сотрудник
г. Тверь, Тверская область, Россия
г. Тверь, Тверская область, Россия
г. Тверь, Россия
студент
г. Кострома, Россия
сотрудник
г. Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Техническая конопля как источник пеньки – ценное промышленное сырье. В современных условиях технологические линии ее первичной переработки должны производить однотипную пеньку с различными характеристиками в зависимости от требований к свойствам готового волокна. Цель работы – обосновать схему переработки технической конопли с учетом характеристик пеньки. Сравнивали 5 линий первичной переработки, включающие отечественное льняное оборудование (мяльную машину М-110Л2, дезинтеграторы ДЛВ-2 и трясильные машины с нижним гребенным полем ТГ-135Л) в разных сочетаниях. В качестве сырья использовали техническую коноплю из Пензенской области, убранную весной. Масса одной горсти – 100 г, плотности загрузки – 0,5 кг/м, повторность – трехкратная. Сырье загружали в каждую машину вручную. После первичной переработки инструментальными методами определяли сорт и характеристики пеньки по ГОСТ 9993-2014. Разработана схема линии первичной переработки технической конопли в виде спутанной массы стеблей различной длины, которая позволяет производить однотипную пеньку с различными значениями технологических характеристик. Для производства однотипной пеньки со средней массодлиной волокна 142…144 мм, массовой долей костры 1,6…2,2 %, средневзвешенной линейной плотностью 11…12 текс линия должна включать мяльную машину, дезинтегратор, две трясильные машины; при характеристиках соответственно 235 мм, 7…8 % и 12…13 текс – дезинтегратор и две трясильные машины; 219 мм и 15…16 %, 18…19 текс – мяльную и две трясильные машины. Использование изученного набора оборудования обеспечивает снижение капитальных затрат, в сравнении с линиями других производителей, в 3…4 раза, затрат на электроэнергию – до 40 %
техническая конопля, первичная переработка, пенька однотипная, технологические линии, выход волокна, массовая доля костры, средняя массодлина волокна, линейная плотность.
Введение. Пенька из технической конопли – это ценное сырье, востребованное при производстве веревок, канатов, шпагатов, шнуров, сердечников стальных тросов, тканей технического и специального назначения. По гигроскопическим, антистатическим и физико-механическим свойствам техническая конопля близка к льноволокну, поэтому ее используют при изготовлении одежды, постельного белья и композиционных материалов [1, 2].
Благодаря широкому спектру применения конопляного сырья ежегодное увеличение числа перерабатывающих его компаний за рубежом составляет 20 % [3]. В США, где сейчас выращивают не более 5000 га конопли, предполагают увеличить площадь ее посевов до 40000 га [4]. Для России переработка технической конопли – стратегически важное направление экономики [5, 6].
В качестве коноплесырья более 75 % российских предприятий первичной переработки используют массу поломанных стеблей (стеблей неполной длины), перепутанных с волокном из-за частичной механической обработки в поле. Ее убирают зерновыми или специализированными комбайнами, перерабатывают в однотипное (короткое) волокно высокого качества, из которого производят однотипную пеньку – основное сырье для текстильных и технических изделий [7].
Более 80 % российских заводов для переработки технической конопли используют устаревшее оборудование, поскольку современные линии стоят очень дорого. Посевные площади технической конопли ежегодно возрастают и для уменьшения зависимости от импортного оборудования необходимо расширять применение отечественных линий [8, 9]. При этом они должны производить однотипную пеньку с различными характеристиками.
Цель работы – сравнение российских линий первичной переработки льна для подбора оптимальной технологической схемы производства однотипной пеньки из спутанной массы технической конопли.
Условия, материалы и методы исследований. Для первичной переработки коноплесырья в виде спутанной массы поломанных стеблей можно использовать льнооборудование [10, 11]. Это оборудование малозатратно, надежно и эффективно, его уже используют на Украине для переработки технической конопли [12].
Изучали 5 вариантов технологических линий, в состав которых входили разные сочетания таких машин для переработки льна (рисунок 1), как мяльная машина М-110Л2 (М), дезинтегратор ДЛВ-2 (Д), трясильная машина ТГ-135Л с нижним гребенным полем (Т):
I – Д+Т+Т;
II – Д+Д+Т+Т;
III – М+Т+Т;
IV – М+Д+Т+Т;
V – М+Д+Д+Т+Т.
В качестве сырья выступала техническая конопля, собранная в Пензенской области. Влажность коноплесырья перед переработкой должна составлять 12…14 % [13, 14], в наших исследованиях она была равна 12 %. Средний диаметр поломанных стеблей был равен
4,8…5,6 мм, максимальный диаметр – 8,6 мм. На каждой линии перерабатывали коноплесырье массой 100 г при плотности загрузки 0,5 кг/м. Загружали его в машины вручную.
Использовали следующие режимы работы оборудования:
мяльная машина М-110Л2 – стандартный набор вальцов, скорость движения материала – 45 м/мин;
дезинтегратор Д – 1000 об./мин;
трясильная машина ТГ-135Л – частота качаний игольчатых валиков 230 об./мин (стандартный режим).
Сорт и характеристики выработанной пеньки определяли инструментальными методами по ГОСТ 9993-2014.
Исследования проводили в лабораторных условиях в трехкратной повторности. Рассчитывали среднюю арифметическую (S), стандартную ошибку (s), среднеквадратичное отклонение (σ), абсолютную и относительную гарантийные ошибки. На основании величины абсолютной ошибки опыта определяли доверительные интервалы, по которым рассчитывали статистическую значимость различий значений характеристик пеньки, произведенной на разных линиях. Данные обрабатывали с помощью однофакторного дисперсионного анализа в программе Microsoft Office Excel.
Анализ и обсуждение результатов исследований. В ходе исследований было установлено, что по мере увеличения числа машин в составе технологической линии выход волокна, значение которого может изменяться от 26 до 35 %, снижается. Включение в линию I второго дезинтегратора (линия II) снижало выход однотипной пеньки на 9 % (р ≤ 0,05), мяльной машины (линия IV) – на 3 %, мяльной машины и второго дезинтегратора (линия V) – на 5 % (см. табл.).
Меньшее снижение выхода волокна при использовании мяльной машины М-110Л2 объясняется тем, что в ней происходит подготовка сырья к трепанию – разрушение связей волокна с древесиной. Это сокращает потери при последующей переработке. Кроме того, добавление в состав линии мяльной машины уменьшает средневзвешенную линейную плотность волокна на 35 % (р ≤ 0,05) и позволяет производить однотипную пеньку с более низким содержанием костры, по сравнению с линиями I и II.
Однотипная пенька с показателями качества, соответствующими 3 сорту, была изготовлена на линиях III, IV и V. Пенька с линий IV и V была близкой по характеристикам, при этом затраты на приобретение оборудования для линии IV будут ниже, что снизит себестоимость волокна.
В качестве основной для производства однотипной пеньки можно рекомендовать линию IV. Она позволяет получать однотипную пеньку с разрывной нагрузкой 20 кгс, массовой долей костры менее 5 %, средней массодлиной волокна 144 мм, средневзвешенной линейной плотностью 11,6 текс и долей волокон в массе от 125 до 275 мм 40 % (рисунок 2).
Кроме того, процесс переработки технической конопли на линии IV можно менять в зависимости от требуемых характеристик волокна:
для производства однотипной пеньки с высоким содержанием длинных волокон нужно исключить дезинтегратор, фактически получая линию III;
для производства материалов и изделий, не требующих низкой массовой доли костры и (или) высокой разрывной нагрузки, следует убрать мяльную машину. В результате получим линию I.
Таким образом, схема переработки коноплесырья для производства однотипной пеньки с разными технологическими характеристиками может выглядеть следующим образом (рисунок 3).
Для производства однотипной пеньки со средней массодлиной волокна ниже 145 мм лучше всего подходит линия IV, а при необходимости ее увеличения на 75…90 мм – линии I и III. Для выпуска однотипной пеньки со средней линейной плотностью 13 текс целесообразно использовать линии III и IV, а для ее увеличения на 5…7 текс – линию I. Содержание костры будет наименьшим в однотипной пеньке с линии IV, наибольшим – на линии I.
Выход однотипной пеньки на 50 % определяет состав технологической линии и на 50 % другие факторы (режим работы оборудования, сорт, качество сырья и др.). Массовая доля костры в однотипной пеньке зависит от состава технологического оборудования на 90 %, линейная плотность – на 10 %. Предложенная схема позволяет снизить капитальные затраты, по сравнению с линией производства ОАО «Завод им. Г. К. Королева» и линией франко-германского производства Temafa + Charle, в 3…4 раза, затраты на электроэнергию – на 40 %.
Выводы. Для первичной переработки технической конопли в виде спутанной массы стеблей различной длины в однотипную пеньку в качестве основной целесообразно использовать линию (схему) из следующего оборудования российского производства: размотчик рулонов, мяльная машина М-110Л2, дезинтегратор ДЛВ-2 и две трясильные машины ТГ-135Л (ТЛ-135, ТН-112, Т-150 и др.).
Изменяя ее состав – добавляя или убирая мяльную машину или дезинтегратор, можно производить однотипную пеньку с длиной волокна 142…235 мм, линейной плотностью 11…19 текс и массовой долей костры 1,7…16,0 %.
Cведения об источнике финансирования. Работа выполнена по государственному заданию НИОКТР № 0477–2019– 0005 при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
1. Универсальная линия для переработки льна и пеньки в различные виды готовой продукции / А. В. Безбабченко, Э. В. Новиков, М. М. Ковалев и др. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2016. № 1 (361). С. 54-58.
2. Бойко Г. А., Тихосова А. А., Кутасов А. В. Исследование физико-механических свойств конопляного котонина // Материалы и технологии. 2018. № 2 (2). С. 14-17. doi:https://doi.org/10.24411/2617-149X-2018-12002.
3. Наумов О. Б. Розвиток текстильноï промисловостi та ïï сировинноï бази: монография. Херсон: Олди-плюс, 2004. 393 с.
4. Cherney J. H., Small E. Industrial Hemp in North America: Production, Politics and Potential // Agronomy. 2016. Vol. 6. No. 4. Pp. 58. doihttps://doi.org/10.3390/agronomy6040058.
5. Понажев В. П., Рожмина Т. А., Павлова Л. Н. Высокопродуктивные сорта конопли и их особенности // Лен и конопля: сорта, технологии, экономика: научные разработки ВНИИЛ. Тверь: Твер. гос. ун-т. 2015. С. 54-55.
6. Морыганов А. П. Отечественное целлюлозное волокно - перспективное сырье для российской текстильной промышленности // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2018. № 4 (376). С. 44-49.
7. Исследование линий для переработки технической конопли в однотипную и штапелированную пеньку / Е. Н. Королева, Э. В. Новиков, А. В. Безбабченко и др. // Масличные культуры. Научно-технический бюллетень Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур. 2018. Вып. 3 (175). С. 85-91.
8. Басова Н. В., Новиков Э. В., Безбабченко А. В. Анализ линий переработки технической конопли // Инновации в сельском хозяйстве. 2019. № 4 (33). С. 54-61.
9. О коноплеводстве и технико-экономический анализ линий для переработки промышленной конопли в однотипное волокно / Н. В. Басова, Э. В. Новиков, И. В. Ущаповский и др. // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2019. № 2 (380). С. 58-63.
10. Павловский Е. П., Внуков В. Г. Дезинтегратор для отделения костры от отходов трепания // Льняное дело. 1998. № 3. С. 38-40.
11. Носов А. Г., Вихарев С. М., Дроздов В. Г. Влияние влажности на вероятностные параметры распределения штапельной длины отходов трепания при обработке в дезинтеграторе // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2013. № 3. С. 40-42.
12. Лук’яненко П. В. Комплексна економічна оцінка збирання та переробки трести конопель, отриманої за новою технологією // Міжвузівський збірник «Наукові нотатки». Луцьк, 2012. № 39. С. 97-101.
13. Правила технической эксплуатации пенькозаводов. Глухов: ВНИИ лубяных культур, 1991. 119 с.
14. Суметов В. А. Сушка и увлажнение лубоволокнистых материалов: учебник для вузов. М. Легкая индустрия, 1980. 336 с.
