CC BY
90
Бышов Д.Н., Каширин Д.Е., Павлов В.В. Исследование гигроскопических свойств загрязнителей воскового сырья // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2016. - Спецвыпуск №2. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/spetsvypusk-2/31-spets02/439-00188. - ISSN 2413-4066
УДК 631.363.258/638.178
Бышов Дмитрий Николаевич
Кандидат технических наук, доцент
ФГБОУВО «Рязанский Государственный Агротехнологический Университет
имени П.А. Костычева» (РГАТУ), г. Рязань
university@rgatu.ru
Каширин Дмитрий Евгеньевич
Доктор технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Рязанский Государственный Агротехнологический Университет
имени П.А. Костычева» (РГАТУ), г. Рязань
kadm76@mail.ru
Павлов Виктор Вячеславович
Аспирант
ФГБОУ ВО «Рязанский Государственный Агротехнологический Университет
имени П.А. Костычева» (РГАТУ), г. Рязань
vikp76@mail.ru
Исследование гигроскопических свойств загрязнителей воскового сырья
Аннотация. Описаны методика и результаты проведения эксперимента, позволяющего установить влияние времени, температуры, влажности и гранулометрического состава загрязнений воскового сырья на степень их диспергирования в воде при замачивании без внешних механических воздействий, в контексте изучения возможности и целесообразности влажной очистки воскового сырья перед его термической переработкой. Ключевые слова: воск, перга, влажность, очистка воскового сырья.
Введение. Воск имеет исключительно важное значение для народного хозяйства. Более 40 отраслей промышленности используют его в качестве сырья. Источник поступления воска в народное хозяйство - крупные и мелкие пасеки, пчелокомбинаты, которые сдают на заготовительные пункты лишь часть производимого ими товарного воска и воскосырья. Основная же часть уходит на производство вощины для обновления и увеличения сотового хозяйства пасек. Исходя из этого, важной задачей для пчеловодов представляется увеличение объемов получения и использования качественного воска I и II сорта. Традиционно для получения воска в условиях пасеки пчеловоды перетапливают в паровых или солнечных воскотоп-ках выбракованные пчелиные соты, которые как правило сильно загрязнены испорченной пергой. Перга существенно загрязняет получаемый воск, при этом снижает его сортность, а также впитывает большое количество воска, образуя при этом так называемую мерву - отход, получаемый при перетопке сотов. В большинстве случаев мерва не подлежит дальнейшей переработке в качестве воскового сырья. Очистка суши сотов от перги перед перетопкой позволяет увеличить выход товарного воска. Для обоснования рациональных условий пере-
1
работки воскового сырья необходимо иметь точные данные о влиянии количества перги в суши сотов на выход товарного воска в процессе перетопки [3].
Известно, что количество воска в пчелиных сотах варьирует в диапазоне от 0,16 до 0,48 кг, а количество перги в выбракованных перговых сотах может составлять от 0,1 до 0,86 кг [2, 4, 5, 6].
Цель и методика исследований. С целью определения возможности и целесообразности проведения очистки воскового сырья от загрязнений, включающих пергу, перед его основной переработкой (перетопкой), было решено исследовать гигроскопические свойства перги, в частности, ее способность растворяться в воде, и факторы, влияющие на скорость и степень растворения.
На данном этапе исследования необходимо количественно оценить способность перги к размоканию и диспергированию в воде при ее замачивании без механического перемешивания, и влияние на степень диспергирования следующих факторов: времени замачивания, температуры воды, первоначальной относительная влажности перги, гранулометрического состава перги до замачивания.
Диапазон варьирования факторами определялся исходя из технологических особенностей, связанных с механизированным производством перги и получением воскового сырья в виде измельченного воско-пергового вороха. Так, относительная влажность перги варьировала от 11-12% (нижний уровень), при которой возможно измельчение перговых сотов на штифтовых измельчителях, до 27-29% (верхний уровень), т.е. максимальной влажности, которую перга способна достичь, находясь на атмосферном воздухе. Свежая, нативная перга имеет влажность обычно 19-23% (средний уровень).
Максимальное значение температуры составляло 42 °С, при котором воск начинает приобретать пластические свойства, а, следовательно, увеличивается адгезия восковых частиц с частицами загрязнений, что затрудняет процесс очистки.
Размер восковых частиц в восковом ворохе колеблется от 1,5 до 150 мм2 [7], следовательно, при просеивании вороха через сито с размером отверстий 0,5*0,5 мм весь воск остается на сите. Поэтому необходимо диспергировать загрязнения с размером частиц > 0,5 мм.
В связи с выше сказанным экспериментальный материал приготавливался следующим образом. Перга, извлеченная из выбракованных пчелиных сотов, привезенных из различных районов Рязанской области, с применением механизированной технологии извлечения перги [1, 7, 8], подлежала измельчению на лабораторной мельнице и рассеиванию полученной массы на ситовом рассеве, сформированном из трех сит с диаметром отверстий 4,5; 3 и 0,5 мм. Таким образом, верхний уровень фактора гранулометрический состав представлен фракцией, состоящей из целых перговых гранул со средним размером гранул 5,75 мм; нулевой и нижний уровни образуют фракции со средним размером частиц 3,75 и 1,75 мм соответственно.
Относительная влажность материала Ж, % определялась по стандартной методике (ГОСТ 31776-2012 Перга. Технические условия):
т — т
ж = тн тк-100, (1)
тк
где тн - начальная масса навески, г.;
тк - конечная масса навески после высушивания, г.
Каждую фракцию разделяли на три части и доводили до требуемого уровня влажности путем подсушивания или добавления влаги.
Увлажненная перга выдерживалась в герметично закрытой емкости в течение двух недель.
По результатам предварительно проведенных экспериментов было определено максимальное время замачивания перги, составляющее 26 часов.
В таблице 1 представлены факторы и значения уровней варьирования факторами.
Таблица 1
Факторы и уровни их варьирования_
Уровни варьирования Интервал варьирования
Фактор Обозна- Ед. нижний нулевой верхний
чение изм. Кодированное обозначение
-1 0 +1
1 Время t час 2 14 26 12
2 Температура T °С 8 25 42 17
3 Относительная влажность W % 12 20 28 8
4 Гранулометрический состав d мм 1,75 3,75 5,75 2
Критерием оптимизации является степень диспергирования загрязнений в воде, определяемая количеством оставшихся на сите с диаметром отверстий 0,5 мм частиц.
Рассортированные по влажности и гранулометрическому составу пробы герметично запечатывались в полипропиленовые пакеты толщиной 35 мкм, маркировались и хранились в таком виде до начала проведения эксперимента.
Исследование проводилось следующим образом. Непосредственно перед проведением эксперимента пробы распечатывались, из них на весах марки ВЛКТ-500 формировались навески массой 7±2 г. с точностью до 0,01 г., которые помещались в одинаковые по объему емкости с дистиллированной водой и выдерживались в них при различных значениях температуры воды и времени замачивания в соответствии с планом эксперимента. Повторность опытов в каждой точке равна 3.
По истечении времени замачивания каждая емкость (закрытая крышкой) извлекалась из термостата, 2-3 раза переворачивалась, без интенсивного взбалтывания, после чего содержимое отфильтровывалось через сито с размером отверстий 0,5*0,5 мм. Оставшиеся на решете не диспергированные частицы смывались холодной дистиллированной водой в отдельную емкость, из которой полученная смесь подвергалась вакуумному фильтрованию через обез-золенные фильтры диаметром 12,5 см, предварительно пронумерованные, высушенные и взвешенные на весах марки ВЛКТ-500. После фильтрования фильтры с частицами осадка помещались в лабораторный сушильный шкаф, где выдерживались при температуре 102-105 °С в течении 4-6 часов, затем взвешивались.
Процент не растворившихся загрязнений Р, % (критерий оптимизации), в пересчете на сухую массу, определялся по формуле:
P = МФ+О - МФ
Мн
•100, (2)
где Мф+о - масса фильтра с частицами осадка после высушивания, г.;
Мф - масса сухого фильтра, г.;
ЖН - первоначальная относительная влажность навески, %;
МН - масса навески, г.
Результаты исследований. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных осуществлялась в программе МаШсаё 14, в качестве приближающей функции выбран квадратичный полином.
В результате статистической обработки получено уравнение регрессии, описывающее влияние четырех факторов на критерий оптимизации:
Р (г, Т ,Ж, ё ) = -19,9 + 2,95-Ж-0,047-г - ё-0,033 - Т - ё -
2 2 (3)
- 0,088-Ж-ё - 0,063-Ж2 + 0,677-ё2,
где Р - процент не растворившихся загрязнений (критерий оптимизации), %;
г - время выдерживания в воде, час.;
Т - температура воды, °С;
Ж - первоначальная относительная влажность навески, %;
ё - средний гранулометрический состав частиц фракции, мм.
Произведена проверка параметров регрессии на статистическую значимость по критерию Стьюдента на уровне а = 0,1. Незначимыми оказались коэффициенты при факторах t, Т, ё, квадратичных эффектах I2 и Т2, а также взаимодействиях Т, t■W и Т Ж.
Произведена проверка полученной модели на адекватность по критерию Фишера на уровне значимости а = 0,01. Модель адекватна при отношении расчетного и критического значений критерия 2,198 < 2,318 соответственно.
Оптимизация полученной модели встроенными средствами МаШсаё 14 позволила определить значения факторов, при которых функция (3) достигает минимального значения: Рт1П (t, Т, Ж, ё) = Р (26, 42, 12, 2.696) = 1.522%.
Выводы. На основании анализа результатов проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1. Все факторы оказывают значимое влияние на исследуемый процесс, при этом факторы время замачивания t, час. и температура воды Т, °С значимо влияют только во взаимодействии с фактором гранулометрический состав ё, мм (ф-ла (3)). При оптимальных значениях всех факторов количество не растворившегося осадка составляет не менее 1,5% от первоначальной массы загрязнений в пересчете на сухое вещество.
2. Целесообразно производить очистку в воде воскового сырья от загрязнений (перги), при относительной влажности последней 11-14 % и среднем размере частиц 2-2,5 мм, что соответствует ее состоянию в измельченной воскоперговой массе, полученной при производстве перги с применением механизированной технологии [1, 7, 8].
3. При увеличении времени замачивания и температуры воды количество не растворившегося осадка закономерно уменьшается. Вместе с тем, при разработке технологии и средств механизированной очистки воскового сырья от загрязнений, необходимо стремиться к уменьшению времени контакта воскового сырья с водой для исключения развития патогенной микрофлоры, а также к уменьшению температуры для снижения адгезионных свойств воска и перги. Полученная эмпирическая зависимость позволяет определить процент не растворившихся частиц загрязнений, не прошедших через отверстия сита, при желаемых значениях времени замачивания и температуры воды при отсутствии внешних механических воздействий.
Ссылки на источники
1. Бышов Н.В. Вопросы теории механизированной технологии извлечения перги из перговых сотов. Монография /Н.В. Бышов, Д.Е. Каширин. - Рязань: РГАТУ, 2012. - 113 с.
2. Бышов Н.В. Исследование отделения перги от восковых частиц / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Техника в сельском хозяйстве. - 2013. - № 1. - С. 26-27.
3. Бышов Н. В. Исследование процесса получения воска из воскового сырья различного качества / Н. В. Бышов, Д.Н. Бышов, Д.Е.Каширин, И. А. Успенский, В.В. Павлов // Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 6. - С. 145-149.
4. Каширин Д. Е. Исследование массы и геометрических параметров перговых сотов / Д. Е. Каширин // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 5. - С. 152-154.
5. Каширин Д. Е. К вопросу отделения перги из измельченной воскоперговой массы / Д. Е. Каширин // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 1. - С. 138-139.
6. Каширин Д. Е. К вопросу очистки суши пчелиных сотов от загрязнений перед перетопкой / Д.Е. Каширин, А. В. Куприянов // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию Института механики и энергетики, 16-19 октября 2012. - Саранск, 2012. - С. 235-236.
7. Пат. № 2360407 РФ. МПК А01К 59/00. Способ извлечения перги из сотов / Д.Е. Ка-ширин. - Заявл. 02.04.2008; опубл. 10.07.2009, бюл. № 19. -5 с.
8. Пат. № 2412590 РФ. МПК А01К 59/00. Установка для извлечения и очистки перги из сотов / Д.Е. Каширин. - Заявл. 07.12.2009; опубл. 27.02.2011, бюл. № 6. - 9 с.
Byshov, D.N.
Candidate of Technical Science, Associate Professor of Department "Machine and Tractor Park Maintenance", Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, Ryazan
Kashirin, D.E.
Doctor of Technical Science, Associate Professor, Head of Department "Electric Supply", Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, Ryazan
Pavlov, V.V.
Graduate student of Department "Electric Supply", Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, Ryazan
Research Of Hygroscopic Properties Of Pollutants Of Wax Raw Materials
Abstract. The technique and results of carrying out the experiment allowing to establish influence of time, temperature, humidity and particle size distribution of pollution of wax raw materials on extent of their destruction in water when soaking without external mechanical influences in the context of studying of an opportunity and expediency of damp purification of wax raw materials before his thermal processing are described.
Keywords: wax, bee bread, humidity, purification of wax raw materials.
