CC BY
8
УДК 519.233.5:677.11.044.4
СВ. БОБИРЬ, Т.О. КУЗЬМША, МБ. СДИНОВИЧ
Херсонський нащональний технiчний ушверситет
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ЗБЕР1ГАННЯ ЛЛЯНО1 СИРОВИНИ
В Р1ЗНИХ УМОВАХ
У cmammi розглянуто актуальну проблему збереження льоносировини пiдвищеноi вологостi. В po6omi наведено результати математичного моделювання процесу збер^ання лляно'1' сировини з використанням екологiчно безпечного бiологiчно активного консерванту при ргзнш вологостi вихiдноi сировини в середовищi Mathcad 13.0. В результатi отримано математичш моделi, як дозволяють прогнозувати змту яюсних параметрiв лляно'1' сировини тдвищено'1' вологостi у процеа збер^ання. Встановлено високу консервуючу дт нового бiологiчно активного препарату.
Використовуючи отриманi математичш моделi за оптим1зованими параметрами процесу зберiгання було одержано тресту достатнього ступеня вилежування. При подальшш механiчнiй переробцi яко'1' отримано лляне волокно, яке за ф1зико-мехатчними показниками можна рекомендувати для застосування у виробництвi оргатчного геотекстилю ргзного функцiонального призначення.
Ключовi слова: солома пiдвищеноi вологостi, збер^ання, бiологiчно активний препарат, математичне моделювання, органiчний геотекстиль.
С.В. БОБЫРЬ , Т.О. КУЗЬМИНА, М.Б. ЕДИНОВИЧ
Херсонский национальный технический университет
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ХРАНЕНИЯ ЛЬНЯНОГО СЫРЬЯ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ
В статье рассмотрена актуальная проблема хранения льносырья повышенной влажности. В работе приведены результаты математического моделирования процесса хранения льняного сырья с использованием экологически безопасного биологически активного консерванта при разной влажности исходного сырья в среде Mathcad 13.0. В результате получены математические модели, которые позволяют прогнозировать изменение качественных параметров льняного сырья повышенной влажности в процессе хранения. Установлено высокое консервирующее действие нового биологически активного препарата.
Используя полученные математические модели при оптимизированных параметрах процесса хранения была получена треста достаточной степени вылеживания. Дальнейшая механическая переработка позволила получить льняное волокно, которое по физико-механическими показателями можно рекомендовать к применению в производстве органического геотекстиля разного функционального назначения.
Ключевые слова: солома повышенной влажности, хранение, биологически активный препарат, математическое моделирование, органический геотекстиль.
S.V. BOBYR, T.O. KUZMINA, M.B.YEDYNOVYCH
Kherson National Technical University
MODELING OF FLAX RAW MATERIAL STORAGE IN DIFFERENT CONDITIONS
In the article the actual problem of high wet flax raw materials storage. The results of mathematical modeling of the storage of flax raw materials using environmentally friendly biologically active preservative at different humidity of raw materials in the Mathcad 13.0 software. The result obtained by mathematical models that allow to predict the change of qualitative parameters of wet flax raw materials during storage. Established high preservative effect of the new biologically active drug.
Using these mathematical models to optimize the parameters of the storage process has received the trust sufficiently staying. Further mechanical processing yielded flax fibers, which in physical and mechanical properties can be recommended for use in organic production of geotextiles of different functional purpose.
Keywords: high wet flax raw materials, storage, biologically active drug, mathematical modeling, organic geotextiles.
Постановка проблеми
В Украш сьогодш близько 20-50 % урожаю лляно! сировини не доходить до первинно! переробки. Це пов'язано з недотриманням агротехшчних строив збирання, несприятливими погодними умовами та вщсутшстю сучасних техшчних засоб1в збирання, внаслвдок чого, стебла льону олшного тривалий перюд знаходяться на пол в сташ тдвищено! вологосп. Льоносолома та треста тдвищено! вологосп е сприятливим середовищем для розвитку багатьох патогенних м1крооргашзм1в. В результат! спостер1гаеться попршення якост1 льоносировини та И втрата.
Попередш дослщження закордонних та вичизняних вчених показали, що основними факторами, яш обумовлюють збереження соломи в рулонах, е вологiсть сировини та умови збертання (температура i волопсть навколишнього середовища). Зг1дно нормативно-технiчнiй документацп нормативна вологiсть льоносоломи, що щддаеться пресуванню в рулони становить 19 %, при цьому гранично допустима волопсть не повинна перевищувати 23 %.
Шдвищення вологостi навколишнього середовища в осшньо-весняний перiод сприяе пвдвищенню вологостi соломи в серединi рулошв, як1 були сформованi навiть з нормативною волопстю, що активiзуе бюлопчш та екзотермiчнi процеси всерединi паковок i може призвести до розвитку плiснявих, патогенних грибiв та бактерш, в результатi чого значно знижуеться вихвдна технологiчна як1сть стебел льону [1].
Методи математично! статистики дозволяють провести моделювання процесу зберiгання лляно! сировини в рулонах з варшванням основних факторiв в необх1дних штервалах, що дае змогу прогнозувати змши як1сних показник1в льоносировини впродовж термшу зберiгання i запобiгти И псуванню.
Аналiз останнiх дослiджень i публжацш
Волокно льону олiйного - це матерiал з унiкальними фiзико-механiчними, хiмiчними та екологiчними властивостями. З його стебел можна отримувати у середньому 19 % целюлозовмiсного короткого волокна [2].
До останнього часу стебла соломи льону олшного не використовували в промисловостi i рулони соломи льону олшного збер^алися у полi просто неба, iнодi закриваючи зовшшню поверхню захисним покриттям. Через недотримання агротехнiчних строк1в збирання, вiдсутнiсть сучасних техшчних засобiв зберiгання та несприятливi погоднi умови, рулони соломи тривалий перiод знаходяться на полi в сташ щдвищено! вологостi. Льоносолома щдвищено! вологостi е сприятливим середовищем для розвитку багатьох патогенних мiкроорганiзмiв. В результат чого спостерiгаеться погiршення якосп льоносировини та И втрата [3].
Ввдомо, що штучне суш1ння е найнадшшшою технологiею консервування продукци, але через значну енергоемнiсть i високу вартiсть вона не знайшла застосування на практищ [1]. 1стотно меншу залежнiсть технологи зберiгання вiд змши погодних умов може забезпечити хiмiчне або бюлопчне консервування. Ю.В. Березовським були проведенi дослвдження з пошуку найкращого консерванту для збереження якосп соломи та трести льону-довгунця. Дослщження показали, що найкращим консервантом для збертання льоносировини тдвищено! вологостi е карбамщ [3].
На даний час юнуе багато рiзних хiмiчних речовин та препарапв для вирiшення проблеми зберiгання лляно! сировини, але не вс вiдомi консерванти характеризуються комплексом необхвдних властивостей: ефективнiстю, екологiчнiстю i дешевизною. Для збереження якостi стебел соломи льону олшного необхщш принципово новi екологiчно безпечнi, ефективнi та мало витратш консерванти.
Отже, науковi дослвдження свiдчать про перспективнiсть та економiчну доцiльнiсть розробки технологи збер^ання стебел соломи льону олiйного з метою одержання трести та волокна з необхвдними якiсними властивостями для виробництва органiчного геотекстилю рiзного функцюнального призначення.
Формулювання мети досл1дження
Завданням дано! роботи е визначення на основi методiв математичного моделювання оптимальних технологiчних параметрiв процесу зберiгання соломи льону олшного тдвищено! вологосп, що можуть забезпечити збереження фiзико-механiчних показнишв льоносировини на необхiдному рiвнi для подальшо! !! механiчно! переробки з метою отримання волокна, придатного для виготовлення органiчного геотекстилю.
Викладення основного матерiалу дослiдження
На першому еташ дослiджень зi зберiгання соломи щдвищено! вологостi було вирiшено так1 питання: визначення впливу вологостi соломи, ди консервантiв, тривалостi зберiгання та !х комплексно! дi! на збереження якосп лляно! сировини в процес збертання з метою виявлення кращого консерванту для проведення моделювання процесу збертання.
Дослiдження процесу зберiгання лляно! соломи тдвищено! вологосп проводили в лабораторних умовах кафедри товарознавства, стандартизацi! та сертифжаци ХНТУ. Зразки соломи доводили до вологосп 25, 30 та 35 %, а попм обробляли розчинами консерванпв з рiзними концентращями. Також проводили контрольний варiант, де зволожеш стебла льону залишали без обробки. Шсля обробки зразки соломи пресували в паковки з середньою щ№нютю 120 кг/м3, яка найкращим чином сприяе збереженню лляно! сировини в рулонах i в1дпов1дае вимогам нормативно -техшчно! документацi! (НТД). Солому пакували в полiетиленовi пакети, яш не герметизували для створення аеробних умов. Дослвдш зразки зберiгалися в закритих емностях при температурi 12-19оС та вiдноснiй вологостi примiщення 24-30 % протягом 1, 2 та 3 мюящв. Пiд час проведення експерименту постшно перевiряли вологiсть стебел соломи. По зашнченню визначеного строку стебла виймали i пiддавали природному сушшню, пiсля чого визначали органолептичш та фiзико-механiчнi показники лляно! сировини, зпдно НТД [4]. Порiвнювали яшсш показники вх1дно! сировини, контрольних зразшв iз вказаною вище вологiстю та зразшв оброблених консервантами.
Для дослщв в якостi консервантiв були обрат наступт препарати: карбамiд, композицiйний препарат на основi фосфату карбамиду та окаетильованого нонiлфенолу АФ 9-10, бюлопчно активнi
препарати «Триходермш» i «Фпоспорш-М». Обрат препарати мають високу бiологiчну, фунгщидну, бактерицидну активнiсть в першу чергу проти патогенних целюлоолiтичних грибiв i бактерiй, як1 розвиваються на стеблах льону пвдвищено! вологостi. Цi препарати е екологiчно безпечними та дешевими. Вiдмiннiсть обраних препаратiв вiд застосовуваних рашше, полягае в !х здатносп майже не пригнiчувати розвиток пектиноруйшвно! мiкрофлори, що дозволяе одержати лляну тресту без традицiйного розстилання.
Результата середшх значень показник1в якостi трести та лубоподiбного волокна, одержаних з соломи льону олшного, що зберталася з вологiстю 35 % протягом 3-х мiсяцiв, без обробки (контрольний варiант) та при застосуваннi консервуючих речовин з оптимальними концентрацiями, подано у табл. 1.
Таблиця 1
Фiзико-мехашчш показники трести та лубоподiбного волокна, одержаних з соломи льону олшного _при збер^анм з волопстю 35 % протягом 3-х мкящв_
н а в
вну
е
ц
ав Е Й
о и Ы &
Фiзико-механiчнi показники
у р
о
ок а п
у
рг
а в
мд ео
И л от
.3 -У
« Я
о л о в т с
ск е т
,ь т
^ -У
« а
нн о Н
е г с
е н о нч а
в и ант ич нк
р а н ко
з о ава и д л о
р н о в
н
е
в и
о =з к
врнс
Контрольний варiант
6,6
21,6
4,62
16,2
3,5
Солома, тсля обробки карбамидом_
6,8 %
5,5
20,9
6,47
34,6
5,4
Солома, тсля обробки композищею
0,2 г/л
5,7
20,9
6,36
38,2
6,0
Солома, тсля обробки Триходермшом
0,5 %
5,4
20,2
7,25
50,0
6,9
Солома, тсля обробки Фггоспоршом-М
1,25 %
5,0
19,7
,08
63,0
7
Аналiз наведених (табл. 1) даних показуе, що фiзико-механiчнi показники стебел соломи льону шдвищено! вологостi за вама варiантами обробки протягом 3-х тсяцш зберiгання поступово знижуються. Найбiльше втратила сво! початковi показники солома у контрольному варiантi. Так, показник розривного навантаження одиничного волокна, одержаного iз лляно! соломи з вологiстю 35 % знизився в 8,1 раз, тобто зменшився з 131,7 сН (вхвдний показник лубу) до 16,2 сН.
До того ж в процеа збертання лляно! соломи шдвищено! вологосп при температурi 12-19 оС рiзко активiзуються мiкробiологiчнi процеси всередиш паковок. Вже до к1нця 1-го мюяця зберiгання зразки льону з волопстю 35 % без обробки консервантами та зразки з волопстю 25 i 30 % до кшця 2-го мiсяця мали бурий колiр з вогнищами цвiлевих грибiв i сiро! плямистостi. Таким чином, лляна солома шдвищено! вологосп за вказаний перюд зберiгання стае непридатною для подальшо! переробки.
У той же час, на стеблах соломи тсля обробки консервантами, протягом всього строку збер^ання, цвiлевi гриби не розвивалися. Пiд дiею застосовуваних препарапв вiдбуваеться значне уповiльнення основних бюлопчних процесiв всерединi випробуваних зразк1в. В процеа збертання соломи пiдвищено!' вологосп з використанням консервуючих речовин також спостертаеться поступова змiна кольору, шдвищення показник1в вiдокремлюваностi та вмiсту волокна, зниження лiнiйно! щiльностi та розривного навантаження одиничного волокна. Але щ змши на даному етапi збертання е позитивними, тому, що вказують на процес мацерацi! стебел, який сприяе повiльному мiкробiологiчному перетворенню соломи в тресту [5, 6].
За результатами органолептично! та шструментально! ощнки трести, одержано! пiсля 3-х мюящв зберiгання соломи пвдвищено! вологостi встановлено, що на 1-у та 2-у мющ за сво!ми консервуючими характеристиками е бюлопчно активнi препарати «Фггоспорш-М» i «Триходермiн», на 3-у мющ -композицшний препарат на основi фосфату карбамiду i нонiлфенолу АФ 9-10, а на 4-у - карбамщ.
На другому етат для ошгашзаци процесу зберiгання стебел соломи льону олшного було проведено регресшний аналiз впливу умов зберiгання на фiзико-механiчнi показники одержаного лляного волокна. Математична модель процесу зберiгання соломи льону олшного щдвищено! вологостi розроблялася для бюлопчно активного препарату «Фпоспорш-М», осшльки саме з цим консервантом були отримаш найкращi результати.
За вихщш критерi!' для лляно! соломи, що збер^алася з тдвищеною вологiстю було обрано: У1 -вiдокремлюванiсть, од. та У2 - розривне навантаження одиничного волокна, сН; За фактори варшвання було обрано: Т - тривалють збертання; С - концентращя препарату. Рiвнi варiювання факторiв процесу збертання лляно! сировини, подано у табл. 2.
На щдстав1 комп'ютерного моделювання в середовищ1 Mathcad 13.0 було визначено коефщенти регресшно! модел другого порядку (1, 2). За допомогою критерш Стьюдента було ощнено !хню значим1сть 1 перев1рено адекватшсть модел дослщжуваного об'екту (за критер1ем Фшера). Отримаш модел1 адекватш експериментальним даним з дов1рчою ймов1ршстю 0,95.
Таблиця 2
Р1в1и вариовання фактор1в _
Тривалють збер1гання Концентращя препарату
Фактор та одинищ вим1ру натуральт кодоват значення натуральт кодоват
значення, м1с. значення, % значення
Позначення фактор1в Т г С с
- и 1 0 0 0 0
2 1 0,333 0,5 0,4
% Я -Я « 3 2 0,667 0,75 0,6
4 3 1 1,0 0,8
5 - - 1,25 1
1нтервал варшвання ДХг- 3 1 1,25 1
Р1вняння регресп для вих1дних параметр1в лляно! трести, отримано! в процеа збертання соломи льону олшного шдвищено! вологосп при обробщ бюпрепаратом «Фггоспорш-М» мають вигляд: - для в1докремлюваност1, од. (1)
У1 (м>, г, с) = 1,434 + 0,591^ + 5,383г - 0,488с - 0,396^2 +1,43^ -1,647г2 - 0,1^с + 0,168с2 - 1,474с™ ,
- для розривного навантаження одиничного волокна, сН (2)
Г4(^, г, с) = 120,752 - 8,344^ - 200,579г + 47,532с + 3,296^2 - 10,814^ + 110,712г2 + + 2,081^с - 35,912с2 + 39,293см>.
(1)
(2)
Граф1чне воображения одержаних поверхонь ввдгуку залежносп вихвдних параметр1в в1д вхвдних фактор1в представлено на рис. 1.
а) б)
Рис. 1. Результати аироксимацм залежност вих1дних параметрiв вiд вхiдних фактор1в - Т-тривалосп збер^ання, мiс; С-концентрацп препарату, %; пщ час зберiгання соломи льону олшного пщвищеноТ
вологостi - "^-25 %; W2-30 %; Wз-35 %: а) вiдокремлюванiсть, У!, од.; б) розривне навантаження одиничного волокна, У2, сН.
Як показуе анал1з отриманих граф1чних залежностей (рис. 1), з1 збшьшенням концентрацп бюпрепарату «Фггоспорш-М» ввд 0,5 до 1,25 % суттево тдвищуеться збереження як1сних показник1в лубопод1бного волокна, отриманого в процеа збер1гання стебел соломи льону ол1йного шдвищено! вологосп протягом 3-х мюящв. Показник ввдокремлюваносп при обробщ стебел соломи бюпрепаратом з концентращею 1,25 % наприкшщ збертання становив 5,0 од., при обробщ соломи бюпрепаратом з концентращею 0,5 % цей показник дор1внював 5,9 од., а у контрольному вар!анп - 6,6 од. Показник розривного навантаження одиничного волокна при обробщ стебел льону зазначеним препаратом з концентращею 1,25 % через 3 мюящ становив 63,0 сН, при обробщ з концентращею 0,5 % дор1внював лише 49,7 сН. У контрол1 цей показник становив 16,2 сН.
Граф1чне вщображення оптимально! обласл значень вищезазначених вихщних параметр1в наведено на рис. 2. Лляна треста вважаеться вилежаною, якщо вщокремювашсть становить ввд 4,1 до 7 од. при цьому розривне навантаження для лубопод1бного одиничного волокна повинно бути не нижче шж 40 сН. Можна
вважати, що при отриманш водночас таких значень в процеа збер^ання льоносировини е досягненням необхiдного результату експерименту.
О 025 0.5 0.75
с; %
1 1,2;
0.5-
1.5-
2.5-
г
: ■
•• * • * ■
Т. Mic
а)
б)
в)
Рис. 2. Вплив вхiдних (факторш - Т-тривалост збсрманни, Mic; С-концентрацп препарату, %; на визначення оптимальмих вихiдмих параметрiв для соломи, що збер^алася з волопстю 35 %: а) ввдокремлюванкть, Yt, од.; б) розривне навантаження одиничного волокна, Y2, сН; в)
перетин областей Yt i Y2.
Аналiз моделей рiвнянь регресй' (1, 2) та графiчних образiв (рис. 1, 2) свщчить, що при вах концентрацiях бiологiчно активного препарату «Фпоспорш-М» через 3 мiсяцi зберiгання соломи льону олшного шдвищено! вологосп, одержано лляну тресту цiлком придатну для подальшо! механiчноï переробки.
Таким чином, за результатами проведеного моделювання процесу збертання стебел соломи льону олiйного встановлено, що при обробщ стебел льону олшного консервантом «Фггоспорш-М», льоносировина щдвищено! вологостi 25-35 % може збертатися протягом 3-х мiсяцiв i бшьше без зниження технологiчноï якостi сировини.
Висновки
В результатi проведених комплексних дослвджень з використанням математичного моделювання оптишзовано процес зберiгання соломи льону олшного падвищено! вологостi.
Аналiз отриманих математичних моделей сввдчить, що обраний бюлопчно активний препарат «Фпоспорш-М» мае ефективну консервуючу дiю. При його застосуванш в дiапазонi концентрацiй вiд 0,5 до 1,25 % тд час збер^ання соломи ввдзначаеться високий стутнь збереження фiзико-механiчних показникiв, особливо розривного навантаження, що е одним iз основних показнишв якосп льоносировини. За умови впровадження розроблено! технологи збертання соломи льону олiйного з тдвищеною волопстю до 35 %, льоносировина може збериатися в умовах твденного регюну Украши понад 3 мюящ без псування.
Список використано'1 лггератури
1. Ддух В.Ф. Збирання та первинна переробка льону-довгунця: монографiя / В.Ф. Двдух, 1.М. Дударев, Р.В. Лiрчук. - Луцьк: Ред.-вид. вщдш ЛНТУ, 2008. - 215 с.
2. Бобырь С.В. Сохранность качественных показателей соломы льна масличного в условиях юга Украины / С.В. Бобырь, Т.О. Кузьмина, М.И. Расторгуева // Вестник Витебского государственного технологического университета. - 2014. - № 26. - С.29-37.
3. Березовський Ю.В. Оптимiзацiя процесу збериання лляно! трести шдвищено! вологосп: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.03 / Березовський Юрш Всеволодович. - Херсон, 2002. - 156 с.
4. Треста лляна. Техшчш умови: ДСТУ 4149:2003. - [Чинний ввд 2004-01-01]. - К.: Держстандарт Украши, 2004. - 17 с. (Нацюнальний стандарт Украши).
5. Бобырь С.В. Сохранность соломы льна масличного повышенной влажности / С.В. Бобырь, Т.О. Кузьмина // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс - 2013): сборник матер. междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. - Иваново: Текстильный институт ИВГПУ, 2013. - С. 65-69.
6. Бобырь, С.В. Збер^ання льоносоломи шдвищено! вологосп / С.В. Бобирь // Науковi розробки молодi на сучасному етат: Всеукра!нська наукова конференщя молодих учених та студентiв. Тези доповщей Т.1. Новi наукомiсткi технологи виробництва матерiалiв, виробiв широкого вжитку та спецiального призначення. - К.: КНУТД, 2013. - С. 284-285.
7. Волокно лляне коротке. Техшчш умови: ДСТУ 5015:2008. - [Чинний ввд 2008-12-06]. - К.: Держспоживстандарт Украши, 2009. - 10 с. (Нацюнальний стандарт Украши).
