Удосконалення технології обробки стебел безнаркотичних конопель

Резвих Ніна Ігорівна

Херсон - 2010

Дисертація є рукописом

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

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Ляліна Наталя Петрівна, Херсонський національний технічний університет, доцент кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Вировець В'ячеслав Гаврилович, Інститут луб'яних культур Національної академії аграрних наук України, головний спеціаліст відділу селекції та насінництва конопель; кандидат технічних наук Тараймович Ірина Володимирівна, Луцький національний технічний університет, доцент кафедри обладнання переробних виробництв.

Захист відбудеться "23" листопада 2010 року об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон - 8, Бериславське шосе, 24, корпус 3, ауд. 110.

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

Автореферат розісланий "20" жовтня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

Загальна характеристика роботи

Одним із найважливіших завдань коноплепереробної галузі в сучасних умовах є розширення сфери використання коноплеволокна, збереження та підвищення його якості.

Наукові дослідження з вивчення властивостей і хімічного складу волокна конопель показали, що воно має високі показники гігроскопічності, повітропроникності, антибактеріальні, гігієнічні та антиелектростатичні властивості. Високий вміст целюлози в елементарних волокнах (понад 70%) дає можливість застосовувати волокно конопель не тільки для одержання технічних текстильних виробів, таких як канати, мотузки різних видів і призначення, шпагати, приводні паси та ін., а й для виробництва целюлози, паперу та високоякісної коноплевмісної продукції в суміші з бавовняними, вовняними та хімічними волокнами або в чистому вигляді для виготовлення медичних виробів: вати, хірургічних ниток, спеціальної білизни тощо.

Актуальність теми. У зв'язку з невідповідністю фізико-механічних властивостей довгого волокна конопель вимогам технологій вторинної обробки для зазначених вище сфер застосування постає необхідність у розробці нових або в удосконаленні існуючих технологій первинної обробки з метою отримання волокна, технологічні властивості якого були б здатні задовольняти потреби різних галузей промисловості.

Досягти цього можливо за рахунок удосконалення процесу механічної обробки конопель, підвищення відсотка виходу волокна заданої довжини, яка б відповідала довжині сировини, необхідної для подальшої переробки на текстильних фабриках та целюлозно-паперових комбінатах.

Якісні зміни, що відбулися з коноплесировиною внаслідок впровадження безнаркотичних однодомних сортів, є свідченням неможливості застосування традиційних технологій їх обробки. Раніше проведені пошукові експериментальні дослідження технологічних властивостей стебел конопель показали, що фізико-механічні властивості дводомних конопель, які до цього часу широко застосовувалися у виробництві, суттєво відрізняються від властивостей сучасних безнаркотичних однодомних сортів.

Необхідно зазначити, що лише якісна обробка стебел безнаркотичних однодомних конопель за оновленою технологією, яка передбачає максимальне очищення волокна від рослинних неволокнистих домішок і збереження його природної міцності, сприятиме повному й раціональному використанню коноплеволокна для виробництва різноманітних виробів широкого вжитку та розширенню сфери застосування безнаркотичних однодомних конопель.

Враховуючи вищевикладене, удосконалення технології первинної обробки безнаркотичних однодомних конопель з метою розширення сфери подальшого застосування одержаного з них волокна для виробництва товарів широкого вжитку є актуальним завданням сьогодення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційних досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету: “Розроблення ресурсозберігаючих та енергозберігаючих технологій комплексної переробки луб'яних культур”, номер державної реєстрації 0107U006817, за ДЗ/350-2007, “Розробка ресурсозберігаючих технологій з використанням активованих середовищ для одержання конкурентоспроможних луб'яних волокон”, номер державної реєстрації 0108U001093, згідно з наказом Міністерства освіти і науки України № 1044 від 27.11.2007 р. та “Розробка технології одержання паливних біобрикетів з відходів виробництва луб'яних культур”, номер державної реєстрації 0110U002352 згідно з наказом Міністерства освіти і науки України № 686 від 22.07.2009 р.

Особистий внесок автора полягає в удосконаленні способу одержання трести із стебел соломи безнаркотичних однодомних конопель та розробці технологічного процесу її механічної обробки.

Мета та завдання дослідження. Основною метою роботи є одержання конопляних волокон із новими технологічними характеристиками за рахунок удосконалення технології первинної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель. конопля однодомний волокно обробка

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

- здійснити порівняльний аналіз особливостей анатомічної та морфологічної будови стебел безнаркотичних однодомних і дводомних конопель;

- дослідити хімічний склад волокна безнаркотичних однодомних і дводомних конопель;

- удосконалити спосіб одержання трести із стебел соломи безнаркотичних однодомних конопель;

- за допомогою математичного моделювання технологічного процесу одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель розробити рекомендації з підвищення якості волокна конопель в процесі перетворення соломи в тресту;

- розробити технологію механічної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель з метою одержання волокна, придатного для застосування в текстильній, фармацевтичній та целюлозно-паперовій галузях промисловості;

- визначити фізико-механічні та технологічні характеристики волокна безнаркотичних однодомних конопель, які зумовлюватимуть сферу його подальшого застосування;

- розробити класифікацію конопляних волокон різного функціонального призначення, одержаних за оптимальними режимами удосконалених технологічних процесів;

- здійснити економічну оцінку ефективності впроваджених удосконалених технологій одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки.

Об'єкт дослідження - процес одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічна обробка.

Предмет дослідження - стебла соломи та трести безнаркотичних однодомних конопель.

Методи дослідження. Завдання, поставлені в роботі, вирішувалися за допомогою сучасних методів теоретичних і експериментальних досліджень:

- оцінку якості конопляної соломи, трести та волокна здійснювали за допомогою загальноприйнятих методик відповідно до ГОСТ 11008-64 “Солома конопляная. Технические условия”, ГОСТ 27024-86 “Солома конопляная. Технические условия”, ГОСТ 6729-60 “Треста конопляная. Технические условия”, ГОСТ 27345-87 “Треста конопляная. Технические условия”;

- якісні показники коноплеволокна, отриманого за удосконаленою технологією первинної обробки безнаркотичних однодомних конопель, визначали згідно з ТУ 17 У 00306710.079 - 2000 “Котонин из короткого льняного волокна. Технические условия”;

- математично-статистичний метод застосовували для обробки результатів експериментальних досліджень.

Розрахунки здійснювалися з використанням IBM - сумісного комп'ютера із застосуванням методів математичної статистики за допомогою прикладних програм “Microsoft Office Excel 2003”, “Мaple. v10.0” та “Mathematika 5”.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- вперше визначено основні відмінні характеристики анатомічної та морфологічної будови стебел соломи й хімічного складу волокна безнаркотичних однодомних конопель, що є теоретичним підґрунтям удосконалення холодноводного способу одержання трести;

- теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено ефективність застосування нового способу механічної обробки стебел трести безнаркотичних однодомних конопель із використанням операції їх подрібнення до визначеної довжини;

- вперше запропоновано класифікацію конопляних волокон за сферами застосування залежно від фізико-механічних характеристик волокон, одержаних за новою технологією при різних режимах подрібнення;

- показано відповідність фізико-механічних характеристик конопляних волокон, одержаних за новою технологією, вимогам державних стандартів на котонін, медичну вату та целюлозу.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено технологію та здійснено підбір необхідного обладнання для механічної обробки стебел трести безнаркотичних однодомних конопель з метою одержання конопляних волокон різного функціонального призначення. Використання запропонованої технології дозволить отримувати з безнаркотичних однодомних конопель волокно з різними фізико-механічними характеристиками, придатне для застосування в текстильній, фармацевтичній та целюлозно-паперовій промисловості, що сприятиме розширенню сфери застосування коноплесировини.

Результати проведених досліджень апробовано на базі Інституту луб'яних культур НААНУ м. Глухів Сумської обл. (акт дослідно-промислової перевірки №1 від 25.08.09 р.). Економічний ефект від впровадження удосконалених технологій одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки становить 9620 грн. на одну тонну волокна.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно сформулювала та обґрунтувала завдання дослідження, здійснила критичний аналіз науково-технічної літератури з проблеми первинної обробки стебел конопель, науково обґрунтувала вибір методів комплексної оцінки якості соломи, трести та волокна конопель, виконала теоретичні дослідження з визначення відмінних характеристик анатомічної та морфологічної будови стебел соломи й хімічного складу волокна конопель, розробила технологію одержання високоякісного волокна з безнаркотичних однодомних конопель, здійснила статистичну обробку експериментальних даних, аналіз та узагальнення одержаних результатів, сформулювала висновки, провела виробничі випробування. У наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачеві належать проведення експериментальних досліджень, теоретичне обґрунтування результатів, аналіз отриманих експериментальних даних та формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації було представлено та обговорено на:

- Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, 2008 р.;

- Міжнародній науково-технічній конференції молодих вчених “Інноваційні напрямки в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробки і стандартизації технічних культур”, м. Глухів, 2008 р.;

- ІІ міжнародній науково-практичній конференції “Інноваційні технології в АПК ”, м. Луцьк, 2009 р.;

- Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми легкої і текстильної промисловості України”, м. Херсон, 2009 р.;

- наукових семінарах кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2007-2010 рр.

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертації викладено в 11 наукових працях, у тому числі статей у провідних наукових фахових виданнях України - 7, тез доповідей на конференціях - 4.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, загальної характеристики роботи, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Основну частину дисертації викладено на 113 сторінках, вона містить 32 рисунки, 43 таблиці та 2 додатки. Список використаних наукових джерел охоплює 145 найменування, із них 7 зарубіжних.

Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику роботи, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її значення, обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та завдання досліджень, розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об'єкт, предмет та методи досліджень.

У першому розділі наведено аналіз вітчизняних і зарубіжних літературних джерел, присвячених проблемі використання волокна конопель, та огляд існуючих технологій їх первинної обробки. Показано, що в Україні вирощування й виробництво конопель знаходиться в кризовому стані. Проведено порівняльний аналіз сучасного стану коноплепереробки в нашій державі та за її межами, який свідчить про можливість розширення сфери застосування продукції з конопель. Визначено перспективи для стабілізації та подальшого розвитку коноплепереробної галузі в Україні.

Особливу увагу в огляді літературних джерел приділено аналізу існуючих та удосконалених способів одержання трести із соломи конопель і зазначено, що жоден із них не забезпечує необхідної якості волокна, придатного для застосування його в різних галузях для виготовлення виробів широкого вжитку. Висвітлено недоліки традиційних способів приготування трести конопель. Зазначено, що зараз перед галуззю постала необхідність в розробці або удосконаленні найбільш ефективних способів одержання зі стебел безнаркотичних однодомних конопель високоякісного волокна, придатного для виробництва широкого асортименту виробів. Ефективна первинна обробка стебел конопель неможлива без розробки інноваційних технологій та забезпечення коноплепереробних підприємств новим, більш високопродуктивним ефективним технологічним обладнанням, застосування якого сприятиме поліпшенню якості, розширенню асортименту та зменшенню собівартості волокна. У сучасних умовах необхідний новий підхід до технологій первинної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель.

Таким чином, аналіз науково-технічної літератури дозволив сформулювати мету та завдання роботи і визначити напрямки досліджень.

У другому розділі, що складається з п'яти підрозділів, викладено основні методи та об'єкти досліджень. Наведено біологічні, морфологічні та технологічні ознаки сортів конопель, які використовувалися під час досліджень.

У розділі охарактеризовано методики одержання трести конопель трьома традиційними способами: холодноводним мочінням, розстиланням та пропарюванням стебел.

Оцінку якості стебел конопель здійснювали за такими показниками, як довжина та діаметр стебел, вміст і розривне навантаження лубу відповідно до вимог ГОСТ 11008-64 “Солома конопляная. Технические условия”, ГОСТ 27024-86 “Солома конопляная. Технические условия”. Оцінку якості трести проводили згідно з вимогами ГОСТ 6729-60 “Треста конопляная. Технические условия”, ГОСТ 27345-87 “Треста конопляная. Технические условия” за такими показниками, як довжина та діаметр стебел, ступінь оброблюваності трести, вихід і розривне навантаження волокна. Визначали також гнучкість та лінійну щільність волокна, виділеного з трести конопель. Якість волокна, одержаного за розробленою технологією механічної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель, оцінювали за такими фізико-механічними показниками, як середня довжина волокон, їх лінійна щільність, вміст костриці та смітних домішок відповідно до ТУ 17 У 00306710.079-2000 “Котонин из короткого льняного волокна. Технические условия”.

На всіх етапах дослідження здійснювали обробку експериментальних даних із застосуванням методів математичної статистики, регресійного аналізу а також із використанням персонального комп'ютера та програмних пакетів “Microsoft Office Excel 2003”, “Мaple. v10.0” і “Mathematika 5”.

У третьому розділі наведено результати теоретичних досліджень за темою дисертації. У першому підрозділі висвітлено результати досліджень, спрямованих на визначення анатомічних, морфологічних та технологічних властивостей безнаркотичних однодомних і дводомних конопель. Отримані дані є теоретичним підґрунтям для удосконалення технології одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки. Встановлено, що між статевими типами в популяції безнаркотичних однодомних і дводомних конопель існує суттєва різниця. Зазначено, що анатомічні та технологічні властивості стебел дводомних конопель є детально вивченими, на відміну від властивостей стебел сучасних сортів безнаркотичних однодомних конопель, які потребують більш детального дослідження.

У табл. 1 наведено порівняльну характеристику сортів безнаркотичних однодомних і дводомних конопель за комплексом морфологічних, біологічних та технологічних ознак.

Таблиця 1 Порівняльна характеристика сортів безнаркотичних однодомних і дводомних конопель

Аналіз даних табл. 1 свідчить, що в процесі селекції із сучасними сортами конопель відбулися зміни, а саме: зниження вмісту наркотичних речовин (каннабіноїдів), підвищення виходу довгого волокна з 9,2-9,9% до 19,4-22,5%, зростання продуктивності стебел і довгого волокна та підвищення його лінійної щільності.

Так, за продуктивністю стебел і волокна сорт безнаркотичних однодомних конопель Глухівські 53 перевершує сорт дводомних конопель Єрмаківські місцеві на 37,1% та 72,2% відповідно, а за продуктивністю насіння поступається йому на 48,8%. Найвищий вихід довгого волокна також спостерігається у конопель селекційного сорту Глухівські 53. Він у 2,3 рази перевищує аналогічний показник для сорту Єрмаківські місцеві. Однак слід зазначити, що за фізико-механічними характеристиками безнаркотичні однодомні коноплі поступаються дводомним. Розривне навантаження волокна конопель сорту Єрмаківські місцеві на 3,1 даН більше, ніж у сорту Глухівські 53, і становить 34,3 даН. Крім того, лінійна щільність волокна конопель даного сорту безнаркотичних однодомних конопель в 2 рази вища, ніж у волокна сорту Єрмаківські місцеві.

У результаті досліджень анатомічних і морфологічних характеристик стебел конопель встановлено, що анатомічна будова безнаркотичних однодомних конопель відрізняється від анатомічної будови дводомних. У стеблах безнаркотичних однодомних конопель спостерігається значне потовщення клітинних стінок, збільшення розмірів елементарних клітин та ущільненості пучків, що й призводить до зростання лінійної щільності волокна, а отже, і зниження його якості. Саме через особливості анатомічної будови лінійна щільність волокна безнаркотичних однодомних конопель практично у два рази більша за лінійну щільність дводомних конопель.

Порівняний аналіз хімічного складу волокна безнаркотичних однодомних і дводомних конопель (табл. 2) також показав наявність відмінностей між цими двома формами конопель.

Таблиця 2 Порівняльна характеристика натуральних волокон за хімічним складом

Аналіз даних, наведених у табл. 2, свідчить, що безнаркотичні однодомні коноплі характеризуються підвищеним вмістом целюлози, лігніну та пектинових речовин. Вміст целюлози у волокні двох статевих типів дводомних конопель приблизно однаковий і становить для матірки та плосконі 64,0-67,0 %, а для безнаркотичних однодомних конопель - 67,0-77,0 %. Вміст лігніну в волокні плосконі та матірки дорівнює 3,1% та 4,8 % відповідно, тоді як у безнаркотичних однодомних конопель цей показник у середньому становить 6,9%, тобто він майже вдвічі більший. За вмістом пектинових речовин також помітні суттєві відмінності між двома формами конопель. У волокні плосконі та матірки в середньому міститься приблизно 3,9% і 4,3% пектинових речовин, а у волокні безнаркотичних однодомних конопель - 5,2 %, тобто в 1,2 та 1,3 рази більше. Таким чином, аналіз хімічного складу волокна дозволяє зробити важливе теоретичне припущення: оскільки вміст пектинових речовин у волокні безнаркотичних однодомних конопель є більшим, ніж у дводомних, то технологія приготування трести з соломи безнаркотичних однодомних конопель потребує застосування більш жорстких, інтенсивних, тривалих режимів обробки. Крім того, високий вміст лігніну у волокні безнаркотичних однодомних конопель свідчить про зниження його якості: волокно менш гнучке та жорстке.

У підрозділі 3.2 висвітлено результати експериментальних досліджень, спрямованих на визначення морфологічних і технологічних властивостей стебел соломи та трести безнаркотичних однодомних і дводомних конопель. Основні якісні характеристики коноплесировини, такі як довжина та діаметр стебел, вміст і розривне навантаження лубу та трести, вихід волокна, його розривне навантаження, гнучкість і лінійна щільність, визначалися для матірки та плосконі дводомних конопель і рослин, що входять до популяції однодомних безнаркотичних конопель: однодомної матірки, однодомної фемінізованої плосконі, фемінізованої плосконі, однодомної маскулінізованої матірки (рис. 1-4). Встановлено, що стебла соломи безнаркотичних однодомних конопель чотирьох статевих типів характеризуються однорідністю за такими морфологічними й технологічними якісними показниками, як довжина та діаметр стебел, вміст і розривне навантаження лубу. Тому первинна обробка безнаркотичних однодомних конопель не потребує застосування специфічних технологічних режимів для рослин кожного статевого типу, що характерно для первинної обробки стебел плосконі та матірки дводомних сортів конопель.

Комплексні дослідження фізико-механічних властивостей трести безнаркотичних однодомних і дводомних конопель показали, що між ними є значні відмінності в якісних та кількісних показниках. Спостерігається зниження якості волокна безнаркотичних однодомних конопель порівняно з дводомними, а саме: зниження розривного навантаження, збільшення лінійної щільності, зменшення гнучкості. Відмінність у властивостях свідчить про те, що технології, які раніше застосовувалися на коноплезаводах для первинної обробки дводомних конопель, неможливо використовувати для сучасних сортів безнаркотичних однодомних конопель.

Рис. 1. Довжина стебел статевих типів дводомних і безнаркотичних однодомних конопель

Рис. 2. Діаметр стебел статевих типів дводомних і безнаркотичних однодомних конопель

Рис. 3. Вміст лубу в стеблах статевих типів дводомних і безнаркотичних однодомних конопель

Рис. 4. Розривне навантаження лубу статевих типів дводомних і безнаркотичних однодомних конопель

Теоретичний аналіз існуючих технологій обробки стебел конопель показав, що на сьогоднішній день не розроблено технологій обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель, які б дозволили застосовувати одержане волокно для виготовлення коноплевмісної пряжі, виробів медичного призначення, целюлози тощо. Тому актуальним завданням коноплепереробної галузі є удосконалення або розробка нових технологій обробки конопель, які б враховували фізико-механічні та технологічні властивості безнаркотичних однодомних конопель.

Таким чином, на першому етапі роботи було теоретично обґрунтовано та експериментально визначено особливості анатомічної будови стебел безнаркотичних однодомних конопель, хімічний склад волокна, морфологічні та технологічні властивості стебел і трести безнаркотичних однодомних конопель, що стало підґрунтям для розробки удосконаленої технології одержання трести із стебел безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень, спрямовані на удосконалення технологій одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки.

У підрозділі 4.1 проведено порівняльний аналіз якісних показників волокна, виділеного з трести, отриманої трьома традиційними способами: розстиланням, холодноводним мочінням та пропарюванням.

Оскільки найважливішими фізико-механічними характеристиками, які обумовлюють технологічну цінність волокна, є його розривне навантаження та гнучкість, то саме їм була приділена особлива увага під час досліджень. Графічне відображення отриманих результатів наведено на рис. 5-6.

У результаті експериментальних досліджень було встановлено, що найоптимальнішим способом приготування трести безнаркотичних однодомних конопель є спосіб холодноводного мочіння стебел соломи. Зазначено, що саме цей спосіб дозволяє одержувати волокно, придатне для виготовлення текстильних виробів.

Висвітлено основні переваги даного способу, які полягають, по-перше, у більш високих якісних показниках отриманого волокна порівняно з волокном, одержаним розстиланням, по-друге, у значно менших витратах енергоносіїв і води порівняно із способом пропарювання і, по-третє, низькій вартості отриманої трести та волокна.

Рис. 5. Розривне навантаження волокна конопель, виділеного з трести різних способів приготування

Рис. 6. Гнучкість волокна конопель, виділеного з трести різних способів приготування

Аналіз результатів дослідження волокна, отриманого з сланкої трести безнаркотичних однодомних конопель, свідчить про його низьку якість. Оскільки на сьогоднішній день в нашій державі практично всю тресту одержують росяним мочінням, то сфера застосування такого волокна обмежена. Волокно, отримане із сланкої трести, характеризується неоднорідністю, воно неміцне, грубе, погано розщеплене, внаслідок чого є непридатним для виготовлення кручених виробів.

Волокно, одержане з паренцевої трести, характеризується найкращим показником розривного навантаження - до 30 даН, що дає можливість рекомендувати це волокно для виготовлення канатів. Однак паренцеве волокно грубе, ламке, темне, має низькі показники гнучкості, прядильної здатності та відбілюваності.

Характеризуючи якісні показники моченцевого волокна, необхідно зазначити, що воно має високі показники гнучкості та розривного навантаження, є однорідним за всіма фізико-механічними властивостями, м'яким і світлим за кольором.

Аналіз отриманих результатів свідчить, що подальші дослідження мають бути спрямовані на визначення оптимальних параметрів приготування трести безнаркотичних однодомних конопель способом холодноводного мочіння.

У підрозділі 4.2 висвітлено результати проведеного повного факторного експерименту, під час якого було досліджено вплив температури мочильної рідини () та тривалості процесу мочіння () на основні якісні показники трести та волокна безнаркотичних однодомних конопель: ступінь оброблюваності трести (), розривне навантаження () та гнучкість волокна (). Рівні та інтервали варіювання факторів наведено в табл. 3, а матрицю планування експерименту - у табл. 4.

Таблиця 3 Рівні та інтервали варіювання факторів

Таблиця 4 Матриця планування експерименту

Під час математичного моделювання технологічного процесу приготування трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель було одержано регресійні двофакторні математичні моделі (1-3) залежності ступеня оброблюваності трести, розривного навантаження та гнучкості волокна від температури мочильної рідини та тривалості процесу холодноводного мочіння, які дозволяють визначити оптимальні параметри процесу холодноводного мочіння й отримати тресту з нормованим ступенем оброблюваності та волокно з високими показниками гнучкості й розривного навантаження. Графічну інтерпретацію одержаних результатів представлено на рис. 7-9.

Рис. 7. Вплив параметрів технологічного процесу приготування трести із стебел безнаркотичних однодомних конопель способом холодноводного мочіння на ступінь оброблюваності трести

Рис. 8. Вплив параметрів технологічного процесу приготування трести із стебел безнаркотичних однодомних конопель способом холодноводного мочіння на розривне навантаження волокна

Рис. 9. Вплив параметрів технологічного процесу приготування трести із стебел безнаркотичних однодомних конопель способом холодноводного мочіння на гнучкість волокна

Аналіз поверхонь відгуку (рис. 7-9) свідчить, що тресту з оптимальним показником ступеня оброблюваності від 3,2 до 3,4 од. та волокно з розривним навантаженням від 29,8 до 30,5 даН і гнучкістю від 36,2 до 36,8 мм можна отримати при температурі мочильної рідини 19-21°С та тривалості мочіння 14-16 діб.

У підрозділі 4.3 обґрунтовано необхідність удосконалення технологічного процесу механічної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель та запропоновано удосконалену схему технологічного процесу одержання однотипного коноплеволокна різного функціонального призначення із трести безнаркотичних однодомних конопель. Доведено невідповідність фізико-механічних властивостей довгого та короткого коноплеволокна, отриманого за традиційними технологіями механічної обробки, вимогам до сировини для текстильної та целюлозно-паперової промисловості.

Аналізуючи технологічні властивості довгого та короткого коноплеволокна, отриманого в результаті традиційної механічної обробки на м'яльно-тіпальному й куделеприготувальному агрегатах, можна зробити висновок, що вони не відповідають сучасним вимогам до якості волокна, яке застосовують для отримання тонкої змішаної пряжі, медичної вати, паперу тощо.

Довге тіпане коноплеволокно, одержане за існуючими технологічними режимами механічної обробки на м'яльно-тіпальному агрегаті, характеризується такими фізико-механічними показниками: середньою довжиною в межах від 250 до 700 мм, лінійною щільністю 14,3-50,0 текс, вмістом костриці та смітних домішок 3,0-7,0%, розривним навантаженням 14,7-29,5 даН. У свою чергу, коротке коноплеволокно, отримане на куделеприготувальному агрегаті, містить понад 80% волокон, довжина яких перевищує 50 мм, характеризується більшим вмістом костриці та смітних домішок порівняно з довгим волокном - від 10,0 до 16,0 %, лінійною щільністю 14,3-50 текс та розривним навантаженням 16,6-30,5 даН.

Враховуючи позитивний досвід наукової роботи, яка здійснюється на кафедрі переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету в напрямку котонізації льону-довгунця, запропоновано технологію одержання конопляних волокон різного функціонального призначення із трести безнаркотичних однодомних конопель (рис. 10). Дана технологія має суттєві переваги порівняно з існуючими на сьогоднішній день технологіями котонізації льону-довгунця. По-перше, включення до технологічного процесу операції подрібнення паралелізованого шару стебел трести, на відміну від відомих ліній котонізації, де подрібненню піддають неорієнтовану масу волокна - стрічку, дозволяє отримати значний відсоток прядомих волокон - понад 50%, а по-друге, наявність чотирьох етапів очищення коноплеволокна сприяє значному зниженню вмісту костриці та смітних домішок.

Згідно із запропонованою технологічною схемою в процесі виробничих випробувань стебла трести безнаркотичних однодомних конопель сорту ЮСО-31 попередньо подрібнювалися на відрізки завдовжки 20, 30, 40 мм на дослідній машині гільйотинного типу. Шар подрібнених стебел трести через живильник подавався в м'яльну машину куделеприготувального агрегату КПП-4. Потім отримане волокно направлялося для очищення на трясильну машину ТГ-135-Л, на виході з якої воно мало високий ступінь закостриченості - 35-40%. Для одержання високоякісного волокна було запропоновано використовувати чотири етапи очищення на щипальній, грубочесальній та тонкочесальних машинах. У результаті такого очищення отримали волокно із вмістом костриці та смітних домішок 1,2-1,6%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Технологічна схема одержання однотипного коноплеволокна різного функціонального призначення із трести безнаркотичних однодомних конопель за запропонованою технологією

Випробування запропонованої технології одержання конопляних волокон різного функціонального призначення із трести безнаркотичних однодомних конопель здійснювали в умовах Старосамбірського льонокомбінату. Оцінку якості коноплеволокна, а саме: визначення середньої довжини волокон, їх лінійної щільності, вмісту костриці та смітних домішок, проводили відповідно до ТУ 17 У 00306710.079-2000 за уніфікованими методиками, які застосовують для визначення фізико-механічних показників модифікованих лляних волокон. Отримані результати детально висвітлено в підрозділі 5.1.

У п'ятому розділі наведено результати виробничих випробувань запропонованої технології та оцінку її економічної ефективності.

У підрозділі 5.1 представлено діаграми розподілу волокон за довжиною та штапельні діаграми для всіх зразків волокон, отриманих із подрібненої трести безнаркотичних однодомних конопель за удосконаленою технологією. На рис. 11-12 наведено діаграми розподілу коноплеволокна за довжиною при довжині подрібнення стебел трести 40 та 20 мм.

Рис. 11. Діаграма розподілу за довжиною коноплеволокна, отриманого за запропонованою технологічною схемою, при довжині подрібнення стебел трести 40 мм

Рис. 12. Діаграма розподілу за довжиною коноплеволокна, отриманого за запропонованою технологічною схемою, при довжині подрібнення стебел трести 20 мм

Аналіз показників якості волокна, отриманого за запропонованою технологією одержання однотипного коноплеволокна різного функціонального призначення із трести безнаркотичних однодомних конопель при довжині подрібнення 40 см, показав, що найбільший відсотковий вміст (50%) має прядильна група з волокнами завдовжки 30-40 мм, а вміст волокон завдовжки 0-15 мм становить 14%. Лінійна щільність даного волокна дорівнює 0,9-1,0 текс, а вміст костриці та смітних домішок у ньому становить 1,4-1,6%. Якісні показники одержаного конопляного волокна дозволяють рекомендувати його до застосовування в текстильному виробництві для виготовлення змішаної пряжі з бавовняним волокном.

Аналіз показників якості волокна, отриманого за даною технологічною схемою при довжині подрібнення 20 мм, показав, що найбільший відсотковий вміст (48%) має прядильна група з волокнами завдовжки 15-20 мм, а вміст волокон завдовжки 5-15 мм дорівнює 41%. Лінійна щільність цього волокна становить 0,6-0,8 текс, а вміст костриці та смітних домішок дорівнює 1,4-1,5%. Якісні характеристики одержаного конопляного волокна дозволяють рекомендувати його до застосовування в целюлозно-паперовому виробництві для виготовлення картону та паперу.

На основі узагальнення результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблено класифікацію конопляних волокон різного функціонального призначення, отриманих за удосконаленою технологією. Згідно з даною класифікацією за основними якісними показниками волокна, такими як середня довжина, лінійна щільність, вміст костриці та смітних домішок, можна визначити сферу їх подальшого використання: у складі сумішей із бавовняним волокном у текстильній промисловості, у чистому вигляді для виготовлення медичних виробів спеціального призначення, у целюлозно-паперовій промисловості (табл. 5).

У підрозділі 5.2 економічно обґрунтовано доцільність впровадження удосконаленої технології одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки у виробничих умовах. Результати проведеного порівняльного аналізу ефективності застосування запропонованої технології при різній довжині подрібнення стебел трести безнаркотичних однодомних конопель показали, що найбільший економічний ефект у розмірі 9620 грн/т досягається при реалізації волокна отриманого при довжині подрібнення стебел трести 40 мм. Даний варіант обробки дозволяє одержати волокно, придатне для застосування в текстильній, фармацевтичній та целюлозно-паперовій галузях. Економічний ефект у розмірі 7426 грн/т досягається при реалізації волокна, отриманого при довжині подрібнення стебел трести 30 мм, оскільки саме такий варіант обробки стебел трести дозволяє одержати волокно, придатне для застосування у фармацевтичній та целюлозно-паперовій галузях. Найменший економічний ефект - 1998 грн/т - досягається при реалізації волокна, отриманого при довжині подрібнення стебел трести 20 мм, оскільки такий спосіб обробки дозволяє одержати волокно, придатне лише для переробки в целюлозно-паперовій промисловості.

Аналіз економічної ефективності запропонованої технології одержання коноплеволокна різного функціонального призначення свідчить, що незважаючи на додаткові затрати на її впровадження, випуск вищезазначеної продукції дозволяє коноплепереробним підприємствам розширити сферу використання коноплеволокна, збільшити обсяги його виготовлення, підвищити рентабельність виробництва, тобто в цілому сприяти виходу галузі з кризового стану.

Таблиця 5 Класифікація конопляних волокон різного функціонального призначення за основними якісними показниками

Висновки

1. Теоретично обґрунтовано удосконалену технологію одержання трести із стебел соломи безнаркотичних однодомних конопель способом холодноводного мочіння та встановлено оптимальний термін приготування трести конопель при температурі мочильної рідини 19-21°С, який дорівнює 14-16 діб, з метою розширення сфери застосування волокна безнаркотичних однодомних конопель.

2. Експериментально визначено основні характеристики анатомічної та морфологічної будови стебел безнаркотичних однодомних конопель, які покладено в основу розробки удосконаленої технології одержання трести із стебел безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки.

3. За допомогою математичного моделювання технологічного процесу приготування трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель одержано математичні моделі, які дозволяють визначити оптимальні параметри процесу холодноводного мочіння й отримати тресту з нормованим ступенем оброблюваності та волокно з високими показниками розривного навантаження й гнучкості.

4. Розроблено технологію механічної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель із застосуванням операції подрібнення стебел трести до визначеної довжини, що дозволило отримати однорідне за довжиною коноплеволокно з лінійною щільністю 0,6-1,0 текс і вмістом костриці та смітних домішок 1,2-1,6%.

5. Визначено сфери подальшого застосування конопляних волокон, отриманих за новою технологією при різних режимах подрібнення: в текстильній промисловості для виготовлення змішаних пряж, у фармацевтичній промисловості для виготовлення спеціальних медичних виробів та целюлозно-паперовій для одержання целюлози.

6. Розроблено класифікацію конопляних волокон різного функціонального призначення залежно від відповідності їх фізико-механічних показників вимогам таких нормативних документів, як ГОСТ 15815-83 “Вата медицинская гигроскопическая. Технические условия”, ГОСТ 15815-83 “Щепа технологическая. Технические условия” та ТУ 17У 00306710.079-2000 “Котонин из короткого льняного волокна. Технические условия”.

7. Економічно обґрунтовано доцільність впровадження удосконаленої технології одержання трести із соломи безнаркотичних однодомних конопель та її механічної обробки у виробничих умовах. Визначено, що економічний ефект від одержання волокна за запропонованою технологією становить 9620 грн. на одну тонну волокна за рахунок збільшення відсотку виходу конопляного котоніну та волокон, придатних для застосування в фармацевтичній і целюлозно-паперовій галузях промислового виробництва.

Пропозиції виробництву.

Для одержання коноплеволокна різного функціонального призначення необхідно впровадити у виробництво такі заходи:

- здійснювати постійний контроль за технологічним процесом перетворення соломи безнаркотичних однодомних конопель в тресту в процесі холодноводного мочіння, визначаючи через кожні 2 доби показники оброблюваності трести, гнучкості та розривного навантаження волокна;

- піддавати механічній обробці попередньо подрібнені стебла трести безнаркотичних однодомних конопель, що забезпечить можливість отримання волокна з необхідними фізико-механічними характеристиками. Для цього потрібно реконструювати та модернізувати коноплепереробні підприємства й впровадити поглиблену обробку стебел, яка передбачає застосування процесів очищення волокон від костриці на чесальних машинах і їх розсортування за довжиною.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Рой О.О. (Горач О.О.) Порівняльна характеристика штапельних діаграм волокон льону олійного та льону-довгунця / О.О. Рой (О.О. Горач), Н.І. Резвих // Легка промисловість. - 2008. - № 1. - С. 50. Дисертанту належить математична обробка результатів експериментальних досліджень.

2. Жуплатова Л.М. Виділення і прядіння лубу конопель / Л.М. Жуплатова, Н.П. Ляліна, Н.І. Резвих // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2008. - № 1 (14). - С. 85-88. Дисертанту належить проведення експериментальних досліджень з виділення лубу із стебел конопель та аналіз отриманих результатів.

3. Резвих Н.І. Особливості фізико-механічних характеристик безнаркотичних сортів конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. - Вип. 8. - Мелітополь, 2008. - Т. 7. - С. 195-200. Дисертанту належить проведення досліджень фізико-механічних властивостей безнаркотичних однодомних сортів конопель та аналіз отриманих експериментальних даних.

4. Резвих Н.І. Обґрунтування доцільності застосування хімічних способів обробки безнаркотичних конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. - 2008. - № 5 (43). - С. 239-242. Дисертанту належить обґрунтування необхідності застосування хімічних способів для обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель.

5. Резвих Н.І. Використання безнаркотичних конопель для виготовлення картонно-паперових виробів / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна, О.Ф. Богданова // Вісник Хмельницького національного університету. - 2010. - № 2. - С. 207-209. Дисертанту належить проведення експериментальних досліджень, спрямованих на одержання целюлози з безнаркотичних однодомних конопель, а також визначення та аналіз якісних показників виготовленої з неї папір-основи.

6. Резвих Н.І. Мінливість фізико-механічних властивостей статевих типів однодомних конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна, Л.А. Чурсіна // Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. - Вип. 10. -Мелітополь, 2010. - Т. 1. - С. 157-161.

7. Резвих Н.І. Світовий та вітчизняний досвід використання стебел конопель / Н.І. Резвих // Легка промисловість. - 2010. - № 2. - С. 34-36.

8. Резвих Н.І. Особливості технологічного процесу виділення лубу конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины: науч.-практ. конф., 20-30 мая 2008 р.: тезисы докл. - Херсон: ХНТУ, 2008. - № 1 (14). - С. 181-182. Дисертанту належить математична обробка результатів експериментальних досліджень.

9. Резвих Н.І. Аналіз фізико-механічних властивостей соломи селекційного сорту безнаркотичних конопель ЮСО-31 / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Інноваційні напрямки в селекції, генетиці, технології вирощування, зберігання, переробки і стандартизації технічних культур: матеріали міжнар. наук.-техн. конф. молодих вчених, 2-4 грудня 2008 р. - Суми: “CОД”. - 2009. - С. 84-89. Дисертанту належить визначення та аналіз якісних характеристик соломи селекційного сорту конопель ЮСО-31.

10. Резвих Н.І. Обґрунтування інтенсивних технологій приготування трести безнаркотичних конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Інноваційні технології в АПК: матеріали міжнар. наук.-практ. конф. молодих вчених, 4-6 червня 2009 р. - Вип. 18. - Луцьк: ред.-вид. відділ ЛНТУ, 2009. - С. 399-404.

11. Резвих Н.І. Аналіз потенціалу продукції, виготовленої із безнаркотичних конопель / Н.І. Резвих, Н.П. Ляліна // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины: междунар. науч.-практ. конф., 6-8 октября 2009 р.: тезисы докл. - Херсон: ХНТУ, 2009. - С.67-69. Дисертанту належить аналіз продукції, виготовленої на основі конопель.

Анотації

Резвих Н.І. Удосконалення технології обробки стебел безнаркотичних конопель. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.01 - зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2010.

Дисертація містить результати теоретичних й експериментальних досліджень, спрямованих на удосконалення технології первинної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель з метою розширення сфери подальшого застосування одержаних волокон для виробництва товарів широкого вжитку.

У роботі визначено основні відмінні характеристики анатомічної та морфологічної будови стебел соломи й хімічного складу волокна безнаркотичних однодомних конопель, що є теоретичним підґрунтям удосконалення холодноводного способу одержання трести. Розроблено математичні моделі, які дозволяють визначити оптимальні параметри процесу холодноводного мочіння та отримати тресту безнаркотичних однодомних конопель з нормованим ступенем оброблюваності та волокно з високими показниками гнучкості й розривного навантаження.

Розроблено технологію механічної обробки стебел безнаркотичних однодомних конопель із застосуванням операції подрібнення стебел трести до відрізків визначеної довжини.

За запропонованою технологічною схемою отримано однорідне за довжиною коноплеволокно з лінійною щільністю 0,6-1,0 текс і вмістом костриці та смітних домішок 1,2-1,6%.

Визначено сфери подальшого застосування конопляних волокон і розроблено їх класифікацію.

Ключові слова: безнаркотичні однодомні та дводомні коноплі, солома, треста, ступінь оброблюваності трести, розривне навантаження, гнучкість та лінійна щільність волокна.

Резвых Н.И. Усовершенствование технологии обработки стеблей безнаркотической конопли. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.01 - хранение и технология переработки зерна, изготовление зерновых и хлебопекарных изделий и комбикормов. - Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2010.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на усовершенствование технологии первичной обработки стеблей безнаркотической однодомной конопли с целью расширения сферы дальнейшего использования этих волокон для производства товаров широкого потребления.

В работе установлены основные отличительные характеристики анатомического и морфологического строения стеблей соломы безнаркотической однодомной и двудомной конопли, а также химического состава волокна, послужившие основой для усовершенствования технологий получения тресты из соломы безнаркотической однодомной конопли и ее механической обработки.

Определен и усовершенствован наиболее оптимальный способ приготовления тресты безнаркотической однодомной конопли на основе анализа качественных характеристик волокна, выделенного из тресты.

С помощью математического моделирования технологического процесса получения тресты из соломы безнаркотической однодомной конопли разработаны математические модели, которые позволяют определить оптимальные параметры процесса холодноводной мочки, обеспечить нормированные значения степени обрабатываемости тресты и получить волокно с высокими качественными показателями гибкости и разрывной нагрузки.

Разработана технология и осуществлен подбор необходимого оборудования для механической обработки стеблей тресты безнаркотической однодомной конопли с целью получения однотипного коноплеволокна различного функционального предназначения.

Предложена технологическая схема механической обработки стеблей тресты безнаркотической однодомной конопли, в соответствии с которой стебли тресты сорта конопли ЮСО-31 измельчались на отрезки длиной 20, 30, 40 мм на экспериментальной машине гильотинного типа.

Слой измельченных стеблей тресты подавался в мяльную машину куделеприготовительного агрегата КПП-4.

Затем полученное волокно направлялось на очистку на трясильную машину ТГ-135-Л, на выходе из которой оно имело степень закостренности 35-40%.

Для получения высококачественного волокна предложено использовать последующие четыре этапа очистки на щипальной, грубочесальной и тонкочесальных машинах. В результате такой очистки получено волокно с низким содержанием костры и сорных примесей.

На основании проведенного качественного анализа конопляного волокна, полученного по разработанной технологии, определены его физико-механические свойства: средняя длина волокон, линейная плотность и содержание костры и сорных примесей. Установлено, что получено однородное по длине коноплеволокно линейной плотности 0,6-1,0 текс с содержанием костры и сорных примесей 1,2-1,6%.