ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ВЕРБИЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 677.021.11.83

ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ РОЗСТИЛУ СОЛОМИ ЛУБ’ЯНИХ КУЛЬТУР

05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2005

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Чурсіна Людмила Андріївна, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Вировець В’ячеслав Гаврилович, Інститут луб’яних культур Української академії аграрних наук, завідувач відділом селекції і насінництва конопель;

кандидат технічних наук Семченко Володимир Іванович, ВАТ Житомирльон”, м. Житомир, генеральний директор.

Провідна установа:

Інститут землеробства Української академії аграрних наук, відділ льону,

м. Київ.

Захист відбудеться “26” травня 2005 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон – 8, Бериславське шосе, 24.

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

Автореферат розісланий “ 21 ” квітня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аналізуючи технологічний процес приготування трести шляхом розстилу соломи луб’яних культур на стелищі, можна зробити висновок, що для керування кінцевою якістю волокон необхідно визначити фактори, що впливають на видовий склад і динаміку розвитку мікрофлори в процесі приготування трести шляхом розстилу. Багато дослідників акцентують увагу на таких визначальних факторах як вологість, температура, аерація та умови мінерального живлення мікроорганізмів. Наприклад, завдяки штучному зволоженню стебел соломи хімічними композиційними препаратами (ХКП), при певних значеннях показника вологості соломи, температурі в межах 18-20? С та періодичному обертанні стрічки соломи можна значно скоротити термін приготування трести та підвищити її якість. Тому вдосконалення технології приготування трести шляхом розстилу нерозривно пов’язано з визначенням кількісного впливу кожного з визначальних факторів на фізико-механічні показники одержаного волокна.

Поєднання інформації про кількісний вплив всіх визначальних факторів дає змогу одержати математичну модель-опис залежності фізико-механічних показників луб’яних волокон від зовнішніх умов, на підставі якої можна провести оптимізацію технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу.

Виходячи із вищевикладеного, одержання високоякісної трести льону та конопель на основі оптимізації технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу з штучним зволоженням стебел соломи хімічними композиційними препаратами є актуальним завданням дисертаційної роботи.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою первинної переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського державного технічного університету за темою: ”Розробка ресурсозберігаючих технологій первинної переробки льону та конопель для створення екологічно чистих товарів народного вжитку”, номер державної реєстрації 0199U001229, протокол № 2 від 04.11.1998 р. та за проектом 05.06.02/000042 (5.6.12Б) договору № ДП/330-2003 від 25.07.2003 р. за темою “Нові ресурсозберігаючі технології поглибленої переробки конопель в південному регіоні з метою одержання целюлозних напівфабрикатів”, які затверджено рішенням експертної ради Міністерства освіти і науки України №197 від 01.04.2003 р. Особистий внесок автора полягає у розробці технології розстилання соломи луб’яних культур і дослідженні кількісних залежностей фізико-механічних характеристик волокон льону та конопель від зовнішніх технологічних чинників процесу розстилання соломи на стелищі.

Мета і задачі дослідження. Основною метою дисертаційної роботи є одержання високоякісного волокна льону та конопель на основі оптимізації технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу з штучним зволоженням стебел соломи хімічними композиційними препаратами.

Для досягнення основної мети досліджень необхідно було вирішити наступні задачі:

- визначити оптимальний режим технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу льону та конопель, який дозволяє одержати волокно високої якості;

- розробити програмне забезпечення для встановлення кількісних залежностей фізико-механічних характеристик волокна від зовнішніх технологічних чинників процесу приготування трести шляхом розстилу соломи луб’яних культур;

- встановити математичну залежність фізико-механічних показників волокна від різних способів хімічної обробки лляної та конопляної соломи перед розстилом, а також вологості та температури процесу приготування трести шляхом розстилу;

- обґрунтувати економічну доцільність застосування розробленого технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу луб’яних культур для одержання волокон високої якості.

Об’єкт дослідження. Процес одержання волокон високої якості із стебел льону та конопель.

Предмет дослідження. Солома льону та конопель.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач здійснювалася комплексна оцінка змін фізико-механічних показників соломи луб’яних культур у процесі перетворення її в тресту. Для вивчення цих показників якості застосовано теоретичні та експериментальні методи, зокрема:

- органолептичні та інструментальні методи визначення фізико- механічних показників трести за ГОСТ 24383-89 „Треста льняная. Требования при заготовках” та ГОСТ 27345-87 „Треста конопля-ная. Технические условия”;

- термогравіметричний метод визначення вологості сировини;

- математично-статистичний метод проведення багатофакторного експерименту першого і другого порядку.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

- науково обґрунтовано способи удосконалення процесу розстилу лляної та конопляної соломи з обробкою її хімічними композиційними препаратами;

- встановлено математичні залежності фізико-механічних характеристик лляних і конопляних волокон від різних параметрів технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу, які можна застосувати для автоматизованого керування процесом на ІВМ-сумісному комп’ютері.

Практичне значення одержаних результатів. Використання розробленої оптимальної технології первинної обробки луб’яних культур дозволить:

- підвищити якість волокон луб’яних культур, скоротити термін приготування трести шляхом розстилу лляної та конопляної соломи на стелищі;

- підвищити ефективність виробництва волокон луб’яних культур шляхом оптимізації процесів первинної обробки при застосуванні хімічних композиційних препаратів на стелищі.

Результати роботи перевірено в умовах ВАТ „Житомирльон” в період з 01.12.2002 по 31.12.2004 та Інституту землеробства південного регіону УААН. Впровадження оптимальної технології розстилання із застосуванням хімічних композиційних препаратів дозволило підвищити номер трести льону на 2,0 одиниці, тобто одержати економічний ефект 60 грн./т, а також одержати 80% трести конопель першого та 15% другого ґатунку проти 50,5% другого та 49,5% третього ґатунку, одержаного без застосування хімічних композиційних препаратів, тобто одержати економічний ефект 62,25 грн/т.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно виконав усі експериментальні та теоретичні дослідження, викладені у дисертації, здійснив математичну обробку отриманих результатів і планування експерименту другого порядку, проаналізував і узагальнив одержані результати, провів виробничі випробування, підготував дисертаційну роботу.

У 6 наукових працях розглянуто різні аспекти удосконалення технологічного процесу одержання волокон із луб’яних культур, наведено результати оптимізації технологічних параметрів первинної обробки льону та конопель, розглянуто вплив зовнішніх природних і штучних чинників, на фізико-механічні характеристики волокон луб’яних культур.

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

- на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Херсонського державного технічного університету (Херсон, 2002, 2003, 2004 рр.);

- на науково-технічній конференції молодих вчених “Нове в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробки та стандартизації луб’яних культур” (Глухів, 2004 р.);

- на науково-технічних радах Асоціації „Житомирльон” 2002, 2003, 2004 рр., м. Житомир;

- на засіданнях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського державного технічного університету (Херсон, 2002 – 2005 рр.).

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертації викладено в 6 наукових працях, 5 з них опубліковано в провідних наукових фахових виданнях України.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, загальної характеристики роботи, п’яти розділів, основної частини, висновків, літературних джерел і 4 додатків. Дисертацію викладено на 154 сторінках машинописного тексту, вона містить 39 рисунків, 43 таблиці та 4 додатки. Список використаних літературних джерел охоплює 164 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її значення, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету та завдання досліджень, встановлено наукове та практичне значення одержаних результатів, охарактеризовано об’єкти та методи досліджень.

У першому розділі подано критичний огляд літератури за темою дисертації та визначено напрямки нових досліджень, проаналізовано сучасні біологічні способи одержання трести з луб’яних культур і напрямки оптимізації технологічних процесів одержання трести із соломи льону та конопель. Узагальнення досліджень ряду вчених, присвячених біологічним способам одержання трести свідчить, що для запобігання розвитку на тресті гнильної мікрофлори необхідно контролювати якість трести в процесі її приготування шляхом розстилу і застосовувати в разі необхідності технічні або фізико-хімічні заходи удосконалення технологічного процесу. Це такі як ворушіння, обертання розісланих стрічок соломи або обробка різними ХКП. Вченими, що запропонували метод інтенсифікації процесу приготування трести шляхом розстилу хімічними комплексними препаратами, відзначено великі можливості підвищення якості трести за рахунок обробки соломи препаратами перед розстилом. Але до цього часу не досліджено сумарну дію всіх режимних параметрів: вологості, температури та концентрації ХКП на процес розстилу і не встановлено кількісного співвідношення між кінцевою якістю волокна, терміном приготування трести шляхом розстилу, а також між вологістю та кількістю ХКП на стеблах соломи. Таким чином, на сьогоднішній день залишаються не визначеними оптимальні режими розстилання конопляної і лляної соломи на стелищі із застосуванням ХКП. Тому оптимізація технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу луб’яних культур є актуальним завданням.

У другому розділі викладено основні методи досліджень. Подається технологічна характеристика соломи луб’яних культур: лляної соломи сортів Мрія та Могилівський, а також конопляної соломи сорту Золотоніська-11. Описано методи визначення якості трести луб’яних культур під час приготування трести шляхом розстилу. Зв’язок між критеріями якості та основними властивостями трести встановлювався шляхом статистичної обробки достатньої кількості даних, одержаних за методиками, регламентованими ГОСТ 24383-89 „Треста льняная. Требования при заготовках.” та ГОСТ 27345-87 „Треста конопляная. Технические условия.”. Для поглибленої оцінки якості волокна, яке одержується після впровадження оптимальної технології розстилу, були визначені дві основні характеристики якості – розривне навантаження та гнучкість. Гнучкість досліджувалась за допомогою методики, яка описана в ДСТУ 4015-2001 „Лён трёпаный. Технические условия.” Оскільки для конопель відсутня методика визначення гнучкості, вона була взята з ДСТУ 4015-2001.

Для вимірювання вологості лляної та конопляної соломи використовувався термогравіметричний метод.

При проведенні польових досліджень на стелищі дотримувалися принципу єдиного розходження, на кожній дослідній ділянці всі агроприйоми з підготовки ґрунту, сівби, догляду за посівами, збирання врожаю виконувалися в один день, однаковими знаряддями, при дотриманні чистоти дослідів. Умови вирощування льону та конопель під час досліджень відповідали існуючим сучасним технологіям. Повторність у польових дослідах дворазова, розміщення варіантів систематичне. Розмір ділянок-повторності – 50 м2. Під час вилежування лляної та конопляної соломи здійснювали ретельний контроль за процесом перетворення соломи в тресту шляхом добору проб стебел і інструментального визначення показників відокремлюваності, міцності та гнучкості волокна. Контроль якості трести та волокна проводили за відповідними методиками, викладеними в ГОСТ 14897-69; 2975-73; 21383-89; 27034-86, ДСТУ 4015-2001. Статистичну обробку результатів дослідження здійснювали із застосуванням методів математичної статистики з використанням персонального комп’ютера і програм „Mathematica 4.2” та „Microsoft Word”.

Було розраховано дисперсію, середнє квадратичне відхилення, коефіцієнт кореляції, довірчий інтервал. Ці дані наведено в додатках дисертації. Для фізико-механічних показників якості трести довірчий інтервал становить для міцності – 1,00 - 1,50Н, для гнучкості – 6,3 -7,9мм.

З метою зменшення впливу негативних чинників на процес перетворення лляної та конопляної соломи в тресту в дисертаційній роботі запропоновано обробляти солому льону та конопель хімічними препаратами, здатними пригнічувати розвиток гнильної і патогенної мікрофлори. Така обробка сприятиме рівномірному розподілу вологи та хімічних препаратів на стеблах луб’яних культур і створюватиме сприятливе середовище для рівномірного та інтенсивного розвитку пектиноруйнівної мікрофлори, що в свою чергу полегшить відокремлювання лляного та конопляного волокна від деревини. Тому під час досліджень обробляли солому льону та конопель хімічними композиційними препаратами на основі поверхнево-активних речовин.

З різних класів ХКП для досліджень було вибрано такі речовини:

L - натрієва сіль додецилбензолсульфокислоти – аніонактивний препарат;

К - натрієва сіль додецилдіоксіетилсульфокислоти – аніонактивний препарат;

Н - оксіетильований нонілфенол АФ 9-10 (неонол АФ 9-10) – неіоногенний препарат.

У третьому розділі наведено результати теоретичних досліджень. Детально описано механізм одержання трести із соломи льону та конопель. На основі аналізу мікробіологічних і хімічних процесів, які відбуваються під час розстилання на стеблах луб’яних культур, доведено, що вихід і якість волокна залежать від динаміки розвитку корисної і шкідливої мікрофлори процесу. Тому за допомогою технічних і фізико-хімічних заходів необхідно створювати на стелищі сприятливі умови для розвитку пектиноруйнівної мікрофлори, тобто оптимізувати режимні параметри процесу розстилання, визначити найбільш значущі фактори, що впливають на мікробіологічний склад і ступінь впливу їх на перебіг біологічного процесу перетворення соломи в тресту.

Таким чином, одним із важливих завдань дисертаційної роботи є визначення факторів, що впливають на динаміку зміни фізико-механічних властивостей трести льону та конопель, оцінка ступеня впливу цих факторів на технологічний процес розстилу і вибір тих факторів, контроль і керування якими дозволить підвищити результативність процесу приготування трести шляхом розстилу.

Після визначення цих факторів необхідно дослідити залежності зміни основних фізико-механічних показників луб’яних волокон при варіюванні певних факторів з метою пошуку математичних залежностей, що описують ці зміни, або математичних моделей процесу.

Одержані в результаті математичні моделі допоможуть на основі встановлених закономірностей перебігу процесу перетворення луб’яної сировини в тресту розробити методику керування цим процесом.

Нові знання про об’єкт оптимізації дають можливість визначати режим і технологію приготування трести шляхом розстилу або вводити нові технологічні операції в процес приготування трести шляхом розстилу.

Ці зміни в режимі та технології розстилання пов’язані з підвищенням як якості трести, так і економічної ефективності технологічного процесу приготування трести на стелищі.

В роботі теоретично обґрунтовано фактори оптимізації, від яких залежить створення умов існування та живлення мікроорганізмів: тепло, вологість, кількість живильних мінеральних речовин і аерація.

В рамках дисертаційної роботи досліджено варіант оптимізації тієї частини процесу, яка обмежена вимірюванням технологічних параметрів розстилу та прийняттям рішення відносно штучного втручання в процес.

Штучні дії на об’єкт в даному випадку будуть полягати у видачі команди про початок підйому трести. Для забезпечення рівномірного зволоження при розстилі запропоновано систему автоматичного регулювання зволоження соломи під час розстилу. Всі елементи, що складають систему, вхідні та вихідні сигнали є неперервними функціями терміну приготування трести шляхом розстилу.

Для вирішення питання оптимізації процесу перетворення соломи луб’яних культур в тресту описано теоретичні основи математичного аналізу результатів досліджень, які використано в експериментальній частині дисертації.

У четвертому розділі наведено експериментальні дослідження з розробки регресивної факторної моделі впливу фізико-механічних параметрів на якість трести. В підрозділах 4.1 і 4.2 визначено статистичні та динамічні характеристики технологічного процесу, як об’єкта досліджень, з метою пошуку оптимальних режимів його перебігу. Результати досліджень представлено у вигляді таблиць, графіків та рівнянь, які дають математичний опис технологічного процесу. На першому етапі експериментальних лабораторних досліджень проведено оцінку впливу вологості на характер зміни в часі розривного навантаження та гнучкості волокна при незмінній температурі. В результаті розрахунку матриці вихідних і вхідних даних одержано рівняння регресії, що описують залежність зміни розривного навантаження лляного та конопляного волокна від вологості вихідної сировини в межах 30, 50, 70, 100, 130%. Контроль розривного навантаження проводили через кожну добу протягом 20 діб. Як приклад, в табл. 1 наведено розрахунок залежності розривного навантаження від терміну приготування трести шляхом розстилу при вологості соломи 30%.

Таблиця 1

Залежність розривного навантаження лляного волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу при вологості соломи 30 %

Термін розстилу, доба | Розривне навантаження, Н | Термін розстилу, доба | Розривне навантаження, Н

1 | 298 | 11 | 144

2 | 259 | 12 | 138

3 | 230 | 13 | 130

4 | 210 | 14 | 125

5 | 190 | 15 | 120

6 | 178 | 16 | 113

7 | 170 | 17 | 108

8 | 162 | 18 | 105

9 | 154 | 19 | 103

10 | 150 | 20 | 100

В результаті розрахунку матриці вихідних даних, які наведено в табл. 1, одержуємо рівняння регресії:

У = 293,03 - 20,33x + 0,56x2

Графічне відображення табличних даних наведено на рис. 2.

Аналогічно було проведено розрахунок гнучкості лляного та конопляного волокна в залежності від вологості вихідної сировини.

Для дослідження впливу температурного фактора на технологічний процес розстилу досліджувалася зміна розривного навантаження і гнучкості лляного та конопляного волокон в залежності від температури, яка дорівнювала 18, 21, 24єС, термін приготування трести шляхом розстилу становив 1-15 діб. Оскільки температурний фактор в межах 18-24єС майже не впливає на зміну розривного навантаження та гнучкості волокон, результати дослідження подані в додатку Б дисертації.

Рис. 2. Залежність зміни розривного навантаження лляного волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу при вологості соломи 30%

На основі проведеного пасивного експерименту було вибрано інтервали варіювання факторів: Х1 – вологості лляної та конопляної соломи, Х2 – концентрації розчину хімічних композиційних препаратів, Х3 – терміну приготування трести шляхом розстилу. Вихідними характеристиками вибрано розривне навантаження (Y,Z) і гнучкість (Y1,Z1) волокон. Планування експерименту здійснювалося на основі факторних планів типу 23, досліди дублювалися (у=2). Як приклад, в табл. 2 подано робочу матрицю для лляної сировини, обробленої препаратом Н.

Розрахунок математичних моделей другого порядку, а також перевірка моделей на адекватність реальному процесу здійснювалися за допомогою програми Mathematica 4.2, алгоритм обчислення наведено в додатку Д дисертації. Після підстановки коефіцієнтів регресії в поліном другого порядку одержано регресійні багатофакторні моделі, відповідні графічні залежності подані в розділі 5; додатку В.

У п’ятому розділі проведено аналіз і узагальнення результатів досліджень. Для досягнення основної мети роботи – оптимізації технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу луб’яних культур на стелищі, який гарантує одержання сировини високої якості, дослідження змін фізико-механічних характеристик трести здійснено в залежності від різних значень вологості соломи, що розстилається, за різними варіантами терміну та температури розстилу із застосуванням хімічних композиційних препаратів.

Таблиця 2

Робоча матриця експерименту для лляної сировини, обробленої препаратом Н

Номер

досліду | Робоча матриця | Розривне навантаження | Гнучкість | X0 |

X1 |

X2 |

X3 |

Y, НY1, мм1 | + | + | + | + | 158 | 97

2 | + | + | + | - | 200 | 52

3 | + | + | - | + | 161 | 85

4 | + | + | - | - | 210 | 45

5 | + | - | + | + | 175 | 75

6 | + | - | + | - | 204 | 48

7 | + | - | - | + | 176 | 73

8 | + | - | - | - | 210 | 45

9 | + | +1,682 | 0 | 0 | 176 | 73

10 | + | -1,682 | 0 | 0 | 195 | 53

11 | + | 0 | +1,682 | 0 | 180 | 84

12 | + | 0 | -1,682 | 0 | 179 | 73

13 | + | 0 | 0 | +1,682 | 164 | 82

14 | + | 0 | 0 | -1,682 | 198 | 51

15 | + | 0 | 0 | 0 | 190 | 59

16 | + | 0 | 0 | 0 | 191 | 58

17 | + | 0 | 0 | 0 | 191 | 59

18 | + | 0 | 0 | 0 | 190 | 60

19 | + | 0 | 0 | 0 | 190 | 58

20 | + | 0 | 0 | 0 | 190 | 58

Для виявлення граничних значень вологості, температури, терміну приготування трести шляхом розстилу та концентрації хімічних композиційних препаратів, спочатку було проведено однофакторний експеримент, згідно з яким досліджувався відповідно вплив вологості, температури, терміну приготування трести шляхом розстилу на розривне навантаження та гнучкість луб’яних волокон, одержаних з трести після розстилу.

Зміна розривного навантаження лляного та конопляного волокна в залежності від вологості вихідної сировини з терміном розстилу соломи 1-20 діб подана в табл. 3, 4.

Таблиця 3

Зміна розривного навантаження лляного волокна в залежності від вологості вихідної сировини

Термін розстилу, доба | Розривне навантаження, Н

Вологість сировини, %

30 | 50 | 70 | 100 | 130

1 | 298 | 298296 | 293 | 290

20 | 100 | 85 | 70 | 58 | 50

У/Упоч,% | 33 | 29 | 24 | 20 | 17

Таблиця 4

Зміна розривного навантаження конопляного волокна в залежності від вологості вихідної сировини

Термін розстилу, доба | Розривне навантаження, Н

Вологість сировини, %

30 | 50 | 70 | 100 | 130

1 | 460 | 459 | 457 | 455 | 452

20 | 229 | 199 | 175 | 168 | 161

У/Упоч,% | 50 | 43 | 38 | 36 | 35

Оскільки зі збільшенням вологості вихідної сировини розривне навантаження зменшується, найоптимальнішою для проведення розстилу із застосуванням хімічних композиційних препаратів є вологість соломи 30%.

Аналіз зміни гнучкості луб’яних волокон, одержаних із трести при різних значеннях вологості, показав, що з підвищенням вологості гнучкість волокна зростає, але при цьому значно зменшується його міцність. Це свідчить ще раз про те, що підвищення вологості понад 30% недоцільне.

Результати досліджень впливу температури розстилу на зміну розривного навантаження та гнучкості волокна показали, що температура в інтервалі 18-24єС на зміну якісних показників волокна практично не впливає.

В результаті проведення повного факторного експерименту були одержані рівняння регресії, що описують залежність розривного навантаження Y, Z і гнучкості Y1 і Z1 від терміну приготування трести шляхом розстилу при різних значеннях вологості та температури. Ці залежності подано в табл. 5, 6 для лляної соломи та в табл. 7, 8 для конопляної соломи.

Таблиця 5

Регресійні залежності розривного навантаження волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу лляної соломи

Вологість сировини, % | Рівняння регресії, У =f(х) | Номер рівняння

30 | У = 293,03 - 20,33x + 0,56x2 | 1

50 | У = 294,91 - 21,53x + 0,58x2 | 2

70 | У = 296,36 - 22,41x +0,58x2 | 3

100 | У = 296,55 - 23,04x + 0,58x2 | 4

130 | У = 299,11 - 24,49x + 0,62x2 | 5

Таблиця 6

Регресійні залежності гнучкості волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу лляної соломи

Вологість сировини, % | Рівняння регресії, У1=f(х) | Номер рівняння

30 | У1 = 8,51 + 2,94x - 0,05x2 | 6

50 | У1 = 8,00 + 3,71x - 0,08x2 | 7

70 | У1 = 7,25 + 3,98x - 0,07x2 | 8

100 | У1 = 6,72 + 4,25x - 0,07x2 | 9

130 | У1 = 7,19 + 4,06x - 0,03x2 | 10

130 | Y1=7,19+4,06X-0,025X2 | 10

Аналіз регресійних рівнянь свідчить про те, що процес приготування трести шляхом розстилу є доволі складним і описується рівняннями регресії другого порядку.

Для всіх значень вологості в рівняннях залежності розривного навантаження від терміну приготування трести шляхом розстилу другий залежний член рівняння піднесений до другого ступеня, що свідчить про нелінійну залежність розривного навантаження від терміну приготування трести шляхом розстилу.

Таким чином, чим більший термін приготування трести шляхом розстилу, тим інтенсивніше зменшується розривне навантаження волокна у лляній тресті. Чим більша вологість в технологічному режимі, тим більший коефіцієнт другого члена регресії, тим менше значення розривного навантаження (Y,Z).

Таблиця 7

Регресійні залежності розривного навантаження волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу конопляної соломи

Вологість сировини, % | Рівняння регресії, Z =f(х) | Номер рівняння

30 | Z = 475,61 - 17,13x + 0,28x2 | 11

50 | Z = 475,01 - 17,49x + 0,18x2 | 12

70 | Z = 471,49 - 16,80 + 0,10x2 | 13

100 | Z = 470,02- 17,26x + 0,12x2 | 14

130 | Z = 465,42- 16,48x + 0,08х2 | 15

Таблиця 8

Регресійні залежності гнучкості волокна від терміну приготування трести шляхом розстилу конопляної соломи

Вологість сировини, % | Рівняння регресії, Z1=f(х) | Номер рівняння

30 | Z1 = 8,10 + 1,41x - 0,04x2 | 16

50 | Z1 = 8,48 + 1,27x - 0,02x2 | 17

70 | Z1 = 9,19 + 1,02x - 0,01x2 | 18

100 | Z1 = 9,00 + 1,07x - 0,01x2 | 19

130 | Z1 = 9,19 + 1,02x - 0,01x2 | 20

У зв’язку з тим, що інтенсифікації технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу луб’яних культур або скорочення терміну приготування трести шляхом розстилу можна досягнути за допомогою застосування хімічних композиційних препаратів Н, К, L, важливим є визначення їх оптимальних концентрацій, що до цього часу не було здійснено.

Для вивчення впливу хімічних композиційних препаратів на якість лляного і конопляного волокон було проведено повний факторний експеримент. За робочою матрицею проводилося варіювання трьох вхідних факторів: вологості (Х1), концентрації (Х2) і терміну приготування трести шляхом розстилу (Х3). Після математичної обробки результатів досліджень було одержано регресійні багатофакторні моделі і побудовано тривимірні графіки, поверхня відгуку яких показує зміни двох вхідних факторів, за умови, що третій фактор залишається на нульовому рівні.

Щоб зрівняти умови перебігу процесу та підвищити однорідність якості трести, необхідно при зрошенні соломи ХКП вирівняти показник вологості на всьому стелищі.

Вимірювання вологості соломи слід виконувати еталонним методом – термогравіметричним. Далі одержану величину вологості необхідно ввести в систему коригування вологості соломи, поєднану з системою зрошення соломи. Система зволоження повинна мати на вході потоку „сухої соломи” експрес-аналізатор вологості, а саме прилад з діелькометричним датчиком, систему коригування показників за умов нестабільності зовнішньої температури та нестабільності густини стрічки луб’яної соломи.

Згідно з сигналом неузгодження заданого значення вологості та реального її значення система зрошення повинна збільшити (або зменшити) концентрацію води в зрошуваному потоці соломи. Таким чином, вимірюючи попередню вологість всього потоку луб’яної сировини, зрошуючи ХКП та зволожуючи його, можна досягти рівномірних умов початку технологічного процесу розстилу. При використанні системи коригування вологості розстил гарантовано буде відбуватися з високим ступенем рівномірності та буде одержано максимально однорідне волокно високої якості.

Для виявлення впливу оптимізації технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу на якість волокна було проведено виробничі випробування технології приготування трести шляхом розстилу на землях ВАТ „Житомирльон ” і Інституту землеробства південного регіону УААН.

Термін підйому трести на різних ділянках був однаковий і дорівнював 14 діб для льону та 18 діб для конопель. Вихідна вологість дорівнювала 30%.

За рахунок підвищення номера економічна ефективність застосування оптимальної технології на 1т трести льону буде становити 60 грн.

Впровадження оптимальної технології розстилання соломи конопель у виробничих умовах сприяє підвищенню якості трести, що дозволяє одержати економічний ефект 62,25 грн. на 1 тонну трести.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

В результаті розв’язання поставлених задач в роботі одержано такі основні теоретичні та практичні результати:

1. Визначено оптимальні концентрації хімічних композиційних препаратів для зрошення конопляної та лляної соломи, що інтенсифікують технологічний процес приготування трести шляхом розстилу, зменшують термін приготування трести, збільшують збереженість луб’яної сировини.

2. На основі проведеного пасивного експерименту встановлено граничні значення вологості лляної та конопляної соломи, до якої луб’яна сировина повинна зволожуватися хімічними композиційними препаратами перед розстилом.

3. Для підтримання сталого значення вологості соломи протягом всього терміну приготування трести шляхом розстилу запропоновано систему автоматичного регулювання рівня зволоження соломи. В розробленій системі всі елементи, що складають її, вхідні та вихідні сигнали є неперервними функціями терміну приготування трести шляхом розстилу.

4. В результаті проведення повного факторного експерименту одержано математичні моделі, що дозволяють визначити оптимальний термін приготування трести шляхом розстилу конопляної та лляної соломи із застосуванням ХКП в залежності від вологості та температури розісланого шару луб’яної сировини.

5. Аналіз регресійних рівнянь дозволив встановити оптимальний режим приготування трести шляхом розстилу лляної соломи, який характеризується такими параметрами: температурою 18-24?С, вологістю сировини 30%, концентрацією ХКП 0,5%, терміном приготування трести шляхом розстилу 14 діб.

6. Встановлено оптимальний режим розстилу конопляної соломи: температура 18-24?С, вологість сировини 30%, концентрація ХКП 0,7%, термін приготування трести шляхом розстилу 18 діб.

7. На підставі математичних моделей, які описують залежність фізико-механічних характеристик луб’яних волокон від параметрів режиму розстилу, розроблено рекомендації з прогнозування якості трести після розстилу та створено алгоритм керування технологічним процесом розстилу сировини на стелищі.

8. Впровадження оптимальних режимів приготування трести шляхом розстилу у виробничих умовах супроводжується підвищенням номера трести, що дорівнює економічному ефекту 60 грн. на тонну лляної трести та 62,25 грн. на тонну трести конопель.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Вербицький О.М., Чурсіна Л.А. Вплив первинної вологості лляної соломки на якість трести і волокна // Легка промисловість. 2002. – № 2. – С. 60. Дисертанту належать формулювання проблеми і основні ідеї статті.

2. Вербицький О.М., Чурсіна Л.А. Розробка методики автоматизованої оцінки вологості лляної соломки // Легка промисловість. 2002. - № 4. – С. 64. Дисертанту належить проведення досліджень методів вимірювання вологості.

3. Вербицький О.М., Валько М.І., Адамович М.Л. Оптимізація процесу розстилу соломи луб’яних культур // Легка промисловість. 2004. – № 4. - С.52. Дисертанту належить проведення досліджень з оптимізації розстилу луб’яних культур та розробка математичних моделей.

4. Вербицький О.М. Оптимізація технологічного процесу одержання високоякісного волокна із коноплі в природних умовах // Праці Таврійської державної агротехнічної академії – Вип. 18. - Мелітополь: ТДАТА. - 2004. – С.124.

5. Вербицький О.М. Одержання оптимізаційних математичних моделей технологічного процесу одержання трести із луб’яних культур // Сборник трудов Всеукраинской научно-технической конференции „Проблемы легкой и текстильной промышленности на пороге нового века”. – Херсон. – 2004. - С.62.

6. Вербицький О.М. Пошук оптимального варіанту одержання однотипної трести на льонищі // Матеріали науково-технічної конференції молодих вчених „Нове в селекції, генетиці, технології вирощування, збирання, переробки та стандартизації луб’яних культур”. – Глухів. – 2004. – С.100.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для отримання якісної однотипної трести льону та конопель на стелищі шляхом застосування хімічних композиційних препаратів слід впровадити у виробництво трести такі заходи:

- перед розстилом соломи луб’яних культур на стелищі необхідно провести контроль вологості і зволожити солому до 30 %, з одночасним зрошенням стебел сировини розчином фосфату сечовини з неонолом АФ 9-10 з концентрацією 0,5 % для льону та 0,7 % для конопель, застосовуючи установку автоматичного зволоження луб’яної соломи;

- систематично проводити контроль основних параметрів технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу лляної соломи та соломи конопель, реалізуючи оптимальний режим розстилу;

- не допускати відхилень параметрів розстилу від їх оптимальних значень;

- не допускати перележування трести вище нормованих показників якості.

АНОТАЦІЯ

Вербицький О.М. Оптимізація технологічного процесу розстилу луб’яних культур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва. – Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2005.

Захищається рукопис, що містить теоретичні і експериментальні дослідження первинної обробки льону та конопель, які вирощувались в грунтово-кліматичних умовах Полісся та південного регіону України. В роботі проаналізовано вплив зовнішніх факторів процесу розстилу на кінцеву якість волокон льону та конопель. Факторами, що є визначальними при формуванні фізико-механічних властивостей волокна є вологість, термін розстилу, кількість хімічних композиційних препаратів, а також температура.

Експериментально встановлено, що тресту найбільш високої якості можна одержати при вологості соломи 30% і концентрації хімічних композиційних препаратів 0,5 % для льону та 0,7 % для конопель. На підставі одержаних математичних моделей, які описують залежність фізико-механічних характеристик луб’яних волокон від параметрів режиму приготування трести шляхом розстилу, розроблені рекомендації з прогнозування та створено алгоритм керування технологічним процесом розстилу соломи на стелищі. За рахунок впровадження оптимальної технології розстилу у виробничих умовах покращується якість трести, що дозволяє одержати економічний ефект 62,25 грн. на 1 тонну трести конопель і 60 грн. на 1 тонну трести льону.

Ключові слова: лляна солома, конопляна солома, вологість, хімічні композиційні препарати, температура, міцність, гнучкість, волокно.

АННОТАЦИЯ

Вербицкий А.Н. Оптимизация технологического процесса расстила лубяных культур. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.03 – первичная обработка и хранение продуктов растениеводства. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2005.

Защищается рукопись, содержащая результаты теоретических и экспериментальных исследований первичной обработки льна и конопли, которые выращивались в грунтово-климатических условиях Полесья. В работе проанализированы способы оптимизации технологического процесса расстила льна и конопли. Доказано, что для того, чтобы избежать появления на тресте гнилостной микрофлоры, необходимо контролировать качество тресты в процессе расстила, и в случае необходимости применять необходимые механические или физико-механические меры совершенствования технологического процесса. На первом этапе экспериментальных исследований произведена оценка влияния относительной влажности и температуры соломы на характер изменения во времени разрывной нагрузки и гибкости волокна. Экспериментально установлено, что наибольшее влияние на срок расстила и конечные физико-механические показатели волокна оказывает относительная влажность соломы в процессе расстила. Изменение температуры процесса в пределах 18-24оС не оказывает особого влияния на конечное качество волокна. С целью уменьшения влияния негативных воздействий на процесс преобразования льняной и конопляной соломы в тресту предложено обрабатывать солому льна и конопли химическими композиционными препаратами, способными предотвращать развитие гнилостной и патогенной микрофлоры. В рамках диссертационной работы исследован вариант оптимизации той части процесса, которая ограничена измерением технологических параметров расстила с принятием решения относительно искусственного вмешательства в процесс.

На основании экспериментальных данных определены регрессионные факторные модели влияния физико-механических параметров на качество тресты. Для наглядного изучения влияния факторов оптимизации построены трехмерные графики, иллюстрирующие характер изменения прочности и гибкости волокна по окончанию расстила в зависимости от значений влажности, концентрации химических композиционных препаратов на стеблях и срока расстила льна и конопли. Анализ изменения гибкости лубяных волокон, полученных при различных значениях влажности, показал, что с повышением влажности гибкость волокна возрастает, но при этом значительно уменьшается его прочность. Доказано, что оптимальным значением влажности сырья является влажность равная 30%. Оптимальные концентрации химических композиционных препаратов на стеблях льна и конопли соответственно равны 1,5% и 1,7%. Разработано программное обеспечение для установления математической зависимости физико-механических показателей волокон льна и конопли от факторов воздействия на процесс расстила. На основании математических моделей, которые описывают зависимость физико-механических характеристик лубяных волокон от параметров режима расстила, разработаны рекомендации по прогнозированию и создан алгоритм управления технологическим процессом расстила сырья на стлище. Разработана система корректировки показателя влажности лубяной соломы при обработке ее химическими композиционными препаратами во время расстила. Применение данной системы гарантирует обеспечение высокой степени равномерности течения процесса расстила и получение максимально однородного волокна высокого качества. За счет применения оптимальной технологии расстила в производственных условиях увеличивается качество тресты, что сопровождается повышением ее номера на 2 единицы, что позволяет получить экономический эффект – 60 грн. на 1 тонну тресты. Таким образом, в работе теоретически обосновано и экспериментально подтверждено использование новых параметров технологического процесса расстила лубяных культур, которые обеспечат оптимальные условия течения процесса расстила и гарантируют получение однородной тресты высокого качества.

Ключевые слова: льняная солома, конопляная солома, влажность, химические композиционные препараты, температура, прочность, гибкость, волокно.

THE SUMMARY

Verbitsky O.M. The optimization of technology of fiber cultures unfolding. – Manuscript.

The dissertation for receiving degree Candidate Science in engineering, specialty 05.18.03 – primary processing and storing plant products. – Kherson National Technical University, 2005.

The manuscript containing theoretical and experimental research of optimization of primary processing of flax and hemp by unfolding.

The influencing of outside factors in processing of fiber cultures by unfolding are analyzed in this work.

The mathematical models, that showing the finally fibers quality dependence from moisture, temperature and concentration of chemical compositional preparations on stocks, during the unfolding process, are developed. As a result of proving of optimized technology of fiber cultures unfolding in light industry, the fiber quality are improved; the number of fibers