ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАЛІНСЬКИЙ ЄВГЕН ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 677.021.11.83

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ОДЕРЖАННЯ ТРЕСТИ

ІЗ СОЛОМИ КОНОПЕЛЬ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ АКТИВОВАНИХ СЕРЕДОВИЩ

05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

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 технічних наук, професор Романенко Наталія Григорівна, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри дизайну;

доктор сільськогосподарських наук, професор Вировець В'ячеслав Гаврилович, Інститут луб’яних культур Української академії аграрних наук, головний науковий співробітник відділу селекції і насінництва конопель.

Провідна установа:

Інститут землеробства південного регіону Української академії аграрних наук, відділ технічних культур, м. Херсон.

Захист відбудеться " 7 " червня 2007 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1, а. 223.

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

Автореферат розісланий " 5 " травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради | О.П Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Аналіз процесу одержання трести із соломи луб’яних культур свідчить про недосконалість існуючих технологій розстилу. Якість сировини залежить від багатьох чинників: температури, вологості, аерації, кислотності середовища, які впливають на видовий склад і динаміку розвитку мікрофлори в процесі приготування трести шляхом розстилу. Але на стеблах конопель розвивається як корисна пектиноруйнівна мікрофлора, так і патогенна, що значно знижує якість одержаної трести. На інтенсивність розвитку мікрофлори можна впливати, застосовуючи для зволоження соломи електрохімічно активовані середовища. В залежності від рівня рН середовища прискорюється розвиток одних та призупиняється розвиток інших груп мікроорганізмів. Це зумовлює скорочення терміну розстилу та отримання трести з підвищеними фізико-механічними показниками.

Актуальність теми. Актуальність теми полягає в необхідності забезпечення існуючих текстильних підприємств України власною якісною сировиною – лляним і конопляним волокном. Розширення сфери застосування конопляного волокна можливе за рахунок удосконалення технології його первинної переробки з метою підвищення його якісних показників.

Вибір теми й напрямку досліджень базувався на узагальненні літературних даних, теоретичних припущеннях про можливість застосування електрохімічної активації в процесі одержання трести розстиланням стебел соломи конопель та попередніх наукових дослідженнях фізико-хімічних властивостей активованих середовищ. Основним завданням роботи є встановлення закономірностей зміни фізико-механічних властивостей конопляного волокна під впливом біохімічних процесів, що відбуваються на всіх етапах розстилу, визначення шляхів збереження якісних характеристик конопляного волокна під час вилежування трести із застосуванням новітніх фізико-хімічних способів інтенсифікації біохімічних процесів.

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 національного 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 із застосуванням електрохімічно активованих середовищ і дослідженні кількісних залежностей фізико-механічних характеристик волокон конопель від зовнішніх технологічних чинників процесу розстилання соломи на стелищі.

Мета і завдання дослідження. Головною метою дослідження є одержання високоякісного волокна конопель за рахунок удосконалення технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу із застосуванням додаткового зволоженням стебел соломи електрохімічно активованими середовищами.

Для досягнення основної мети досліджень необхідно було вирішити такі завдання:

- | дослідити вплив електрохімічно активованих водних середовищ на якість трести конопель;

- | визначити динаміку зміни фізико-хімічних властивостей активованих середовищ в залежності від параметрів активації й часу зберігання;

- | дослідити динаміку зміни видового та кількісного складу мікрофлори в процесі розстилання соломи конопель;

- | визначити динаміку зміни хімічного складу волокна в процесі розстилу під впливом електрохімічно активованих середовищ;

- | встановити математичну залежність фізико-механічних показників волокна від обробки активованими середовищами з різними фізико-хімічними властивостями;

- | обґрунтувати економічну доцільність застосування розробленого технологічного процесу приготування трести шляхом розстилу соломи конопель для одержання волокон високої якості.

Об’єкт дослідження _ процес одержання конопляної трести шляхом розстилу стебел конопель.

Предмет дослідження _солома конопель і електрохімічно активовані водні середовища.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених завдань здійснювалася комплексна оцінка змін фізико-механічних показників і хімічного складу конопляної сировини в процесі розстилу під впливом електрохімічно активованих середовищ. Для цього в роботі застосовано сучасні теоретичні та експериментальні методи дослідження, а саме:

- | фізико-механічні показники конопляної сировини визначали органолептичними та інструментальними методами за ГОСТ 27024-86 „Солома конопляная. Технические условия”, ГОСТ 27345-87 „Треста конопляная. Технические условия”, ГОСТ 10379-76 „Пенька трёпаная. Технические условия” та ДСТУ 4015-2001 „Лён трёпаный. Технические условия”;

- | вологість сировини визначали термогравіметричним методом;

- | водневий показник вимірювали методом рН-метрії;

- | коефіцієнт поверхневого натягу визначали методом відриву кільця;

- | хімічний склад волокна визначали методами кількісного хімічного аналізу;

- | видовий і кількісний склад мікрофлори процесу розстилу визначали методом вологої камери та методом граничних розведень;

- | математично-статистичний метод застосовували для планування експерименту та обробки результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що:

- | науково обґрунтовано процес розстилу конопляної соломи, який відрізняється тим, що використовується обробка сировини електрохімічно активованими середовищами;

- | визначено оптимальні фізико-хімічні параметри активованих середовищ, застосування яких під час розстилання конопляної соломи забезпечує скорочення терміну вилежування й одержання найбільш високоякісного волокна;

- | показано динаміку зміни видового й кількісного складу пектиноруйнівної та целюлозоруйнівної мікрофлори в процесі приготування трести під впливом обробки електрохімічно активованими середовищами;

- | встановлено зміну хімічного складу конопляного волокна в процесі приготування трести під впливом обробки електрохімічно активованими середовищами, що підтвердило їх позитивний вплив на вміст целюлози та пектинових речовин.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано технологію, яка сприяє прискореному розвитку пектиноруйнівної й пригнічує розвиток целюлозоруйнівної мікрофлори, у результаті якість одержаного конопляного волокна підвищується. Розроблено рекомендації щодо удосконалення технологічного процесу одержання конопляної трести розстиланням соломи з додатковим зволоженням електрохімічно активованими середовищами. У результаті цього при оптимальних параметрах активованих середовищ (рН = 3,85_,70) термін розстилу скоротився до 16 діб, при цьому міцність волокна підвищилася на 64_%, гнучкість зросла на 13_%, а лінійна щільність зменшилася на 4-23%, порівняно з традиційною технологією.

Результати роботи перевірено в умовах Інституту землеробства південного регіону УААН (акт виробничих випробувань №1 від 09.01.2007 р.). Впровадження технології розстилання із застосуванням електрохімічно активованих середовищ дозволило одержати тресту, якість якої на 1 сорт вище, ніж у контрольному варіанті. Одержана треста має кращі фізико-механічні показники: розривне навантаження, лінійну щільність і гнучкість, що в сукупності дозволяє одержати економічний ефект 607,27 грн./т трести, що на 361,30 грн./т більше, ніж при традиційній технології.

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

У 9 наукових працях розглянуто різні аспекти удосконалення технологічного процесу первинної обробки лубоволокнистих матеріалів, наведено результати досліджень впливу електрохімічно активованих середовищ на видовий і кількісний склад мікрофлори процесу розстилу, а також на фізико-механічні характеристики та хімічний склад конопляної сировини.

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

- | Міжнародній науково-практичній конференції "Дні науки _2005", м. Дніпропетровськ, 2005 р;

- | ІІ Міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні наукові дослідження_”, м. Дніпропетровськ, 2006р.;

- | засіданнях кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини Херсонського національного технічного університету, м.Херсон, 2002 – 2006 рр.;

- | технічній раді Інституту луб’яних культур УААН, м. Глухів, 2006 р.;

- | технічній раді Інституту землеробства південного регіону УААН, м. Херсон, сел. Наддніпрянське, 2007 р.

Публікації. Основні положення дисертації викладено в 9 наукових працях, у тому числі статей у провідних наукових виданнях України _4, патентів України – 3, тез доповідей на конференціях – 2.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, загальної характеристики роботи, п’яти розділів основної частини, висновків, літературних джерел і 3 додатків. Дисертацію викладено на 173 сторінках машинописного тексту, вона містить 59 рисунків, 60 таблиць та 3 додатки. Список використаних літературних джерел охоплює 181 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

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

У першому розділі розглянуто особливості будови та хімічного складу стебел конопель, а також основні фізико-хімічні властивості конопляного волокна. Узагальнено дослідження ряду вчених щодо вивчення різних способів одержання трести конопель. Охарактеризовано сучасний стан проблеми виділення конопляного волокна розстиланням стебел конопляної соломи та здійснено аналіз науково-дослідних робіт, присвячених удосконаленню процесу приготування конопляної трести біологічним способом. Розглянуто роботи, пов'язані з дослідженням мікробіологічних процесів, які відбуваються під час вилежування соломи, відзначено їх переваги та недоліки.

Проведений критичний аналіз наукових праць з вивчення впливу різних факторів на перебіг процесу розстилання стебел соломи конопель показав, що для одержання конопляного волокна високої якості необхідно перш за все підтримувати на стелищі оптимальні умови для розвитку корисної мікрофлори.

Узагальнено дослідження ряду вчених щодо впливу різних факторів на процес розстилання стебел конопляної соломи і зазначено, що отримати якісне конопляне волокно можна при одночасному застосуванні під час розстилу електрохімічно активованих середовищ і механічних операцій обертання, що сприяло б вирівнюванню фізико-механічних параметрів трести по товщині стрічки.

Проведено аналіз асортименту продукції, одержаної із трести конопель. Охарактеризовано перспективні напрямки використання конопель в різних галузях промисловості та сільського господарства.

Окрему увагу в огляді літературних джерел приділено аналізу застосування хімічних препаратів і активованої води для обробки соломи. Усі ці роботи мають важливе науково-практичне значення, однак для поліпшення фізико-механічних параметрів волокна, одержаного з трести, необхідна розробка удосконаленого способу розстилання конопляної соломи з додатковим зволоженням електрохімічно активованими середовищами.

У другому розділі викладено методику польових і технологічних випробувань та досліджень фізико-механічних властивостей конопляної трести й отриманого з неї волокна. Якість соломи оцінювали за ГОСТ 27024-86 „Солома конопляная. Технические условия”, трести за ГОСТ 27345-87 „Треста конопляная. Технические условия”, а фізико-механічні показники одержаного конопляного волокна _за ГОСТ 10379-76 „Пенька трёпаная. Технические условия” та ДСТУ 4015-2001 „Лён трёпаный. Технические условия”.

При проведенні мікробіологічних досліджень визначали видовий і кількісний склад мікроорганізмів, які беруть участь у приготуванні конопляної трести. Протягом повного циклу вилежування, на 1, 10 та 20 добу, відбирали зразки конопляної соломи з усіх шарів стрічки. Видовий склад мікроорганізмів визначали методом вологої камери з використанням чашок Петрі. Для визначення кількісного складу целюлозоруйнівної мікрофлори користувалися методом граничних розведень.

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

У розділі подано опис методики одержання електрохімічно активованої води шляхом електролізу природних вод у діафрагмовому електролізері. Для контролю фізико-хімічних властивостей активованих середовищ використовувалися методики визначення водневого показника та поверхневого натягу.

Для обробки результатів експериментальних досліджень застосовано методи математичної статистики.

У третьому розділі наведено теоретичні дослідження за темою дисертації. З метою усунення недоліків традиційних способів розстилу було зроблено припущення щодо необхідності додаткового зволоження стебел соломи конопель електрохімічно активованими середовищами.

У результаті проведених теоретичних досліджень мікробіологічних аспектів розстилу та фізико-хімічних властивостей активованих середовищ було висунуто гіпотезу, що додаткове зволоження соломи на стелищі електрохімічно активованими середовищами дозволить скоротити термін розстилу й підвищити якість трести, а отже, і одержаного з неї волокна.

У підрозділах 3.1-3.2 було розглянуто фізико-хімічні властивості активованих середовищ, сутність електрохімічної активації й теоретично обґрунтовано доцільність застосування електрохімічно активованих середовищ. За сучасними уявленнями вода являє собою асоціативну рідину, в якій, за різними оцінками, 30-70% молекул беруть участь в утворенні кластерів. Сутність активації води, незалежно від способу активації, полягає в руйнуванні кластерних структур для насичення води мономолекулами. Рідини, піддані уніполярній (анодній або катодній) електрохімічній дії, переходять в термодинамічно нерівноважний стан і протягом часу релаксації виявляють аномально високу хімічну активність. В анодній камері утворюються високоактивні окисники. Наявність в аноліті достатньої кількості сильних окисників і вільних радикалів перетворює його в розчин із сильно вираженими біоцидними властивостями. У катодній камері утворюється ряд високоактивних продуктів, які надають католіту властивостей каталізатора (відновника). Католіт, насичений відновниками, має високу адсорбційно-хімічну активність, а також сильну миючу здатність.

Основною причиною зниження якості волокна в тресті при несприятливих умовах вилежування є недостатній розвиток збудників пектинового бродіння і швидкий розвиток целюлозоруйнівних мікроорганізмів. З метою усунення впливу цих негативних факторів на процес розстилу конопляної соломи було висунуто гіпотезу щодо необхідності обробки стебел електрохімічно активованими середовищами, які б створили умови для розвитку пектиноруйнівної мікрофлори і пригнічували б розвиток целюлозоруйнівної мікрофлори, а отже сприяли скороченню процесу вилежування, не знижуючи при цьому нормованих показників якості конопляного волокна.

Використання електрохімічно активованих середовищ сприятиме прискореному всмоктуванню вологи стеблами соломи, активізації пектиноруйнівної мікрофлори, внаслідок чого підвищується швидкість руйнування пектинових речовин у соломі. Це, у свою чергу, сприятиме прискоренню процесу відділення неволокнистих тканин від волокнистих пучків і розділення цих пучків на технічні волокна, скороченню терміну вилежування стебел конопляної соломи, зменшенню залежності процесу від погодних умов і підвищенню якості трести та одержаного з неї волокна.

При плануванні експерименту використовували математичний апарат регресійного аналізу. Експеримент проводили за класичною однофакторною схемою. Перевагою даного методу є простота планування та обробки отриманих результатів. Коефіцієнти в рівнянні регресії визначали за методом найменших квадратів. Змінним фактором Х в рівняннях регресії був термін розстилу при фіксованому рН активованого середовища, за Y приймали значення параметра (розривне навантаження, гнучкість та лінійна щільність).

У четвертому розділі викладено експериментальні дослідження впливу зволоження електрохімічно активованими середовищами на динаміку процесу перетворення конопляної соломи в тресту.

Для визначення часових інтервалів застосування і можливих причин дії активованих середовищ на процес розстилу здійснювалися дослідження їх фізико-хімічних властивостей. Досліджувалася динаміка зміни рН і коефіцієнта поверхневого натягу активованих середовищ в залежності від терміну їх зберігання.

Визначено, що католіт зберігає своє початкове значення рН впродовж 3 діб, після чого починається швидке його зниження. Значення рН аноліту, на відміну від католіту, змінюється набагато повільніше. Це позитивний фактор для використання аноліту в технологічних процесах.

Швидкість релаксації фізико-хімічних властивостей активованих середовищ у процесі зберігання залежить від часу активації. Проби активованих середовищ з різним часом активації, а відповідно і рН, залишались у відкритому посуді на 1 добу, після чого повторно вимірювалось їх рН. Дослідження показали, що аноліт з рН, меншим ніж 5,60, змінює свої фізико-хімічні властивості набагато повільніше, ніж аноліт з рН = 5,60_,40. Ці дані доводять, що швидкість релаксації фізико-хімічних властивостей активованих середовищ залежить від часу активації.

Дослідження поверхневого натягу активованих середовищ показали, що при активації технічних вод величина коефіцієнта поверхневого натягу підвищується як в католіті, так і в аноліті. Такі властивості активованих середовищ повинні сприяти більш швидкому їх поглинанню соломою конопель. Поверхня стебла рослини має багато пор, а як відомо, при підвищенні поверхневого натягу спостерігається підйом рідини в капілярах. Експериментальні дослідження показали, що солома, занурена в аноліт і католіт, має вологість, відповідно, на 12,0 і 13,8% більшу, ніж солома, занурена в неактивовану воду. Ці дані доводять, що зміна поверхневого натягу активованих середовищ – одна з можливих причин їх позитивного впливу на динаміку процесу перетворення конопляної соломи в тресту.

Якість конопляного волокна й виготовленої з нього продукції значною мірою залежить від його міцності, яка характеризується розривним навантаженням, і лінійної щільності. Сучасне економічне становище України призвело до необхідності більш широкого застосування конопляної сировини в текстильній промисловості, тому для оцінки якості волокна конопель під час досліджень додатково здійснювалося визначення показника гнучкості. У результаті математичної обробки експериментальних даних було отримано рівняння регресії, які наведено в табл. 1-3. Адекватність моделей підтверджується за критерієм Фішера при заданій довірчій імовірності 0,95.

Таблиця 1

Регресійні математичні моделі залежності

розривного навантаження волокна конопель від терміну розстилу при різних значеннях рН активованого середовища

Рівень рН середовища | Рівняння регресійної математичної моделі

3,85 | y = 0,096x2 _0,541x + 11,224

4,45 | y = 0,090x2 _0,038x + 10,483

5,20 | y = 0,093x2 + 0,033x + 10,232

5,90 | y = 0,089x2 + 0,050x + 10,244

6,70 | y = 0,092x2 _0,133x + 10,490

7,40 | y = 0,080x2 _0,237x + 10,435

8,10 | y = 0,072x2 _0,210x + 10,549

8,90 | y = 0,059x2 _0,028x + 10,242

9,70 | y = 0,048x2 + 0,017x + 10,531

10,45 | y = 0,052x2 _ 0,090x + 10,513

11,10 | y = 0,053x2 _0,165x + 10,670

Таблиця 2

Регресійні математичні моделі залежності

гнучкості волокна конопель від терміну розстилу при різних значеннях рН активованого середовища

Рівень рН середовища | Рівняння регресійної математичної моделі

3,85 | y = 0,045x2 + 0,158x + 10,013

4,45 | y = 0,067x2 + 0,276x + 9,9042

5,20 | y = 0,074x2 + 0,290x + 9,801

5,90 | y = 0,092x2 _0,124x + 10,461

6,70 | y = 0,079x2 _0,236x + 10,435

7,40 | y = 0,071x2 _0,209x + 10,549

8,10 | y = 0,059x2 _0,023x + 10,225

8,90 | y = 0,043x2 + 0,227x + 10,068

9,70 | y = 0,047x2 + 0,019x + 10,528

10,45 | y = 0,051x2 _0,090x + 10,513

11,10 | y = 0,049x2 _0,082x + 10,481

Таблиця 3

Регресійні математичні моделі залежності лінійної щільності волокна конопель від терміну розстилу при різних значеннях рН активованого середовища

Рівень рН середовища | Рівняння регресійної математичної моделі

3,85 | y = _3,231x + 104,040

4,45 | y = _3,394x + 103,080

5,20 | y = _3,769x + 107,760

5,90 | y = _3,539x + 105,030

6,70 | y = _3,324x + 104,680

7,40 | y = _2,994x + 102,010

8,10 | y = _2,847x + 100,900

8,90 | y = _2,948x + 104,270

9,70 | y = _2,927x + 105,260

10,45 | y = _2,924x + 106,750

11,10 | y = _2,721x + 105,400

На основі отриманих рівнянь регресії було побудовано поверхні відгуку показників якості, які представлено на рис. 1-3.

Аналіз наведених залежностей свідчить, що на 20 добу розстилу фізико-механічні характеристики трести, зволоженої активованими середовищами з різним значенням рН, істотно відрізняються між собою.

Оптимальні значення розривного навантаження, гнучкості й лінійної щільності волокна конопель отримані при зволоженні трести кислими та слабокислими середовищами з рН = 3,85_,70. Як видно з рис. 1-3, застосування лужних середовищ з рН = 7,40_,10 призводить до значного зниження розривного навантаження, незначного зростання гнучкості та збереження підвищеної лінійної щільності.

На основі отриманих експериментальних даних про динаміку зміни розривного навантаження та лінійної щільності згідно ГОСТ 10379-76 „Пенька трёпаная. Технические условия” було визначено сорт одержаного волокна конопель. Оцінювалося волокно, отримане із трести з терміном вилежування 10, 12, 14, 16, 18, 20 діб. Оброблені й узагальнені дані наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Вплив рН активованих середовищ

на показники якості волокна конопель

Термін розстилу, діб | рН активованого середовища

3,854,455,20 | 5,90 | 6,70 | 7,40 | 8,10 | 8,90 | 9,70 | 10,45 | 11,10

Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт | Гнучкість, мм | Сорт

10 | 20 | 2 | 20 | 2 | 20 | 2 | 20 | 2 | 18 | 2 | 16 | 2 | 15 | 2 | 16 | 2 | 16 | 2 | 15 | 2 | 14 | 2

12 | 23 | 2 | 23 | 2 | 24 | 2 | 24 | 2 | 22 | 2 | 19 | 2 | 18 | 2 | 18 | 2 | 17 | 2 | 17 | 2 | 16 | 2

14 | 27 | 2 | 27 | 2 | 29 | 2 | 28 | 2 | 26 | 2 | 23 | 2 | 21 | 2 | 21 | 2 | 20 | 2 | 19 | 2 | 18 | 2

16 | 32 | 1 | 32 | 1 | 34 | 1 | 33 | 1 | 32 | 2 | 27 | 2 | 25 | 2 | 25 | 2 | 23 | 2 | 22 | 2 | 21 | 2

18 | 38 | 1 | 38 | 1 | 40 | 1 | 39 | 1 | 38 | 1 | 32 | 2 | 30 | 2 | 29 | 2 | 26 | 2 | 26 | 2 | 25 | 2

20 | 47 | 1 | 47 | 1 | 49 | 1 | 48 | 1 | 45 | 1 | 38 | 2 | 35 | 2 | 34 | 2 | 31 | 2 | 30 | 2 | 29 | 2

Аналіз даних, наведених у табл. 4, свідчить, що конопляне волокно 1 сорту отримують із трести з терміном приготування 16 діб при зволоженні соломи активованими середовищами з кислою реакцією.

У варіанті зі зволоженням середовищем з рН = 5,20 отримано волокно з найвищими показниками якості. У цьому варіанті конопляне волокно має розривне навантаження 37,2 даН, гнучкість 34 мм і лінійну щільність 47 текс. У той же час у контрольному варіанті (з рН = 7,40) на 16 добу розривне навантаження волокна становить 30,8 даН, гнучкість _27 мм, а лінійна щільність _52 текс, що дозволяє оцінити волокно лише 2 сортом.

Застосування слаболужних середовищ з рН = 8,10, 8,90, 9,70 спричиняє значне зниження розривного навантаження, при цьому лінійна щільність залишається досить високою, що дозволяє оцінити волокно лише 2 сортом.

Застосування лужних середовищ з рН = 10,45, 11,10 дозволяє отримувати волокно з розривним навантаженням 32,3_,9 даН, відносно високою лінійною щільністю і низькою гнучкістю, що також відповідає 2 сорту.

При проведенні експерименту разом з дослідженням фізико-механічних властивостей волокна конопель вивчався видовий склад мікрофлори процесу. У табл. 5 наведено дані про зміну видового складу мікроорганізмів для контрольного варіанта і для варіантів з додатковим зволоженням конопляної соломи електрохімічно активованими середовищами.

У результаті досліджень встановлено, що обробка соломи конопель електрохімічно активованими середовищами стимулює зростання кількості пектиноруйнівної мікрофлори, спричиняє зменшення кількості та видового складу іншої мікрофлори, у тому числі й патогенної.

Аналіз видового складу мікроорганізмів не може повною мірою відображати дійсну картину мікробіологічних процесів, які мають місце під час приготування трести. Тому вплив електрохімічно активованих середовищ можна пояснити, вивчивши також зміну кількісного складу мікроорганізмів, особливо целюлозоруйнівних і патогенних, які найбільш шкідливі для якості трести. Дані про зміну кількісного складу целюлозоруйнівної мікрофлори в процесі вилежування конопляної соломи наведено в табл. 6.

Дослідження кількісного й видового складу мікроорганізмів, які розвиваються на соломі конопель в процесі розстилання при зволоженні активованими середовищами, свідчать про зменшення кількості целюлозоруйнівної мікрофлори. Це, у свою чергу, сприяє підвищенню якості трести та зміні хімічного складу виділеного з неї конопляного волокна.

Таблиця 5

Зміна видового складу мікрофлори

в процесі розстилання конопляної соломи

Мікроорганізм |

Доба відбору стебел | рН активованого середовища

3,85 | 4,45 | 5,20 | 5,90 | 6,70 | 7,40 | 8,10 | 8,90 | 9,70 | 10,45 | 11,10

Cladosporium herbarum | 4 | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | ***

10 | * | ** | ** | *** | ** | * | *

20 | * | ** | ** | * | ** | * | * | * | * | * | *

Alternaria linikola | 4 | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | ***

10 | * | ** | *** | *** | ** | * | * | *

20 | ** | *** | *** | ** | ** | * | ** | * | * | * | *

Collectotrichum lini | 4 | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | *** | ***

10 | * | ** | *** | *** | ** | * | * | * | * | * | *

20 | * | ** | ** | ** | ** | * | * | * | * | * | *

Gonatobotris flava | 4 | * | * | * | * | * | * | * | * | * | * | *

10 | * | * | ** | ** | ** | ** | * | * | *

20 | * | * | *** | *** | *** | ** | ** | * | *

Septoria linikola |

4 | * | * | * | * | * | * | * | * | * | * | *

10 | * | ** | ** | * | * | * | * | * | *

20 | * | * | * | ** | ** | ** | ** | ** | ** | ** | **

Fusarium gibosum | 4

10 | * | * | * | ** | * | * | * | * | * | * | *

20 | * | * | * | * | ** | ** | ** | *** | *** | ** | **

Fusarium graminear | 4

10 | * | * | * | * | * | *

20 | * | * | * | ** | ** | ** | *** | ** | *

Fusarium avenaceum | 4

10 | * | * | * | *

20 | * | * | * | * | ** | *** | *** | *

Примітка:

* _гриби, які рідко зустрічаються, з частотою менше 30%;

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

*** _гриби, яки є домінуючими і зустрічаються з частотою більше %.

Таблиця 6

Зміна кількісного складу целюлозоруйнівної мікрофлори в процесі розстилання конопляної соломи |

Доба відбору стебел | рН активованого середовища

3,85 | 4,45 | 5,20 | 5,90 | 6,70 | 7,40 | 8,10 | 8,90 | 9,70 | 10,45 | 11,10

Кількість мікроорганізмів, тис.шт./г |

4 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14 | 14

10 | 7 | 8 | 10 | 15 | 21 | 25 | 26 | 26 | 26 | 20 | 10

20 | 160 | 265 | 574 | 856 | 1010 | 1240 | 1255 | 1264 | 1224 | 1030 | 532

Зменшення кількості целюлозоруйнівної мікрофлори на стеблах конопляної соломи в процесі розстилу спричиняє не тільки підвищення якості трести, але й зміну хімічного складу волокна, одержаного з цієї трести. Результати дослідження залежності хімічного складу волокна конопель від рН активованого середовища в процесі розстилу наведено в табл. 7.

Таблиця 7

Залежність хімічного складу волокна конопель від рН активованого середовища

Вміст компоненту, % | рН активованого середовища

3,85 | 4,45 | 5,20 | 5,90 | 6,70 | 7,40 | 8,10 | 8,90 | 9,70 | 10,45 | 11,10

Целюлоза | 80,4 | 80,3 | 80,4 | 68,2 | 62,7 | 61,9 | 54,6 | 62,3 | 67,2 | 74,5 | 80,4

Лігнін | 5,3 | 5,2 | 5,1 | 5,8 | 6,7 | 6,6 | 6,0 | 5,6 | 6,2 | 6,6 | 5,3

Пектинові

речовини | 3,9 | 3,7 | 3,7 | 4,0 | 4,3 | 4,3 | 4,4 | 4,4 | 4,5 | 4,6 | 4,6

Інші речовини | 10,4 | 10,8 | 10,8 | 22,0 | 26,3 | 27,2 | 35,0 | 27,7 | 22,1 | 14,3 | 9,7

Вивчення хімічного складу волокна конопель, одержаного із трести за різними варіантами, показує, що найбільший вміст целюлозного компонента, порівняно з контрольним варіантом, має волокно, одержане із трести, обробленої електрохімічно активованими середовищами з рН = 3,85, 4,45, 5,20. Так, вміст целюлози у волокні в контрольному варіанті становить 61,9%, а при зволоженні середовищами з рН = 3,85, 4,45, 5,20 дорівнює відповідно 80,4%, 80,3%, 80,4%. Вміст лігніну у волокні, одержаному після обробки соломи конопель середовищами із зазначеними характеристиками, зменшився порівняно з контролем на 1,3%, 1,4% і 1,5% відповідно. Також зменшується вміст пектинових речовин.

Таким чином, у результаті обробки конопляної соломи досягається достатньо високий ступінь очищення волокна від супутників целюлози.

У п'ятому розділі наведено техніко-економічне обґрунтування інноваційного проекту одержання конопляного волокна. Розраховано норми витрат води на зволоження соломи на стелищі. На основі аналізу результатів досліджень здійснено економічний розрахунок ефективності удосконаленої технології розстилу стебел конопляної соломи.

Визначено, що використання електрохімічно активованих середовищ в процесі приготування трести дає можливість отримати економічний ефект до 607,27 грн./т трести за рахунок підвищення її якості, що на 361,30 грн./т більше, ніж при традиційній технології.

ВИСНОВКИ

1. | Удосконалено технологію одержання трести шляхом розстилу з додатковим зволоженням соломи конопель електрохімічно активованими середовищами. Теоретично обгрунтовано і досліджено вплив електрохімічно активованих водних середовищ на термін розстилання і якість трести конопель.

2. | Встановлено залежність зміни фізико-хімічних властивостей електрохімічно активованих водних середовищ від умов проведення процесу електролізного розділення води на аноліт та католіт. Визначено, що інтенсивна релаксація фізико-хімічних властивостей активованих середовищ починається лише після 5-6 доби.

3. | Зроблено аналіз зміни видового й кількісного складу мікрофлори в процесі розстилання конопляної соломи, який дозволив визначити, що для стимулювання корисної пектиноруйнівної та пригнічення шкідливої целюлозоруйнівної мікрофлори необхідно застосовувати слабокислі середовища з рН = 3,85_,70.

4. | Встановлено математичну залежність фізико-механічних показників волокна від обробки активованими середовищами з різними фізико-хімічними властивостями. На підставі розроблених регресійних рівнянь і експериментальних досліджень встановлено, що оптимальне значення водневого показника електрохімічно активованого водного середовища становить 5,20

5. | Розроблено технологічну схему процесу первинної обробки стебел конопляної соломи з додатковим зволоженням активованими середовищами під час розстилання.

6. | Встановлено, що застосування електрохімічно активованих водних середовищ дозволяє скоротити термін розстилу на 4 доби та отримати відносний приріст розривного навантаження на 7,5 даН, гнучкості – на 7 мм і зменшення лінійної щільності на 6 текс.

7. | Економічно обґрунтовано доцільність впровадження запропонованої технології приготування трести у виробничих умовах. Визначено, що економічний ефект від підвищення якості сировини становить 607,27 грн./т трести конопель, що на 361,30 грн./т більше, ніж при традиційній технології.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Для отримання якісної трести конопель на стелищі при застосуванні електрохімічно активованих середовищ слід впровадити у виробництво такі заходи:

- | здійснювати дворазове зволоження соломи на стелищі активованим середовищем з рН = 5,20 в строки, що визначаються органолептичним методом;

- | проводити обертання стрічок після операції зволоження трести;

- | здійснювати контроль вологості трести та розривного навантаження конопляного волокна кожні 2 доби розстилу.

АНОТАЦІЯ

Калінський Є.О. Розробка технологічного процесу одержання трести із соломи конопель із застосуванням активованих середовищ. – 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, 2007.

Захищається дисертація, яка містить теоретичні й експериментальні дослідження технології розстилу конопляної соломи із застосуванням додаткового зволоження електрохімічно активованими середовищами. У роботі проаналізовано вплив фізико-хімічної обробки активованими середовищами на скорочення терміну вилежування конопляної соломи, покращення фізико-механічних показників конопляного волокна та підвищення інтенсивності мікробіологічних процесів під час вилежування. Доведено, що використання запропонованої технології дозволить збільшити міцність і гнучкість волокна відповідно на 14 і 6%, а лінійну щільність зменшити на 5% порівняно з контрольним варіантом. Це дає можливість отримати умовно чистий прибуток 607,27 грн. на тонну трести, що на 361,30 грн./т більше, ніж при традиційній технології.

Ключові слова: конопляна солома, треста, волокно, електрохімічно активовані середовища, католіт, аноліт, розривне навантаження, гнучкість, лінійна щільність.

АННОТАЦИЯ

Калинский Е.А.