариантом, увеличиваются соответственно на 8,3% и 6%. Это дает возможность получить льняное волокно с высокой прядильной способностью.

Предлагается также во время расстила обрабатывать плющеные стебли льна химическими композиционными препаратами, в состав которых входят неионогенные поверхностно-активные вещества, а именно неонол АФ 9 - 10, фосфат мочевины и гидроксид калия. Кроме вышеперечисленных компонентов, в состав композиции предлагается включить моно-, ди- или полисахариды, которые необходимы для активного развития пектиноразлагающих микроорганизмов.

Построена математическая модель зависимости разрывной нагрузки волокна, выделенного из плющеных стеблей льняной соломы, от влажности сырья и концентрации химических композиционных препаратов. Согласно математической модели, показатель разрывной нагрузки имеет оптимальное значение при концентрации 0,5 - 0,6 г/л и влажности сырья 60 - 70%.

Экспериментальные исследования подтвердили, что при концентрации химических композиционных препаратов 0,5 г/л и влажности сырья 60 - 70% можно получить волокно с нормированными показателями качества. Кроме этого, созданная химическая композиция способствует проникновению и удержанию влаги, а также химических веществ внутри стебля. Учитывая доступность и незначительные расходы, для обработки плющеных стеблей льняной соломы в производственных условиях предлагается использовать раствор химической композиции, в состав которой входят: неонол АФ 9 - 10, фосфат мочевины, гидроксид калия и полисахарид.

В работе, наряду с исследованием физико-механических свойств льняного волокна, исследовался количественный и качественный состав микроорганизмов, которые развиваются на стеблях соломы в процессе расстила. Установлено, что обработка плющеных стеблей льняной соломы растворами химических композиционных препаратов стимулирует развитие пектиноразлагающей микрофлоры, способствует уменьшению количественного и качественного состава другой микрофлоры, в том числе и патогенной. Это, в свою очередь, способствует повышению качества тресты и изменению химического состава выделенного из неё льняного волокна. При этом достигается достаточно высокая степень очистки льняного волокна от спутников целлюлозы - пектиновых веществ и лигнина. Содержание пектиновых веществ в волокне контрольного варианта составляет 4,85%, тогда как у вариантов с обработкой - 1,00 - 2,16%, что в среднем в три раза меньше по сравнению с контрольным вариантом.

Теоретически и экспериментально обоснована, разработана и рекомендована к внедрению в производство технология расстила льняной соломы с применением механической и химической обработки.

Доказано, что использование предложенной технологии, сочетающей механическую и химическую обработку сырья, дает возможность сократить сроки приготовления тресты до 10 суток, а прочность и гибкость волокна увеличить соответственно на 66,7% и 10,8%. Усовершенствованная технология позволяет также выровнять качество тресты по всей массе сырья. Во время плющения стеблей льняной соломы образуются микроскопические трещины, которые способствуют проникновению химических композиционных препаратов внутрь стеблей и равномерному развитию пектиноразлагающей микрофлоры по всей массе сырья, что обеспечивает формирование однородных показателей качества льняного волокна. Это дает возможность уменьшить неоднородность по показателям “разрывная нагрузка” на 9,58% и “гибкость” на 5,7% и утверждать, что разработанная технология способствует не только сокращению сроков расстила, но и выравниванию показателей качества тресты по всей массе сырья.

При применении предложенной технологии выход длинного волокна увеличивается на 1,84%, короткого - на 2,03%. Это дает возможность получить чистый доход 75,85 грн./га и увеличить уровень рентабельности производства льняной продукции на 18,2%.

Ключевые слова: льняная солома, треста, волокно, плющение, химические композиционные препараты, отделяемость, разрывная нагрузка, гибкость.

ANNOTATION

Yevtushenko V. Improvement of the technology of the flax straw spreading with the use of mechanical and chemical processing. - Manuscript copy.

Ph. D. thesis for receiving a scientific degree of a candidate of technical sciences in specialty 05.18.03 - preprocessing and storing of the products of plant cultivation.

Kherson National Technical University, Kherson, 2006.

The thesis containing theoretical and experimental research of the flax straw spreading with the use of flatting of the stalks during the period of selection and processing with composite chemicals before spreading is being defended. The influence of mechanical and chemical processing on the reduction of the term of the flax fiber's aging, improvement of the physical and mechanical characteristics of the flax fiber and its homogeneity in characteristics and increase of the intensity of microbiological processes during the aging are analyzed in the work. It has been proved that the use of the proposed technology makes it possible to shorten the period of aging up to 10 days, increase the fiber's solidity and flexibility by 66,7% and 10,8 % respectively and to decrease the heterogeneity by characteristics “breaking load” by 9,58% and “flexibility” by 5,7%. While using the proposed technology the outcome of the long fiber increases by 1,84%, of the short fiber - by 2,03%. It gives the possibility to get a relatively clear profit of 75,85 hrn/hectare and increases the level of the flax production's profitability by 18,2%.

Key words: flax straw, stock, fiber, flatting, composite chemicals, separability, breaking load, flexibility.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Актуальність теми підтверджується перш за все наявністю гострої проблеми забезпечення текстильних підприємств України вітчизняною сировиною - лляним і конопляним волокном. Одержання якісного лляного волокна можливо за умови вдосконалення його первинної переробки, а саме розстилу стебел лляної соломи. Відомо, що під час цього процесу відділення волокна від деревини стебел відбувається в результаті біохімічної діяльності грибів і бактерій. Але на стеблах льону розвивається як корисна пектиноруйнівна мікрофлора, так і патогенна, що значно знижує якість одержаної трести. За різних погодних умов процес розстилу триває 3 - 6 тижнів. Крім того, цей процес відбувається з різною інтенсивністю на всій площі розісланого шару соломи. У зв'язку з цим на одному і тому ж полі одержується треста, неоднорідна за фізико-механічними властивостями, з якої виділяється волокно з низькими показниками якості.

Вибір теми і напрямку досліджень базувався на узагальненні літературних даних та аналізі виробничого досвіду і попередніх наукових досліджень технологічного процесу одержання трести розстиланням стебел лляної соломи. Основним завданням роботи є встановлення закономірностей зміни фізико-механічних властивостей лляного волокна під впливом біохімічних процесів розстилу, визначення шляхів збереження якісних характеристик лляного волокна під час вилежування трести із застосуванням новітніх фізико-хімічних способів інтенсифікації біохімічних процесів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною програми досліджень кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету за темою: “Отримання луб'яної сировини підвищеної якості за матеріало- та енергозберігаючими технологіями”, номер державної реєстрації 0102U005291, замовник Міністерство освіти і науки України, дата реєстрації - 30.10.01р., протокол №2.

Особистий внесок автора полягає в удосконаленні технології одержання лляного волокна шляхом розстилу соломи з попереднім плющенням стебел і застосуванням композиційних препаратів, які сприяють зменшенню тривалості цього процесу і одержанню якісного однорідного за властивостями лляного волокна.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є розробка удосконаленої технології одержання лляного волокна шляхом розстилу стебел лляної соломи, яка забезпечувала б підвищення якості волокна і скорочення терміну приготування трести.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі завдання:

проаналізувати вплив попереднього плющення стебел лляної соломи і обробки їх хімічними композиційними препаратами на основі поверхнево-активних речовин на динаміку розвитку пектиноруйнівної мікрофлори в процесі розстилу;

дослідити зміну фізико-механічних властивостей одержаного лляного волокна в залежності від типу композиційних препаратів, що застосовуються;

встановити механізм інтенсифікації процесу перетворення лляної соломи в тресту за рахунок застосування плющення та дії хімічних композиційних препаратів;

науково обґрунтувати вибір хімічного складу композиційних препаратів, їх концентрації на стеблах лляної соломи та термін дії;

розробити технологію одержання лляного волокна з попереднім плющенням стебел лляної соломи та застосуванням композиційних препаратів;

розробити рекомендації для впровадження удосконаленої технології у виробництво і економічно їх обґрунтувати.

Об'єкт дослідження - процес одержання лляної трести розстиланням стебел лляної соломи.

Предмет дослідження - лляна солома і хімічні композиційні препарати на основі поверхнево-активних речовин.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі досліджувалися лляна солома, треста і волокно, одержане розстиланням соломи. Враховуючи, що розстил є біохімічним процесом, який інтенсифікується за допомогою попереднього плющення стебел лляної соломи і обробки їх композиційними препаратами, у роботі використано сучасні методи теоретичного та експериментального дослідження цього процесу, а саме:

фізико-механічні властивості трести оцінювали за ГОСТ 24383-80 “Треста льняная. Технические условия” і ГОСТ 24838-89 “Треста льняная. Требования при заготовках”;

фізико-механічні показники одержаного лляного волокна - за ДСТУ 4015 - 2001 “Льон тіпаний. Технічні умови”;

мікробіологічний аналіз проводили методом вологої камери та методом граничних розведень;

хімічний склад лляного волокна визначали методами кількісного хімічного аналізу;

математично-статистичний метод застосовували для обробки результатів експериментальних досліджень.

Розрахунки здійснювалися з використанням IBM-сумісного персонального комп'ютера в середовищі “Microsoft Office Exel 2003 (11.5612.5606)”, “ Microsoft Office Word 2003 (11.5604.5606)”.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

теоретично обґрунтовано і експериментально доведено позитивний вплив попереднього плющення стебел лляної соломи на рівномірність проникнення композиційних препаратів всередину стебел, що скорочує термін розстилання і покращує якісні показники одержаної трести;

встановлено хімічний склад композиційних препаратів на основі поверхнево-активних речовин, які мають найбільший позитивний вплив на фізико-механічні властивості волокна, одержаного розстиланням лляної соломи;

на основі методів математичної статистики та рототабельного планування визначено оптимальні параметри процесу плющення стебел і обробки їх хімічними композиційними препаратами.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено рекомендації щодо удосконалення технологічного процесу одержання лляної трести розстиланням соломи з попереднім плющенням стебел і обробкою хімічними композиційними препаратами на основі поверхнево-активних речовин. У результаті цього термін розстилу стебел лляної соломи було зменшено до 10 діб, а міцність і гнучкість волокна збільшилися відповідно на 66,7% і 10,8 %.

Запропонована технологія сприяє прискореному розвитку пектиноруйнівної мікрофлори під час розстилу, а застосування композиційних препаратів на основі поверхнево-активних речовин запобігає процесу руйнування целюлози, у результаті якість одержаного лляного волокна підвищується. Апробація запропонованої технології здійснювалась на ВАТ “Корпоративне об'єднання “Чернігівльон”, акт виробничих випробувань № 25 від 6.09.2005р.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем було самостійно проведено всі експериментальні та теоретичні дослідження, які стосуються питань удосконалення технології процесу розстилу лляної соломи із застосуванням плющення стебел в період вибирання і зрошення хімічними композиційними препаратами в процесі вилежування. Із застосуванням методів математичної статистики було проведено планування експерименту, оброблено, узагальнено і проаналізовано одержані результати.

У наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачу належить напрацювання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів, формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було представлено і схвалено на:

науково-технічній конференції молодих вчених “Нове в селекції, технології вирощування, зберігання, переробки та стандартизації луб'яних культур”, м. Глухів, 2004 р.;

науково-технічній конференції “Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”, м. Херсон, 2005 р.;

1-ій Міжнародній науково-практичній конференції “Современные научные достижения - 2006,” м. Дніпропетровськ, 2006 р.;

засіданнях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини ХНТУ, 2001 - 2006 рр.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 7 публікаціях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України - 4, тез доповідей на конференціях - 3.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, загальної характеристики роботи, п'яти розділів, основної частини, висновків, літературних джерел і додатку. Дисертацію викладено на 151 сторінці машинописного тексту, вона містить 34 рисунки, 30 таблиць на 32 сторінках. Список використаних джерел охоплює 120 найменувань, із них 5 зарубіжних.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, розкрито наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об'єкти та методи досліджень.

У першому розділі охарактеризовано сучасний стан проблеми виділення лляного волокна розстиланням стебел лляної соломи та здійснено аналіз науково-дослідних робіт, присвячених удосконаленню процесу приготування лляної трести біологічним способом. Наведено роботи, пов'язані з дослідженням мікробіологічних процесів, які відбуваються під час вилежування соломи, відзначено їх переваги та недоліки.

Проведений критичний аналіз наукових праць з вивчення впливу різних факторів на перебіг процесу розстилання стебел лляної соломи показав, що для одержання лляного волокна високої якості необхідно перш за все отримати високоякісне стебло, зібрати його у встановлені терміни, а потім вже починати процес первинної переробки.

Узагальнено дослідження ряду вчених щодо впливу різних факторів на процес розстилання стебел лляної соломи і зазначено, що отримати якісне лляне волокно можна при застосуванні під час розстилу комплексної взаємодії механічної і хімічної обробки, яка сприяла б вирівнюванню морфологічних параметрів за всією довжиною стебел лляної соломи.

Особливу увагу в огляді літературних джерел приділено аналізу застосування різноманітних хімічних препаратів, активованої води, грибкових заквасок для обробки соломи. Усі ці роботи мають важливе науково-практичне значення, однак для поліпшення морфологічних параметрів волокна, одержаного з трести, необхідна розробка удосконаленого способу розстилання лляної соломи з попереднім плющенням стебел і застосуванням хімічних композиційних препаратів.

У другому розділі викладено методику проведення польових і технологічних випробувань та досліджень фізико-механічних властивостей лляної трести й отриманого з неї волокна. Якість трести оцінювали за ГОСТ 24383-80 “Треста льняная. Технические условия” і ГОСТ 24838-89 “Треста льняная. Требования при заготовках”, а фізико-механічні показники одержаного лляного волокна - за ДСТУ 4015-2001 “Льон тіпаний. Технічні умови”.

При проведенні мікробіологічних досліджень визначали видовий і кількісний склад мікроорганізмів, які беруть участь у приготуванні лляної трести. Протягом повного циклу вилежування, через кожні 7 днів, відбирали зразки лляної соломи з усіх шарів стрічки. Видовий склад мікроорганізмів визначали методом вологої камери з використанням чашок Петрі. Для визначення кількісного складу мікроорганізмів використовували метод розведення досліджуваного матеріалу в чашках Петрі.

У процесі розстилання визначали вміст основних хімічних складових лляного волокна: целюлози, пектинових речовин і лігніну за традиційними методиками. Вміст целюлози визначали методом, який базується на перетворенні целюлози в глюкозу шляхом гідролізу. Вміст глюкози в гідролізаті визначали на базі методу Вільдштетера -Шудля. Для визначення вмісту пектинових речовин використовували метод, який ґрунтується на гідролізі пектинової кислоти розбавленим розчином соляної кислоти з подальшою обробкою амоній цитратом для утворення розчинної комплексної сполуки. Для визначення вмісту лігніну у лляному волокні використовували гідролітичний ваговий метод.

У розділі подано опис методики плющення стебел лляної соломи. Цей процес досліджували, регулюючи висоту пружини на плющильних вальцях для збільшення або зменшення тиску вальців на солому. Після проведених досліджень було встановлено оптимальне положення пружин, при якому не порушується структура і не погіршуються фізико-механічні показники волокна, одержаного шляхом розстилу плющених стебел лляної соломи.

Для обробки результатів експериментальних досліджень застосовано методи математичної статистики.

У третьому розділі наведено теоретичні дослідження за темою дисертації. З метою усунення недоліків традиційних способів розстилу було зроблено припущення щодо попереднього плющення стебел лляної соломи.

Відомо, що при комбайновому збиранні льону затискні ремені льонокомбайна розплющують стебла в середній частині трести, яка вилежується швидше верхівкової і прикореневої частини. Розплющена ременями комбайна середня частина стебел на стрічках вилежаної трести чітко виділяється світлою смугою. До того часу, коли треста буде готова, ця частина стебел перележується. При цьому знижується міцність волокна, що призводить до зниження якості трести.

В результаті проведених досліджень було висунуто гіпотезу, що попереднє плющення стебел при вибиранні комбайном від місця затиску їх ременями (від середини) до коренів забезпечуватиме більш рівномірне вилежування стебел по всій довжині і підвищення якості трести, а отже, і одержаного з неї волокна. Цей процес буде прискорювати вилежування прикореневої частини, вирівнюючи його тривалість з терміном вилежування серединної і верхівкової частин.

Для плющення запропоновано між поперечним затискним транспортером і розстельним щитом комбайна встановити плющильні вальці, які будуть приплющувати стебла на відрізку від затискного транспортера до коренів.

Під час плющення стебел лляної соломи відбувається порушення зв'язку між волокном і деревиною. Теоретичний аналіз процесу плющення дозволив зробити висновок, що ступінь порушення цього зв'язку залежить від тиску на матеріал під час плющення і радіуса вальців.

У підрозділі 3.1 було здійснено розрахунок оптимального діаметра плющильних вальців і обґрунтовано припущення, що при даному діаметрі, змінюючи тиск на матеріал, а саме усадку пружини, можна встановити таке її положення, при якому зв'язок лубу з деревиною послабиться без помітної зміни міцності лубу.

Проте основною причиною зниження якості волокна в тресті при несприятливих умовах вилежування є недостатній розвиток збудників пектинового бродіння і швидкий розвиток целюлозоруйнівних мікроорганізмів. З метою усунення впливу цих негативних факторів на процес розстилу лляної соломи було висунуто гіпотезу щодо обробки стебел хімічними композиційними препаратами, які створили б живильне середовище для розвитку пектиноруйнівної мікрофлори, а отже сприяли скороченню процесу вилежування, не знижуючи при цьому нормованих показників якості лляного волокна.

Для збільшення проникної дії хімічних препаратів у стебла лляної соломи, рівномірного їх розподілу і зниження поверхневого натягу розчинів використовувалися поверхнево-активні речовини (ПАР).

Дані попередніх досліджень вчених свідчать про те, що при обробці стебел неіоногенними ПАР треста має найвищий ґатунок. На відміну від інших ПАР, які швидко розкладаються у кислотах і лугах або поглинаються волокном, неіоногенні ПАР мають дуже низьку спорідненість з волокном і здатні затримуватись на його поверхні. Неіоногенні ПАР також є слабкими піноутворювачами порівняно з іншими ПАР, що є досить вагомим аргументом на користь їх застосування. Піноутворення є небажаним явищем при розстилі, оскільки перешкоджає рівномірному проникненню зволожуючих агентів всередину стебла.

З метою об'єктивного вибору неіоногенних ПАР для проведення досліджень було рекомендовано використовувати оксіетильовані нонілфеноли: неонол АФ 9-9, неонол АФ 9-10, неонол АФ 9-12.

До складу хімічної композиції було запропоновано ввести фосфат сечовини, який має слабокислі властивості, не пригнічує розвиток пектиноруйнівної мікрофлори і гальмує розвиток гнильних мікроорганізмів.

Однак для активного розвитку пектиноруйнівної мікрофлори необхідні постійні джерела енергії. Серед усіх живильних елементів найбільше значення має вуглець, який входить до складу органічних речовин. У результаті окислення органічних сполук виділяється енергія. Найбільш поширеними і екологічно безпечними представниками таких сполук є моносахариди, дисахариди та полісахариди, тому саме їх було рекомендовано ввести до складу композиційних препаратів.

Для найбільшої активності пектиноруйнівних мікроорганізмів оптимальним є інтервал рН = 5,6 - 6,4. При відхиленні рН середовища від оптимального значення життєдіяльність цих мікроорганізмів стає менш інтенсивною або зовсім зупиняється. Для підтримання величини рН у розчині пропонується використовувати гідроксид калію (КОН).

На підставі вищевикладеного, для зволоження стебел лляної соломи після плющення було розроблено такі хімічні композиції:

композиція №1 - ПАР, фосфат сечовини, гідроксид калію;

композиція №2 - ПАР, фосфат сечовини, гідроксид калію, моносахарид;

композиція №3 - ПАР, фосфат сечовини, гідроксид калію, дисахарид;

композиція №4 - ПАР, фосфат сечовини, гідроксид калію, полісахарид.

Використання моно-, ди- і полісахаридів у складі розроблених хімічних композицій повинно сприяти утворенню живильного середовища, необхідного для життєдіяльності і швидкого розмноження пектиноруйнівних мікроорганізмів. Внаслідок цього підвищується швидкість руйнування пектинових речовин у лляній соломі, що, у свою чергу, сприятиме прискоренню процесу відділення неволокнистих тканин від волокнистих пучків і розділення цих пучків на технічні волокна, скороченню терміну вилежування стебел лляної соломи, зменшенню залежності процесу розстилу від погодних умов і підвищенню якості трести та одержаного з неї волокна.

Якість лляного волокна і виготовленої з нього продукції значною мірою залежить від його міцності, яка характеризується розривним навантаженням. Тому під час планування експерименту вихідною характеристикою якості лляного волокна вибрано його розривне навантаження.

При плануванні експерименту використовували математичний апарат регресійного аналізу. Недоліком однофакторних методів дослідження є той факт, що залишаються невиявленими ефекти взаємодії факторів, які характеризують їх спільний вплив. Найбільш коректним є проведення експерименту за допомогою апріорного ранжування факторів, що ґрунтується на ранговій кореляції, для вивчення зміни властивостей волокна в динаміці перетворення лляної соломи в тресту.

Проведений теоретичний аналіз дозволив визначити домінуючі змінні фактори - концентрацію зволожуючого агента і вологість сировини , що найбільше впливають на міцність лляного волокна.

Визначення залежності зміни розривного навантаження від цих двох факторів здійснено в роботі за допомогою повного факторного експерименту (ПФЕ).

У результаті ПФЕ одержано рівняння регресії, яке в кодованому вигляді можна записати таким чином:

(1)

Для перевірки адекватності рівняння використовуємо критерій Фішера. Розрахункове значення критерію Фішера становить 1,31, тоді як при довірчій ймовірності 0,95 - = 9,28.

Отже, розрахункове значення критерію менше, ніж табличне, тому гіпотеза про адекватність одержаного рівняння не відхиляється.

В іменованих величинах рівняння буде мати вигляд:

(2)

Графічно вплив концентрації зволожуючого агента і вологості сировини на розривне навантаження лляного волокна представлено на рис. 1.

Аналізуючи одержану діаграму, можна зробити висновок, що при концентрації зволожуючого агента 0,5 - 0,6 г/л і вологості сировини 60 - 70 % показник розривного навантаження лляного волокна має оптимальне значення.

У четвертому розділі викладено експериментальні дослідження впливу плющення стебел лляної соломи в період вибирання та обробки їх хімічними композиційними препаратами на динаміку процесу перетворення лляної соломи в тресту. Як показують результати досліджень, наведені в табл. 1 і 2, тривалість приготування трести значною мірою залежить від додаткової обробки стебел перед розстилом. У табл. 1 наведено результати досліджень фізико-механічних показників волокна контрольного зразка, а в табл. 2 - волокна, одержаного з плющених стебел. Вони свідчать, що при збиранні льону без плющення стебел тривалість приготування трести становить 21 добу. При цьому волокно з верхівкової і серединної частин стебла має кращі фізико-механічні показники, ніж волокно з прикореневої частини. На 21 добу треста в прикореневій частині стебла ще не готова до підняття, бо має низький показник відокремлюваності, тоді як середину і верхівку вже можна піднімати. Волокно, виділене з прикореневої частини, має меншу гнучкість і більше розривне навантаження.

Дані, наведені в табл. 2, свідчать, що введення додаткової операції - плющення стебел лляної соломи в процесі збирання льону перед розстилом - дало можливість скоротити тривалість приготування трести до 16 діб, тобто на 24%.

Утворені в результаті плющення мікроскопічні тріщини сприяли рівномірному проникненню вологи всередину стебла і тим самим скороченню терміну вилежування соломи.

Таблиця 1 Зміна фізико-механічних показників лляного волокна по довжині стебла в процесі розстилання

Термін розстилання, доба	Частини стебла
	верхівкова	серединна	прикоренева
	відокремлюваність,од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН	відокремлюваність, од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН	відокремлюваність,од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН
0	1,4	12,0	27,0	1,4	12,8	28,2	1,0	11,6	29,4
7	3,8	24,0	16,8	3,8	26,0	17,5	3,2	20,0	18,9
14	4,5	45,3	13,0	4,5	42,0	14,0	4,0	46,0	16,5
21	5,2	63,0	8,0	5,3	62,0	8,5	4,4	50,0	10,5

Таблиця 2 Зміна фізико-механічних показників лляного волокна, одержаного з плющених стебел, по довжині стебла в процесі розстилання

Термін розстилання, доба	Частини стебла
	верхівкова	серединна	прикоренева
	відокремлюваність,од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН	відокремлюваність, од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН	відокремлюваність,од.	гнучкість, мм	розривне навантаження, даН
0	1,4	12,5	28,0	1,4	12,6	28,2	1,7	12,9	28,4
7	3,7	31,0	18,0	3,7	32,0	18,8	3,9	33,0	19,0
12	4,3	45,0	15,2	4,4	46,0	15,5	4,4	46,5	16,0
16	5,3	65,0	8,9	5,2	67,0	9,0	5,2	63,0	9,3

Показники відокремлюваності лляного волокна на кінець розстилання в усіх частинах стебла мають майже однакові значення. Волокно, виділене з трести, у якої плющена прикоренева частина стебла, має показники гнучкості і розривного навантаження близькі за значеннями до аналогічних показників волокна з верхівкової і серединної частини. Тому можна стверджувати, що в результаті плющення стебел лляної соломи перед розстиланням відбувається вирівнювання фізико-механічних показників лляного волокна по всій довжині стебла.

Отже, дослідження фізико-механічних властивостей плющених стебел лляної соломи підтверджує висунуту раніше гіпотезу щодо позитивного впливу процесу плющення на термін приготування трести і на показники якості волокна.

Тому необхідно також експериментально перевірити теоретичні припущення про вплив тиску плющильних вальців на шар соломи. З цією метою провели дослідження процесу плющення стебел, змінюючи усадку пружини плющильних вальців. Отримані результати наведено в табл. 3.

Таблиця 3 Фізико-механічні показники лляного волокна в залежності від усадки пружини на плющильних вальцях

№ досліду	Висота пружини на плющильних вальцях, мм	Відокремлюваність, од.	Гнучкість, мм	Розривне навантаження, даН
1	42,0	5,3	65,0	9,0
2	34,0	5,6	80,0	8,0
3	24,0	6,6	90,0	3,0
Контрольний варіант	-	5,0	60,0	9,0

З наведених даних видно, що в другому і третьому досліді інтенсивність плющення досить висока. Однак при підвищенні інтенсивності відбувається руйнування самого волокна, тобто зменшення його міцності. Тому необхідною умовою плющення є знаходження пружини у вільному стані, тобто її висота повинна становити 42 мм. Це свідчить, що тиску, який чинять самі плющильні вальці на стебла лляної соломи достатньо, щоб процес перетворення лляної соломи в тресту здійснювався більш інтенсивно і рівномірно. За цих умов міцність лляного волокна не зменшується, а його гнучкість і відокремлюваність, порівняно з контрольним зразком, зростають відповідно на 8,3% і 6%.

На основі одержаних результатів можна зробити висновок, що плющення стебел лляної соломи в період збирання сприяє вирівнюванню фізико-механічних властивостей волокна по всій довжині, що дає можливість отримати лляне волокно з високою прядильною здатністю, придатне для подальшого використання в текстильній промисловості. Тому можна вважати, що застосування плющення стебел під час збирання льону є ефективним прийомом удосконалення процесу розстилу, який суттєво підвищує якість лляного волокна.

При проведенні експерименту було також досліджено інтенсивність впливу вищезгаданих хімічних композиційних препаратів на формування фізико-механічних показників трести. Отримані експериментальні дані свідчать, що найкращі фізико-механічні показники досягаються при обробці плющених стебел лляної соломи неіоногенним препаратом неонол АФ 9-10 з концентрацією 0,1 г/л. Результати досліджень впливу різних концентрацій фосфату карбаміду на фізико-механічні показники лляного волокна показали, що оптимальною є його концентрація 0,4 г/л. Аналогічні дослідження, проведені з моно-, ди- і полісахаридами, свідчать, що оптимальна концентрація вуглеводів у хімічній композиції для обробки плющених стебел лляної соломи становить 0,5 г/л. Для підтримання кислотності хімічної композиції на рівні від 5,6 до 6,4 використовували гідроксид калію.

На підставі проведених досліджень було розроблено рецептуру хімічних композицій, до складу яких входять такі компоненти:

композиція №1 - неонол АФ 9-10 - 10%, фосфат сечовини - 20%, гідроксид калію - до рН 5,6 - 6,4, вода - 70 %;

композиція №2 - неонол АФ 9-10 - 10%, фосфат сечовини - 20%, гідроксид калію - до рН 5,6 - 6,4, моносахарид - 7%, вода - 63%;

композиція №3 - неонол АФ 9-10 - 10%, фосфат сечовини - 20%, гідроксид калію - до рН 5,6 - 6,4, дисахарид - 7%, вода - 63%;

композиція №4 - неонол АФ 9-10 - 10%, фосфат сечовини - 20%, гідроксид калію - до рН 5,6 - 6,4, полісахарид - 7%, вода - 63 %.

Результати досліджень властивостей лляного волокна, обробленого цими композиціями, наведено в табл. 4.

Таблиця 4 Вплив хімічних композицій на фізико-механічні показники лляного волокна

Спосіб обробки стебел	Фізико-механічні показники лляного волокна
	Відокремлюваність, од.	Гнучкість, мм	Розривне навантаження, даН
Композиція №1	5,8	68,0	11,0
Композиція №2	6,0	68,0	15,0
Композиція №3	6,0	70,0	16,0
Композиція №4	6,0	72,0	15,0
Контрольний варіант	5,0	65,0	9,0

Отримані результати свідчать, що найкращі фізико-механічні показники має волокно, одержане з трести, обробленої композиціями №3 і №4. Зважаючи на доступність і незначні затрати, для обробки плющених стебел лляної соломи у виробничих умовах пропонується застосовувати хімічну композицію №4, при використанні якої відокремлюваність волокна, порівняно з контрольним зразком, збільшується на 1 од., гнучкість - на 10,8%, а розривне навантаження - на 66,7%.

При проведенні експериментальних досліджень визначали також неоднорідність сировини за показниками розривного навантаження і гнучкості для таких п'яти варіантів:

варіант 1 - лляна солома;

варіант 2 - лляне волокно, одержане з трести контрольного зразка;

варіант 3 - лляне волокно, одержане з плющених стебел, оброблених хімічною композицією №2;

варіант 4 - лляне волокно, одержане з плющених стебел, оброблених хімічною композицією №3;

варіант 5 - лляне волокно, одержане з плющених стебел, оброблених хімічною композицією №4.

На основі одержаних результатів побудовано діаграми неоднорідності лляного волокна за показниками розривного навантаження і гнучкості, наведені на рис. 2 і рис. 3.

Зменшення неоднорідності за показниками “розривне навантаження” на 9,58% і “гнучкість” на 5,7% пояснюється тим, що під час плющення стебел лляної соломи утворюються мікроскопічні тріщини, які сприяють проникненню хімічних композиційних препаратів всередину стебла і рівномірному розвитку пектиноруйнівних мікроорганізмів у всій масі сировини, що забезпечує формування однорідних показників якості лляного волокна.

Тому можна стверджувати, що застосування в технології розстилу плющення стебел лляної соломи і їх обробка хімічними композиційними препаратами не тільки сприяють скороченню терміну розстилання, а й здатні вирівнювати якість трести за всією масою.

У роботі разом з дослідженням зміни фізико-механічних властивостей лляного волокна вивчався видовий склад мікрофлори процесу розстилу. У табл. 5 наведено дані про зміну видового складу мікроорганізмів для контрольного варіанта і для варіантів з обробкою плющених стебел лляної соломи хімічними композиційними препаратами.

У результаті досліджень встановлено, що обробка плющених стебел лляної соломи розчинами хімічних композиційних препаратів стимулює зростання кількості пектиноруйнівної мікрофлори, спричиняє зменшення кількості та видового складу іншої мікрофлори, у тому числі й патогенної.

Дослідження видового складу мікроорганізмів не є достатніми для відображення повної картини мікробіологічних процесів, які відбуваються під час перетворення лляної соломи в тресту. Тому дуже важливим є дослідження кількісного складу мікроорганізмів, які беруть участь у процесі розстилу.

Таблиця 5 Видовий склад мікрофлори в процесі розстилання стебел лляної соломи

Спосіб обробки стебел

Доба відбору стебел

Acremonsella atra

Alternaria linikola

Cladosporium herbarum

Dothiorela gregaria

Colletotrschum lini

Fusarium graminear

Fusarium gibosum

Fusarium avenaceum

Phoma exidua

Septorsa linikola

Gonatobotrys flava

Контрольний варіант

1 доба

*

*

*

***

*

*

**

***

**

*

14 доба

***

***

*

*

**

**

**

21 доба

**

***

**

***

*

***

Розстилання з плющенням стебел і обробкою хімічною композицією №2

5 доба

**

**

***

**

***

**

10 доба

***

***

*

**

*

*

Розстилання з плющенням стебел і обробкою хімічною композицією №3

5 доба

**

**

***

**

***

**

10 доба

***

***

*

**

*

*

Розстилання з плющенням стебел і обробкою хімічною композицією №4

5 доба

***

**

*

**

**

**

**

10 доба

***

***

*

*

*

*

* - гриби, які рідко зустрічаються, з частотою менше 30%;

** - гриби, які часто зустрічаються, з частотою від 30% до 50%;

*** - гриби, які є домінуючими і зустрічаються з частотою більше 50%.

Графічно характер розвитку пектиноруйнівної мікрофлори при обробці плющених стебел лляної соломи хімічними композиційними препаратами, до складу яких входять моно-, ди- і полісахариди, відображено на рис. 4.

Дослідження кількісного і видового складу мікроорганізмів, які розвиваються на стеблах плющеної лляної соломи в процесі розстилання, свідчать про зменшення кількості целюлозоруйнівної мікрофлори. Це, у свою чергу, сприяє підвищенню якості трести і зміні хімічного складу виділеного з неї лляного волокна.

Хімічний склад лляного волокна, виділеного з трести контрольного зразка і отриманого з плющених стебел, оброблених хімічними композиційними препаратами, наведено в табл. 6.

Проведені дослідження свідчать, що в результаті обробки плющених стебел лляної соломи хімічними композиційними препаратами на основі неіоногенних поверхнево-активних речовин та моно-, ди- і полісахаридів досягається досить високий ступінь очищення лляного волокна від супутників целюлози - пектинових речовин і лігніну.

Таблиця 6 Хімічний склад лляного волокна

Вміст компонентів, %	Варіанти обробки
	контрольний варіант	композиція №2	композиція №3	композиція №4
Целюлоза	70,30	85,06	81,59	84,21
Лігнін	5,48	2,88	3,00	2,96
Пектинові речовини	4,85	1,00	2,16	1,25

У п'ятому розділі наведено техніко-економічне обґрунтування інноваційного проекту одержання лляного волокна. На основі аналізу результатів досліджень здійснено економічний розрахунок ефективності удосконаленої технології розстилу стебел лляної соломи.

Визначено, що використання запропонованих хімічних препаратів і попереднє плющення стебел лляної соломи в процесі приготування трести дає можливість отримати умовно чистий прибуток 75,85 грн./га та підвищити рівень рентабельності виробництва лляної продукції на 18,2%.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Удосконалено технологію одержання лляного волокна шляхом плющення і розстилу стебел лляної соломи на стелищі. Запропоновано інтенсифікатори цього процесу і проаналізовано їх вплив на фізико-механічні показники лляного волокна. Показано, що кращі результати дають неіоногенні поверхнево-активні речовини з терміном біологічного розпаду 3 - 5 тижнів на відкритому повітрі.

Досліджено процес плющення лляної соломи на збиральних комбайнах. Показано, що для плющення під час збирання достатньо тиску самих вальців, при цьому діаметр вальців становить 205 мм.

Теоретично і експериментально обґрунтовано хімічний склад і концентрацію композиційних препаратів, які створюють сприятливі умови для розвитку пектиноруйнівних мікроорганізмів та забезпечують проникнення, утримання вологи і хімічних речовин всередині стебел лляної соломи. Кращі результати одержані при застосуванні оксіетильованого нонілфенолу АФ 9-10, фосфату сечовии, гідроксиду калію та полісахариду.

Розроблено склад хімічної композиції з оптимальною концентрацією полісахариду 0,5 г/л, застосування якої сприяло не тільки скороченню терміну вилежування, а й підвищенню якості сировини.

Показано, що при застосуванні розробленого способу термін приготування трести з нормованими значеннями відокремлюваності волокна зменшується до 10 діб, тобто на 52,4%, гнучкість волокна підвищується на 10,8%, а розривне навантаження збільшується на 66,7%.

Теоретично і експериментально доведено, що застосування запропонованої технології сприяє вирівнюванню фізико-механічних показників лляного волокна як за довжиною стебла, так і в усій масі сировини. Неоднорідність лляного волокна порівняно з контрольним зразком за показником розривного навантаження зменшується з 10,26% до 0,68%, а за показником гнучкості - з 6,8% до 1,1%.

Доведено, що при застосуванні запропонованої технології річний вихід волокна збільшується на 50,1 т, зокрема довгого волокна на 17,9 т, короткого - на 32,2 т.

Застосування у процесі розстилу лляної соломи попереднього плющення і обробки стебел хімічними композиційними препаратами дозволяє одержати чистий прибуток 75,85 грн./га. Рентабельність, пов'язана з удосконаленням виробництва, становить 18,2%.

лляний солома мікрофлора розстил

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Євтушенко В.В. Вплив складу сировини на якість трикотажних виробів // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2001. - №4(13). - С. 284 - 285.

2. Євтушенко В.В., Чурсіна Л.А. Формування фізико-механічних властивостей пряжі із суміші волокон // Легка промисловість. - 2002. - №4. - С. 67. Дисертанту належить проведення математичних розрахунків.

3. Євтушенко В.В., Ксенжук Н.І. Вдосконалення технології виробництва луб'яних волокон // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2004. - №2(9). - С. 38 - 39. Дисертанту належить дослідження фізико-механічних властивостей трести.

4. Євтушенко В.В., Чурсіна Л.А., Ксенжук Н.І. Проблеми одержання лляного волокна // Легка промисловість. - 2005. - №2. - С. 15. Дисертанту належить дослідження динаміки процесу розстилу.

5. Євтушенко В.В., Ксенжук Н.І. Оптимізація технології виробництва луб'яних волокон // Проблеми і перспективи в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробці та стандартизації луб'яних культур: Матеріали науково-технічної конференції молодих вчених (6 - 8 грудня 2004 р.). - Глухів: Інститут луб'яних культур, 2006. - С. 43. Дисертанту належить дослідження впливу хімічних препаратів на тривалість процесу розстилу.

6. Євтушенко В.В. Вплив плющення стебел лляної соломи на інтенсифікацію процесу розстилу // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины: Матеріали Всеукраїнської науково-технічної конференції (11 - 12 жовтня 2005 р.). - Херсон: Херсонський нац. тех. ун-т, 2005. - С. 264.

7. Євтушенко В.В. Вплив плющення стебел лляної соломи і хімічних композицій на неоднорідність лляної трести // Сучасні наукові дослідження - 2006: Матеріали 2-ї Міжнародної науково-практичної конференції (20 - 28 лютого 2006 р.). - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2006. - С. 37 - 39.

Размещено на Allbest.ru

...