Удосконалення технології одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 677.11.021

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення технології одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання

05.18.01 - зберігання і технологія переробки зерна, виготовлення зернових і хлібопекарських виробів та комбікормів

Соболев Олег Анатолійович

Херсон - 2010

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Клевцов Костянтин Миколайович, Херсонський національний технічний університет, доцент кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Валько Микола Іванович, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри технічної хімії та харчових технологій;

кандидат технічних наук Мохер Юрій Володимирович, Інститут луб'яних культур Національної академії аграрних наук України, завідувач відділу стандартизації і сертифікації продукції льону та конопель.

Захист відбудеться «23» листопада 2010 року о 13 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

Актуальність теми. Одним з головних завдань первинної переробки лляної сировини в сучасних умовах є підвищення якості короткого волокна, яке використовується не тільки для одержання текстильної продукції за традиційною технологією, а й для виробництва целюлози, вати та штапельованого волокна із заданими кінцевими якісними характеристиками.

Бавовна, що використовувалася раніше, стала малодоступною для текстильних підприємств України у зв'язку з віддаленістю розташування сировинних баз. Тому вітчизняним виробникам необхідно збільшити випуск продукції з льону для потреб внутрішнього ринку України.

Якщо попит на довге лляне волокно залишився стабільним, то отримання високоякісного короткого волокна є актуальною проблемою галузі.

В Україні, як і загалом у світі, існують вітчизняні технології первинної переробки льону-довгунця. Однак на даний час ці технології є застарілими через їх високу енерго- та металоємність. Продукція, отримана за існуючими технологіями, є неконкурентоспроможною на світовому ринку. Це зумовлено, насамперед, нераціональним використанням технологічного обладнання. Однією з причин його неякісної роботи є низький ступінь диференціації дій робочих органів машин на оброблюваний матеріал під час виділення волокна, що призводить до збільшення втрат волокнистої продукції та собівартості волокна, внаслідок чого застосування цих технологій стає недоцільним.

Актуальність роботи полягає в розробці нових удосконалених технологій та устаткування, а також здійсненні теоретичних і практичних досліджень процесу механічної обробки лляної сировини, спрямованих на одержання короткого волокна підвищеної якості з відходів тіпання та низькосортної трести, що є важливим завданням вітчизняних підприємств первинної переробки луб'яних волокон у складних економічних умовах сьогодення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету: „Розробка ресурсозберігаючих технологій з використанням активованих середовищ для одержання конкурентоспроможних луб'яних волокон”, номер державної реєстрації 0108U001093, згідно з наказом МОН 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 МОН України № 686 від 22.07.2009 р., протокол науково-технічної ради № 5 від 26.10.2009 р.

Особистий внесок автора полягає в удосконаленні технології одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання та розробці нового обладнання, яке забезпечує зміну характеру механічних дій на початкових етапах первинної обробки луб'яної сировини, а також дослідженні впливу вхідних характеристик сировини на якісні показники вихідної продукції.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є одержання короткого лляного волокна підвищеної якості з відходів тіпання та низькосортної трести за новою удосконаленою технологією.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

проаналізувати вітчизняний і світовий досвід одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання та низькосортної трести;

виявити основні недоліки існуючих технологій і визначити напрямки удосконалення процесів механічної обробки відходів тіпання та низькосортної трести;

удосконалити існуючу технологічну лінію для одержання короткого волокна із заданими якісними показниками з відходів тіпання та низькосортної трести;

виготовити експериментальну установку для переробки відходів тіпання та низькосортної трести;

визначити оптимальні конструкційно-технологічні параметри роботи дезінтегратора шляхом експериментальних досліджень;

розробити математичну модель процесу одержання короткого лляного волокна на експериментальній установці;

визначити вплив режимів роботи експериментальної установки на кінцеві якісні характеристики лляного волокна;

дати рекомендації виробництву на основі техніко-економічної оцінки ефективності одержання короткого лляного волокна за удосконаленою технологією.

Об'єкт дослідження - процес одержання короткого очищеного лляного волокна із заданими якісними характеристиками.

Предмет дослідження - відходи тіпання, низькосортна лляна треста, пром'яті стебла льону.

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

- ступінь вилежування трести визначали згідно з ДСТУ 4149-2003 „Треста лляна. Технічні умови”;

- фізико-механічні показники одержаного короткого лляного волокна визначалися за ГОСТ 9394-76 „Волокно льняное короткое. Технические условия” та ДСТУ 5015-2009 „Волокно лляне коротке. Технічні умови”;

- геометричні параметри отриманого лляного волокна визначалися з використанням ГОСТ 3274.5-98 „Волокно хлопковое. Методы определения длины”;

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

Розрахунки здійснювалися з використанням IBM-сумісного персонального комп'ютера в середовищі „Microsoft Office Exсel 2003 (11.5612.5606)” та MathCAD 2000.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- теоретично та експериментально обґрунтовано застосування нової технології одержання короткого лляного волокна, за якою передбачається заміна процесу тіпання на процес дезінтеграції для видалення костриці з волокна та розволокнення його жмутів;

- розроблено конструкцію та виготовлено експериментальний зразок дезінтегратора, в якому за рахунок ковзного згину-зламу та відцентрових інерційних сил відбувається більш ефективне очищення відходів тіпання;

- на основі математичного моделювання проведено лабораторні дослідження процесу переробки відходів тіпання та низькосортної трести;

- запропоновано нові технологічні схеми з використанням дезінтегратора для обробки відходів тіпання та низькосортної трести з різними фізико-механічними властивостями, які дозволяють отримувати коротке волокно із заданими якісними характеристиками.

Практичне значення одержаних результатів. Поставлені в роботі наукові завдання вирішено за рахунок удосконалення технології очищення відходів тіпання та низькосортної трести, що дозволило одержати коротке лляне волокно підвищеної якості з низьким вмістом костриці. Запропонована технологія дозволяє отримувати очищене коротке волокно в заданому діапазоні довжин з низьким вмістом смітних домішок, що значно розширить галузі його використання.

Конструкцію удосконаленого дезінтегратора захищено патентами України на корисну модель № 45744 від 25.11.2009 р. та № 49279 від 26.04.2010 р. Результати теоретичних досліджень перевірено в наукових лабораторіях Інституту луб'яних культур НААНУ, м. Глухів Сумської області (акти дослідно-промислових перевірок № 1 від 28.03.2009 р. та № 2 від 26.06.2009 р). Акт впровадження результатів науково-дослідних, дослідно-конструкторських та технологічних робіт у вищих навчальних закладах від 15.09.2009 р.

Очікуваний річний економічний ефект від впровадження нової технології на одноагрегатному льонозаводі становитиме 1209,28 грн. на 1 тонну короткого волокна.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем було самостійно сформульовано й обґрунтовано завдання досліджень, критично проаналізовано науково-технічну літературу з проблем виробництва короткого лляного волокна, здійснено всі експериментальні дослідження, що стосуються питань удосконалення технології виробництва короткого волокна, проведено лабораторні визначення фізико-механічних показників волокна. Із застосуванням методів математичної статистики було проведено планування експерименту, оброблено, узагальнено та проаналізовано одержані результати.

У наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачеві належать напрацювання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів та формулювання висновків.

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

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

- міжнародній науково-практичній конференції „Інноваційні агротехнології в умовах глобального потепління”, м. Мелітополь, 2009 р.;

- міжнародній науково-практичній конференції „Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”, м. Херсон, 2009 р.;

- всеукраїнській науково-практичній конференції „Проблеми якості вітчизняних товарів”, м. Луцьк, 2009 р.;

- VІ міжнародній конференції „Стратегія якості в промисловості та освіті”, м. Варна (Республіка Болгарія), 2010 р.;

- наукових семінарах кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м. Херсон, 2008-2010 рр.

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладено в 16 публікаціях, у тому числі статей у провідних наукових фахових виданнях України - 10, патентів України - 2, тез доповідей на конференціях - 4.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, загальної характеристики роботи, п'яти розділів основної частини, висновків, літературних джерел і додатків. Основну частину дисертації викладено на 140 сторінках машинописного тексту, вона містить 49 рисунків, 35 таблиць та 5 додатків. Список використаних джерел охоплює 144 найменувань.

Основний зміст роботи

У вступі подано загальну характеристику роботи, 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 проаналізовано сучасний рівень та узагальнено результати вітчизняних і зарубіжних наукових досліджень, присвячених проблемам і перспективним тенденціям розвитку галузі первинної переробки луб'яних культур. Відзначено, що найвагоміший внесок у вирішення проблеми удосконалення процесів механічної переробки цих культур зробили такі російські вчені, як І.В. Крагельський, В.В. Андреєв, М.М. Суслов, Б.І. Смирнов, О.М. Іпатов, І.М. Левитський, В.Г. Трифонов, Л.В. Суслопарова. Українські вчені М.І. Валько, Р.Н. Гілязетдінов, Т.О. Кузьміна та інші розробили теоретичні основи поглибленої переробки й модифікації луб'яних волокон. Закордонними фірмами країн Європейського Союзу „La Roshe” (Франція), „Truyshler”, „Schlafchorst”, „Temaffa” (Німеччина), „Reiter” (Швейцарія) та ін. створено технологічні лінії доочищення лляних волокон.

Останнім часом в Україні й Росії багато уваги приділяється розвитку вітчизняних технологій та розробці нового технологічного обладнання для отримання волокон підвищеної якості. Це обумовлено необхідністю вирішення проблеми створення нових видів текстильних матеріалів і забезпечення легкої промисловості сировиною. Пошук шляхів вирішення цієї проблеми виявив, що відомі на кінець ХХ століття технології модифікації та поглибленої переробки лляного волокна були не зовсім придатними до використання на підприємствах первинної обробки луб'яних волокон через низьку якість лляної сировини.

Таким чином, аналіз науково-технічної літератури дав можливість сформулювати мету і завдання дисертаційної роботи, визначити шляхи вирішення проблеми виділення короткого волокна з відходів тіпання та низькосортної трести за рахунок зміни характеру механічних дій на початковому етапі механічної обробки, а також запропонувати удосконалену технологію отримання короткого лляного волокна із заданими кінцевими якісними характеристиками. тіпання лляний треста

У другому розділі наведено характеристику методів та об'єктів дослідження. Для досліджень використовувалися відходи тіпання, отримані з лляної трести № 1,25 і низькосортної трести № 0,5 різного ступеня вилежування. Якісні характеристики вхідної сировини та кінцевого волокнистого продукту для кожного досліджуваного процесу визначали згідно з чинною нормативно-технічною документацією:

- ДСТУ 4149-2003 „Треста лляна. Технічні умови”;

- ГОСТ 9394-76 „Волокно льняное короткое. Технические условия”;

- ДСТУ 5015-2009 „Волокно лляне коротке. Технічні умови”;

- ГОСТ 3274.5-98 „Волокно хлопковое. Методы определения длины”.

Дослідження способів очищення відходів тіпання для отримання короткого волокна з необхідним ступенем розволокнення та вмістом костриці здійснювалися згідно з алгоритмом досліджень (рис. 1). Якість одержаного короткого волокна оцінювали за такими показниками: вміст костриці, розривне навантаження, вихід волокна та відносна міцність.

Рис. 1. Алгоритм проведення досліджень

На розробленій експериментальній лінії замість тіпальної частини куделеприготувального агрегату КПАЛ було встановлено дезінтегратор, сконструйований у лабораторіях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету.

Процес отримання короткого волокна полягає в тому, що збагачені на трясильній машині ТГ-135-Л відходи тіпання надходять до дезінтегратора, в якому здійснюється процес інтенсивного розволокнення й видалення залишків костриці та смітних домішок, зв'язаних з волокном. Після дезінтеграції шару відходів тіпання утворюються волокна різної довжини.

Як відомо, треста різного ступеня вилежування має різний хімічний склад (табл. 1) і різні фізико-хімічні властивості. Залежно від ступеня вилежування вхідної сировини подальше доочищення короткого волокна здійснювали у трьох потоках за трьома технологічними схемами, наведеними в п'ятому розділі дисертації.

Таблиця 1 Хімічний склад відходів тіпання, отриманих з трести різного ступеня вилежування

Ступень вилежування трести	Вміст компонентів, % від а.с.р.
	целюлоза	лігнін	пектинові речовини
Недолежана	77,24	6,52	5,22
Нормальна	74,65	5,60	3,90
Перележана	72,73	5,18	1,60

У зв'язку з некондиційною довжиною волокон, отриманих з перележаної трести, їх подальша обробка на трясильній машині ТГ-135-Л немає сенсу, тому доцільним є застосування волокновіддільної машини ВОМ-2, що дозволяє зменшити вміст костриці та смітних домішок до 1,5%.

Вихідною продукцією запропонованої технології є очищене коротке волокно. Якість отриманого волокна визначали згідно з методиками вимірювання довжини розпрямлених волокон, розривного навантаження скрученої стрічки, гранично допустимого вмісту костриці та смітних домішок. Застосування цих методик дозволило визначити галузі подальшого застосування очищеного короткого волокна.

При проведенні експерименту було використано сучасні методи дослідження, спрямовані на визначення особливостей впливу різних способів одержання короткого волокна на його кінцеві якісні характеристики: вміст костриці, розривне навантаження, вихід волокна, середню довжину. На всіх стадіях дослідження використовували математичні методи планування - повний факторний експеримент, а під час обробки експериментальних даних - регресійний аналіз із застосуванням типових прикладних програм MathCAD 2000 та Microsoft Excel 2003.

У третьому розділі, що складається з трьох підрозділів, проаналізовано теорію механічних процесів розділення елементарних волокнистих комплексів, яку було розроблено професором О.М. Іпатовим. Нами було висунуто гіпотезу про закономірність видалення костриці dy з відходів тіпання залежно від часу dt, що описується рівнянням:

dy = K(y₀ - y)dt, (1)

де y₀ - вміст костриці у вхідній сировині;

y - вміст костриці у вихідній сировині;

K - коефіцієнт пропорційності, що залежить від властивостей матеріалу та конструкції робочих органів.

Графічне відображення даної закономірності наведено на рис. 2.

Рис. 2. Теоретична закономірність видалення костриці з відходів тіпання

Крива із збільшенням часу обробки асимптотично наближається до величини максимального вмісту костриці в матеріалі. Ця закономірність добре розкриває фізичну сутність механічної обробки низькосортної трести та відходів тіпання.

На основі робочої гіпотези було визначено вхідні та вихідні параметри, що впливають на ступінь розволокнення й очищення відходів тіпання. Вони змінюються під дією зовнішніх факторів і не залежать від режиму роботи дезінтегратора. Вхідні параметри змінюються залежно від прийнятої технологічної схеми, конструкційних особливостей установки тощо. Вихідні параметри - це закостриченість, розривне навантаження скрученої стрічки, вихід волокна і його відносна міцність, що залежать від конструкційних особливостей установки та від прийнятих режимів технологічного процесу.

У результаті розрахунків було визначено, що зі збільшенням ступеня вилежування практично в 2 рази зменшується товщина волокна, а середнє розривне навантаження - на 33,2%. Це пояснюється послабленням зв'язку між елементарними волокнами. На кожному переході технологічного процесу визначалися показники якості короткого лляного волокна. У результаті математичної обробки одержаних даних було отримано залежності вихідних параметрів волокна від вхідних характеристик сировини та конструкційних особливостей технологічного обладнання.

У четвертому розділі наведено технологічну схему розробленої експериментальної установки для очищення відходів тіпання та низькосортної трести. Запропонована технологія одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання та низькосортної лляної трести № 0,5 базується на використанні дезінтегратора. Схему сконструйованого дезінтегратора представлено на рис. 3. Експериментальна установка працює таким чином: відходи тіпання, отримані з трести різної якості та ступеня вилежування, через дифузорний завантажувач 9, який розташовано навпроти обертових дисків 7 та 8, закріплених на валу 6, потрапляють до зони м'яття та тіпання, розташованої в районі кострозбиральної частини 3 і волокнозбиральної частини 4. Виділення волокна зі стебел луб'яних рослин відбувається за рахунок ковзного згину-зламу та інерційних сил, що утворюються за допомогою бильних стрижнів 11 і гребінок 12. У процесі обертання дисків 7 та 8, яке здійснюється під дією обертального моменту на валу 6 та зубчастої пари 10, виникає відцентрова сила, за допомогою якої створюється надмірний тиск і відбувається переміщення повітря та обробленого матеріалу до вихідного патрубка 15.

Рис. 3. Конструкційна схема дезінтегратора: 1 - корпус; 2 - вихідний патрубок; 3 - кострозбиральна частина; 4 - волокнозбиральна частина; 5 - відокремлювач; 6 - вал; 7 - зовнішній обертовий диск; 8 - внутрішній обертовий диск; 9 - дифузорний завантажувач; 10 - зубчаста пара; 11 - бильні стрижні; 12 - гребінки; 13 - колосникова решітка; 14 - прутки; 15 - вихідний патрубок.

Позитивний ефект технологічного процесу виділення костриці та розволокнення відходів тіпання зумовлений підвищенням інтенсивності процесу очищення завдяки ковзному згину-зламу та інерційним силам, утвореним за рахунок відцентрових сил. Даний ефект досягається завдяки тому, що два диски обертаються в одному напрямку, але з різною швидкістю. Це дозволяє уникнути критичного напруження та крутильного моменту, що призводять до закручування пасом волокна. Незважаючи на наявність загальних закономірностей, процес взаємодії волокнистого матеріалу з робочими органами дезінтегратора відрізняється від технології обробки відходів тіпання на обладнанні аналогічного призначення. Волокнисті комплекси, що піддаються обробці, не затискаються, а процес виділення костриці інтенсифікується за рахунок відцентрових сил, які виникають внаслідок обертання бильних стрижнів. Швидкість руху зовнішнього диска перевищує швидкість внутрішнього на 20%, що зумовлює ефект додаткового протягування. Завдяки запропонованим змінам характеру механічних дій, що досягається шляхом підбору різних варіацій комплектів гребінок (табл. 2), відбувається більш ефективне очищення й розволокнення відходів тіпання та низькосортної трести.

Таблиця 2 Варіації основних конструкційно-технологічних параметрів гребінок ротора дезінтегратора

Варійовані параметри робочих органів	Номери комплектів гребінок
	1	2	3	4	5	6	7	8
Максимальний крок ребер гребінок, мм	120	120	120	150	150	150	120	150
Кут нахилу робочої кромки ребер гребінок, град	55	55	45	55	55	45	45	45
Ширина основи ребер гребінок, мм	100	150	150	100	150	150	100	100

Для розробки удосконаленої технології одержання короткого волокна з відходів тіпання було здійснено теоретичні та експериментальні дослідження й побудовано регресійну математичну модель.

Модель об'єкта у вигляді полінома першого порядку, що містить вільний член та члени з лінійними ефектами, виявилася неадекватною для всіх експериментальних даних. На другому етапі порядок лінійного регресійного полінома може містити й члени з ефектами взаємодії всіх порядків.

Так, у нашому випадку оптимальною виявилася лінійна модель другого порядку (2), що має такий загальний вигляд:

(2)

Лінійні коефіцієнти регресії визначалися методом найменших квадратів за формулою (3):

(3)

де - значення всіх факторів, зведених до матриці ПФЕ;

- вектор середніх значень будь-якого вихідного параметра, що розглядається;

- вектор коефіцієнтів i-го регресійного рівняння.

Після визначення коефіцієнтів лінійної моделі було оцінено їхню значимість за допомогою критерію Стьюдента та перевірено адекватність моделі досліджуваному об'єкту за критерієм Фішера. Розрахунки здійснювалися в середовищі комп'ютерного моделювання MathCAD 2000.

Залежність досліджуваних вихідних параметрів, таких як вміст костриці (Yp₁), розривне навантаження (Yp₂), вихід короткого волокна (Yp₃) та відносна міцність (Yp₄) від конструкційних факторів - максимальний крок ребер гребінок (x₁), кут нахилу робочої кромки ребер гребінок (x₂) та ширина основи ребер гребінок (x₃) подано у вигляді рівнянь регресії (4-15).

Для недолежаної сланкої трести рівняння регресії мають вигляд:

(4)

(5)

(6)

(7)

Результати регресійного аналізу свідчать, що коротке лляне волокно, отримане з недолежаної трести, має максимальні показники відносної міцності та розривного навантаження, які графічно відображено на рис. 4 і 5 поверхнями відгуку.

Рис. 4. Апроксимована залежність відносної міцності волокна від вхідних характеристик для недолежаної трести

Рис. 5. Апроксимована залежність розривного навантаження волокна від вхідних характеристик для недолежаної трести

Для трести нормального ступеня вилежування рівняння регресії мають такий вигляд:

(8)

(9)

(10)

(11)

Результати регресійного аналізу впливу конструкційних факторів експериментальної установки на якісні характеристики волокна, отриманого з трести нормального ступеня вилежування свідчать, що вихід короткого волокна в даному випадку є максимальним.

Поверхню відгуку отриманої регресійної залежності представлено на рис. 6.

Рис. 6. Апроксимована залежність виходу короткого волокна від кута нахилу робочої кромки ребер гребінок для трести нормального ступеня вилежування

Для перележаної сланкої трести рівняння регресії мають такий вигляд:

(12)

(13)

(14)

(15)

Згідно з регресійними рівняннями (12-15) при переробці перележаної трести залежність вмісту костриці від вхідних характеристик є лінійною функцією, на відміну від перележаної трести та трести нормального ступеня вилежування, що графічно відображено поверхнею відгуку на рис. 7.

Рис. 7. Апроксимована залежність вмісту костриці від вхідних характеристик для перележаної трести

Таким чином, отримані результати свідчать про можливість застосування запропонованої установки для обробки всіх трьох досліджуваних типів сировини.

Метою другого етапу досліджень було виявлення найбільш ефективних технологічних режимів роботи розробленого обладнання залежно від вхідних характеристик сировини та кінцевих якісних показників короткого лляного волокна.

Виходячи з результатів попередніх досліджень, було визначено оптимальні режими роботи дезінтегратора для різноманітних видів сировини. Діаграми розподілу за довжиною короткого лляного волокна, отриманого під час обробки недолежаної сланкої трести комплектами гребінок № 4 та № 8, наведено на рис. 8.

Рис. 8. Порівняльна діаграма розподілу за довжиною волокон, отриманих з недолежаної сланкої трести з використанням комплектів гребінок № 4 (1) та № 8 (2)

Аналіз діаграм, наведених на рис. 8, свідчить, що в отриманому короткому волокні найбільшим є відсотковий вміст волокон завдовжки 65-70 мм - приблизно 12,50%. Кількість волокон завдовжки 10-50 мм коливається в межах 4,18-6,01%, а вміст волокон з довжиною понад 120 мм становить 1,32%. Наявність великої кількості непрядомих волокон і пухової фракції (0-10 мм), сукупний вміст яких дорівнює 17,5%, при використанні комплектів гребінок № 4 та № 8 пов'язана з технологічними особливостями роботи дезінтегратора. При цьому вміст костриці не відповідає вимогам ГОСТ 9394-76 „Волокно льняное короткое. Технические условия” і становить 23,54-24,12%.

Після визначення оптимальних параметрів роботи дезінтегратора треста нормального ступеня вилежування була оброблена комплектами гребінок № 3 та № 6. Розподіл отриманих волокон за довжиною графічно представлено на рис. 9.

Аналіз режиму роботи дезінтегратора під час переробки трести нормального ступеня вилежування свідчить, що при використанні комплектів гребінок № 3 та № 6 одержано найбільший вихід короткого волокна завдовжки 25-30 мм - 16,53% від загальної кількості отриманих волокон. Вміст волокон пухової фракції та волокон з довжиною понад 60 мм становить відповідно 6,45% і 17,38%.

Рис. 9. Порівняльна діаграма розподілу за довжиною волокон, отриманих з трести нормального ступеня вилежування з використанням комплектів гребінок № 3 (1) та № 6 (2)

Як показали попередні експериментальні дослідження, для перележаної сланкої трести найоптимальнішими варіантами обробки є використання комплектів гребінок № 2 та № 3. Отримані діаграми наведено на рис. 10.

Рис. 10. Порівняльна діаграма розподілу за довжиною волокон, отриманих з перележаної сланкої трести з використанням комплектів гребінок № 2 (1) та № 3 (2)

Великий вміст непрядомих волокон і пухової фракції свідчить про те, що розглянуті режими роботи дезінтегратора призводять до більш інтенсивного подрібнення волокна. Це пов'язано з вхідними фізико-механічними характеристиками перележаної трести, що має низьку міцність та високий ступінь розволокнення. Проте вміст костриці при використанні комплектів гребінок № 2 та № 3 становить відповідно 1,94% та 1,25%, що свідчить про достатній ступінь очищення короткого волокна.

Порівняльний аналіз параметрів лляного волокна, отриманого з перележаної сланкої трести при наведених технологічних характеристиках роботи дезінтегратора, свідчить, що в ньому міститься найбільша кількість волокон завдовжки 0-10 мм - 35,34%. Вміст волокон з довжиною 10-50 мм коливається в межах від 10,81% до 13,02%, а волокна завдовжки 50-100 мм становлять 1,07-5,12% від загальної кількості. Вміст волокон з довжиною понад 100 мм не перевищує 1%.

У п'ятому розділі наведено загальні технологічні схеми очищення відходів тіпання та переробки трести з різним ступенем вилежування та рекомендації щодо подальшого використання отриманого короткого волокна.

Механічна переробка низькосортної сировини та відходів тіпання здійснюється із застосуванням нових удосконалених механічних дій на початкових етапах обробки. Позитивний ефект зумовлений підвищенням інтенсивності процесу очищення за рахунок ковзного згину-зламу та інерційних сил, що утворюються під дією відцентрових сил запропонованої установки.

На основі цього технічного рішення було сконструйовано експериментальну лінію для очищення короткого волокна на базі куделеприготувального агрегату КПАЛ з використанням дезінтегратора замість його тіпальної частини.

Було розроблено 3 технологічні схеми обробки для різних типів вхідної сировини. В якості вхідної сировини використовувалися відходи тіпання з трести різного ступеня вилежування. У результаті виробничих випробувань цих технологій обробки було отримано коротке волокно з різними якісними характеристиками, вмістом костриці та розподілом волокон за довжиною.

На рис. 11 представлено першу схему технологічного процесу для переробки відходів тіпання, отриманих з низькосортної недолежаної трести.

Рис. 11. Технологічна схема очищення відходів тіпання та переробки низькосортної недолежаної трести (І)

Рис. 12. Технологічна схема очищення відходів тіпання та переробки низькосортної трести нормального ступеня вилежування (ІІ)

До складу цієї потокової лінії входять: м'яльна машина М-100-Л, призначена для руйнування зв'язків між деревиною та волокном низькосортної лляної трести; дві трясильні машини ТГ-135-Л, що забезпечують утворення рівномірного шару й збагачення низькосортної трести та відходів тіпання. Між ними встановлено дезінтегратор, основна функція якого полягає в інтенсивному розволокненні та видаленні костриці.

Аналіз результатів експериментальних досліджень показав, що волокно, отримане з недолежаної трести та відходів тіпання, має високий вміст смітних домішок, який коливається в межах від 23,54% до 32,48%, а відповідно до ГОСТ 9394-76 він не повинен перевищувати 20%.

Додаткове доочищення отриманого шару є недоцільним, оскільки це волокно не може бути використано для виготовлення пряжі високих номерів, у зв'язку з тим, що його властивості не відповідають вимогам прядильного виробництва.

Досить високе значення розривного навантаження при достатньо низькому рівні закостриченості під час використання комплектів гребінок № 4 та № 8 дозволяє отримувати коротке волокно з середньою довжиною 65-70 мм. Ці показники свідчать про можливість виготовлення на основі цієї сировини шпагатів, канатів, утеплювачів у будівельній промисловості, наповнювачів та армуючих матеріалів в автомобільній промисловості.

Друга технологічна схема (рис. 12) призначена для обробки відходів тіпання, отриманих з трести нормального ступеня вилежування. Відмінність даної лінії полягає в наявності додаткової трясильної машини ТГ-135-Л для одержання волокна з максимальним ступенем очищення, перед якою встановлено м'яльну частину куделеприготувального агрегату КПАЛ.

Наявність додаткової м'яльної частини та трясильної машини у другій технологічній схемі дозволяє знизити закостриченість короткого волокна, отриманого з відходів тіпання, з початковим вмістом костриці 52,03% до 1,80-1,89% з використанням комплектів гребінок відповідно № 3 та № 6. Існуюча технологія очищення короткого волокна на куделеприготувальному агрегаті КПАЛ (контроль) забезпечує кінцевий вміст костриці на рівні 16,30%. Завдяки додатковим механічним діям на початкових етапах обробки відходів тіпання коротке волокно має середню довжину 25-30 мм. Якісні характеристики волокна, отриманого за другою технологічною схемою, дозволяють використовувати його в прядильному виробництві для створення нових типів волокон, ниток, тканин і матеріалів спеціального призначення, що мають високий ступінь термічної стійкості, антистатичність та екрануючі властивості.

У результаті експериментальних досліджень було встановлено, що в процесі механічної обробки перележаної сланкої трести після дезінтегратора утворюється велика кількість непрядомих волокон, більшу частину яких неможливо потім обробити на трясильній машині ТГ-135-Л. Тому для доочищення непрядомих волокон передбачається застосування третьої схеми обробки з використанням волокновіддільної машини ВОМ-2 (рис. 13).

Рис. 13. Технологічна схема очищення відходів тіпання та переробки низькосортної перележаної трести (ІІІ)

Коротке волокно, отримане за третьою технологічною схемою, має найменшу довжину 5-10 мм і закостриченість 1,25-4,02%. Це не дозволяє використовувати його для виготовлення пряжі, однак волокно з цими характеристиками може знайти застосування в целюлозно-паперовій і фармацевтичній промисловості для виготовлення на його основі високоякісної целюлози та товарів медико-гігієнічного призначення.

Якісні характеристики короткого волокна, отриманого за різними технологічними схемами, та галузі його застосування наведено в табл. 3.

Економічна доцільність запропонованої технології зумовлена різницею вартості короткого волокна, отриманого за новою та базовою технологіями. Очікуваний щорічний економічний ефект від впровадження нової технології становитиме 450,70 тис. грн. у розрахунку на одноагрегатний завод.

Таблиця 3 Якісні характеристики короткого волокна, отриманого за різними технологічними схемами запропонованої технології, та рекомендовані галузі його застосування

Технологічна схема обробки	Технічні характеристики короткого волокна	Галузь застосув. в-на, отриманого за новою технологією
	розривне навантаження, даН	вміст костриці, %	відносний вихід волокна, %	модальна довжина, мм
І	32,99/32,82	28,01/37,20	79,35/69,38	65-70	Будівельна, автомобільна
ІІ	15,44/16,10	1,85/16,30	91,95/77,08	25-30	Прядильне виробництво
ІІІ	6,77/7,54	2,64/14,24	65,62/50,16	5-10	Целюлозно-паперова, фармацевтичн.

Ефективність використання запропонованої технології забезпечить:

- збільшення виходу короткого волокна відносно базового контролю на 12-15 % залежно від фізико-механічних характеристик вхідної сировини;

- зниження собівартості короткого волокна на 1,01 % за рахунок підвищення обсягу товарної продукції;

- зниження енергоємності запропонованого технологічного обладнання на 34,45%;

- зниження металоємності устаткування до 30%.

Висновки

Удосконалено технологію очищення відходів тіпання та низькосортної трести з метою одержання короткого лляного волокна із заданими якісними кінцевими характеристиками за рахунок зміни характеру механічних дій на початкових етапах їх механічної обробки.

Вперше запропоновано модернізацію куделеприготувального агрегату КПАЛ шляхом заміни його тіпальної частини на дезінтегратор для інтенсифікації процесу очищення відходів тіпання та низькосортної трести. Використання комплектів гребінок № 3 та № 6 забезпечує можливість зниження закостриченості короткого волокна, отриманого з відходів тіпання, з початковим вмістом костриці 52,03% до 1,80-1,89%, що в 9 разів менше порівняно з контрольним варіантом на куделеприготувальному агрегаті КПАЛ.

Встановлено, що видалення костриці та розволокнення відходів тіпання в дезінтеграторі досягається за допомогою підвищення інтенсивності процесу очищення, яке відбувається завдяки ковзному згину-зламу та інерційним силам, що виникають за рахунок відцентрових сил. Це дозволяє зменшити сили тертя, збільшити вихід короткого волокна й уникнути критичного напруження та крутильного моменту, які призводять до закручування пасом волокна.

Вперше математично обґрунтовано й експериментально підтверджено вибір оптимальних параметрів робочих органів дезінтегратора. Встановлено, що конструкційні характеристики гребінок забезпечують зменшення закостриченості з 37,20 до 23,97% при використанні комплектів № 4 та № 8 під час обробки відходів тіпання з перележаної трести, з 16,3 до 1,89% - при використанні комплектів № 3 та № 6 для трести нормального ступеня вилежування, з 14,24 до 1,94% - при використанні комплектів № 2 та № 3 для перележаної трести.

Досліджено вплив ступеня вилежування трести на якісні характеристики отриманого волокна при різних конструкційних варіаціях гребінок і технологічних схемах обробки відходів тіпання та низькосортної трести.

Встановлено оптимальні параметри роботи технологічних ліній з отримання короткого волокна. Для забезпечення ефективності технологічного процесу живильний шар має бути рівномірним із щільністю 0,5 кг/м погонний та вологістю 14-15%, а швидкість транспортування повинна становити 16 м/с.

8. Економічно обґрунтовано доцільність використання удосконаленої технології очищення відходів тіпання для отримання короткого волокна із заданими кінцевими якісними характеристиками. Визначено, що очікуваний річний економічний ефект від впровадження запропонованої технології становитиме 1209,28 грн. на 1 тонну продукції за рахунок підвищення її якості, а рентабельність виробництва зросте більш ніж втричі і становитиме 36,2%.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Соболев О.А. Дослідження впливу способу збирання льоносоломи на вихід лубу зі стебел льону олійного / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, О.В. Князєв // Легка промисловість. - 2009. - № 1. - С. 50-56. Особистий внесок: оцінка ефективності механічної переробки стебел льону олійного.

2. Соболев О.А. Обробка трести конопель в процесі приготування на стелищі / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, С.П. Коропченко // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2009. - № 3 (36). - С. 86-89. Особистий внесок: дослідження зміни структури трести конопель в процесі обробки.

3. Макаєв В.І. Нові підходи у виробництві лляного волокна високої якості / В.І. Макаєв, К.М. Клевцов, О.А. Соболев // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2009. - № 3 (36). - С. 90-92. Особистий внесок: аналіз сфери застосування сировини зі стебел льону-довгунця.

4. Соболев О.А. Дослідження якісних характеристик сировинної бази текстильної промисловості південного регіону / О.А. Соболев, К.М. Клевцов // Товарознавчий вісник: зб. наук. праць. - Луцьк: ЛНТУ, 2009. - № 1. - С. 144-155. Особистий внесок: вибір необхідного технологічного обладнання для переробки лубоволокнистої сировини.

5. Соболев О.А. Підвищення ефективності процесу м'яття льону олійного / О.А. Соболев, К.М. Клевцов // Сільськогосподарські машини: зб. наук. статей - Вип.18. - Луцьк: ЛНТУ, 2009. - С. 139-151. Особистий внесок: аналіз оптимізації процесу м'яття лляної трести.

6. Соболев О.А. Перспективи розширення сировинної бази текстильної промисловості / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, О.В. Князєв // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2009. - № 1 (15). - С. 67-72. Особистий внесок: запропонована вдосконалена технологічна схема переробки стебел льону олійного і скошених стебел льону-довгунця.

7. Примаков О.А. Оцінка якості соломи та трести конопель в рамках нового способу приготування / О.А. Примаков, К.М. Клевцов, О.А. Соболев // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2009. - № 1 (15). - С. 81-84. Особистий внесок: дослідження якості соломи і трести конопель.

8. Соболев О.А. Техніко-економічна оцінка ефективності первинної переробки льону олійного в умовах південного регіону України / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, О.В. Князєв // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2010. - № 1 (16). - С. 76-81. Особистий внесок: здійснено теоретичне обґрунтування показників перспективного розвитку галузі первинної переробки луб'яних культур.

9. Соболев О.А. Доцільність використання дезінтегратора для переробки відходів тіпання / О.А. Соболев, К.М. Клевцов // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Вип. 10. - Мелітополь, 2010. - Т.1. - С. 153-156. Особистий внесок: вивчено вплив основних конструкційно-технологічних параметрів дезінтегратора на якісні показники короткого волокна.

10. Коропченко С.П. Удосконалення технології приготування трести для поліпшення якості довгого волокна льону / С.П. Коропченко, В.І. Макаєв, О.А. Соболев // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2010. - № 1 (37). - С. 72-74. Особистий внесок: аналіз факторів, що впливають на якість трести льону.

11. Пат. 45744 Україна, МПК⁷ D 01 B 1/00. Пристрій для виділення волокна зі стебел луб'яних рослин / Клевцов К.М., Соболев О.А. Князєв О.В.; заявник і патентовласник Херсонський національний технічний університет. - №_U 2009 05551; заявл. 01.06.09; опубл. 25.11.09, Бюл. №22. Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень з визначення оптимальних технологічних режимів роботи пристрою.

12. Пат. 49279 Україна, МПК⁷ D 01 B 1/00. Спосіб одержання збагаченого волокна лубоволокнистих культур / Коропченко С.П., Москаленко Б.І., Клевцов К.М., Соболев О.А.; заявник і патентовласник Херсонський національний технічний університет. - №_U 2009 11091; заявл. 02.11.09; опубл. 26.04.10, Бюл. № 8. Особистий внесок: здійснено аналіз якісних характеристик збагаченого волокна лубоволокнистих культур.

13. Соболев О.А. Проблеми збирання та переробки стебел льону олійного / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, О.В. Князєв // 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: «Ноте Бене». - 2009. - С. 93-101. Особистий внесок: здійснена механічна переробка соломи льону олійного після роздільного й комбайнового збирання.

14. Соболев О.А. Розробка технологічних параметрів пристрою для виділення волокна зі стебел луб'яних рослин / О.А. Соболев, К.М. Клевцов, А.О. Корнева // Інноваційні агротехнології в умовах глобального потепління: міжнар. наук.-практ. конф., 4-6 червня 2009 р.: тези доп. - Мелітополь: Таврійський держ. аграр. ун-т, 2009. - С. 169-170. Особистий внесок: дослідження з оптимізації технологічних параметрів дезінтегратора.

15. Соболев О.А. Аналіз сировинної бази текстильної промисловості південного регіону / О.А. Соболев, К.М. Клевцов // Проблеми якості вітчизняних товарів: всеукр. наук.-практ. конференція, 24-25 листопада 2009 р.: тези доп. - Луцьк: ЛНТУ, 2009. - С. 54-59. Особистий внесок: аналіз техніко-економічних показників розвитку галузі первинної переробки луб'яних культур.

16. Соболев О.А. Перспективи переробки целюлозовмісних відходів виробництва луб'яних культур / О.А. Соболев, К.М. Клевцов // Стратегія якості в промисловості та освіті: VІ міжнар. конф., 4-11 червня 2010 р.: тези доп. - Варна: Технічний університет м. Варни, 2010. - С. 169-170. Особистий внесок: досліджено хімічний склад костриці льону та проведено аналіз компонентів лляного стебла на різних стадіях обробки.

Анотація

Соболев О.А. Удосконалення технології одержання короткого лляного волокна з відходів тіпання. - 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 процесу первинної переробки луб'яних культур з метою одержання короткого волокна підвищеної якості з відходів тіпання та низькосортної трести.

Дисертацію присвячено створенню нових удосконалених технологій первинної переробки луб'яних культур, спрямованих на ресурсозбереження, зниження енерго- та металоємності обладнання, збільшення виходу та якості короткого волокна на основі застосування нового технологічного обладнання за рахунок зміни характеру механічних дій на початкових етапах обробки льоносировини з різними фізико-механічними властивостями.

На підставі встановлених математичних залежностей визначено критерії якості короткого лляного волокна, обумовлені його фізико-механічними характеристиками при різних конструкційно-технологічних режимах обробки. За одержаними критеріями визначають функціональне призначення цих волокон для подальшого використання в текстильній, целюлозно-паперовій, фармацевтичній, будівельній та інших галузях народного господарства.

Ключові слова: низькосортна лляна треста, відходи тіпання, куделеприготувальний агрегат, дезінтегратор.

Аннотация

Соболев О.А. Усовершенствование технологии получения короткого льняного волокна из отходов трепания. - 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 процесса первичной переработки лубяных культур с целью получения короткого льняного волокна повышенного качества из отходов трепания и низкосортной тресты.

Диссертация посвящена созданию новых усовершенствованных технологий первичной переработки лубяных культур, направленных на ресурсосбережение, снижение энерго- и металлоемкости оборудования, увеличение выхода и качества короткого волокна на основе применения нового технологического оборудования. Это достигается за счет изменения характера механических воздействий на первоначальных этапах обработки льносырья с различными физико-механическими свойствами.

Проанализировано современное состояние переработки лубяных культур в Украине, отмечено, что она характеризуется спадом производства, высокой степенью изношенности материально-технической базы. Начиная с девяностых годов прошлого столетия в отрасли начали развиваться деструктивные процессы, вследствие которых сократились площади посевов льна-долгунца и конопли и объемы производства волокна.

Изучены и обобщены результаты отечественных и зарубежных научных исследований, посвященные проблемам и перспективным направлениям развития первичной обработки лубяных волокон. Отмечено, что технологическое оборудование, применяемое на отечественных предприятиях для получения короткого волокна, не соответствует современным требованиям производства, так как имеет ряд существенных недостатков. Так, трепальная секция куделеприготовительного агрегата КПАЛ характеризуется низкой дифференциацией процесса трепания, интенсивность обогащения отходов трепания на трясильной машине ТГ-135-Л не обеспечивает необходимые условия для эффективного удаления костры. Кроме того, отсутствует оперативная регулировка данного процесса в зависимости от физико-механических свойств сырья, оборудование имеет большую металло- и энергоемкость, невысокую пропускную способность, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса получения короткого волокна и общей рентабельности производства в целом.

Для получения короткого льняного волокна с заданными конечными качественными характеристиками в работе рассмотрены вопросы, связанные с исследованием теории механизмов процессов разделения элементарных волокнистых комплексов, определено влияние параметров входного сырья на степень разволокнения и очистки отходов трепания.

На основе теоретического обоснования механических процессов очистки и разволокнения отходов трепания разработана технологическая схема экспериментальной установки, с помощью априорного ранжирования установлена значимость факторов, которые влияют на процесс очистки отходов трепания и низкосортной тресты. На основе анализа качественных показателей короткого волокна, полученного по новой технологии, экспериментально подтверждены результаты теоретических исследований.

В зависимости от полученных математических уравнений регрессии определены критерии оценки качества короткого льняного волокна, обусловленые его физико-механическими характеристиками, которые определялись различной степенью вылежки при различных конструкционно-технологических режимах обработки.

Исследованы процессы очистки отходов трепания и предварительно промятой низкосортной льняной тресты недолежанной, перележанной и нормальной степени вылежки. Определено содержание костры, относительный выход короткого волокна и его разрывная нагрузка при обработке исходного сырья различными номерами комплектов гребенок. На основании проведенных исследований были получены зависимости распределения волокон по длине.

По полученным критериям определялось функциональное назначение короткого льняного волокна. Так, одним из рекомендованных направлений его использования в фармацевтической промышленности является изготовление продукции медико-гигиенического предназначения.

В целлюлозно-бумажной промышленности доочищенные короткие волокна могут найти применение для изготовления целлюлозы, высококачественной бумаги и различных фильтров.

Сфера использования коротких волокон в текстильной промышленности может существенно расшириться за счет изготовления на их основе новых типов волокон, ниток, тканей и новых материалов специального предназначения.

Расчёт экономической эффективности усовершенствованной технологии получения короткого волокна из отходов трепания подтвердил целесообразность её внедрения на предприятиях первичной обработки лубяных волокон.

Ключевые слова: низкосортная льняная треста, отходы трепания, куделеприготовительный агрегат, дезинтегратор.

Annotation

Sobolev O.A. Improved technology for short flax fiber from waste scutching. - Manuscript.

...