CC BY
19
УДК 519.233.5:677.11.044.4
МБ. еДИНОВИЧ, СВ. БОБИРЬ, т.о. кузьмша
Херсонський нацюнальний техшчний унiверситет
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ РОСЯНОГО МОЧ1ННЯ СОЛОМИ ЛЬОНУ ОЛ1ЙНОГО
У cmammi розглянуто актуальну проблему розробки технологи приготування трести i3 соломи льону олшного. В роботi наведено результати математичного моделювання в середовищi Mathcad 14 процесу росяного мочiння (розстилу) з використанням екологiчно безпечного бiологiчно активного препарату «Триходермт». В результатi отримано математичн моделi, як дозволяють прогнозувати змту яюсних параметрiв лляно'1 сировини у процеа розстилу. Встановлено високу ттенсиф^ючу дт нового бiологiчно активного препарату.
Використовуючи отримаш математичнi моделi, за рацiоналiзованими параметрами процесу розстилу можна одержувати тресту ргзного ступеня вилежування. Отримуване при подальшш механiчнiй переробцi трести лляне волокно, можна рекомендувати для застосування у виробництвi продукцИ ргзного функцюнального призначення.
Ключовi слова: солома льону олшного, треста, бiологiчно активний препарат, росяне мочтня, математичне моделювання.
М.Б. ЕДИНОВИЧ, С.В. БОБЫРЬ, Т.О. КУЗЬМИНА
Херсонский национальный технический университет
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РОСЯНОЙ МОЧКИ СОЛОМЫ ЛЬНА МАСЛИЧНОГО
В статье рассмотрена актуальная проблема разработки технологии приготовления тресты из соломы льна масличного. В работе приведены результаты математического моделирования в среде Mathcad 14 процесса росяной мочки (расстила) с использованием экологически безопасного биологически активного препарата «Триходермин». В результате получены математические модели, которые позволяют прогнозировать изменение качественных параметров льняного сырья в процессе расстила. Установлено высокое интенсифицирующее действие нового биологически активного препарата.
Используя полученные математические модели, с оптимизированными параметрами процесса расстила можно получать тресту разной степени вылежки. Получаемое при дальнейшей механической переработке тресты льняное волокно, можно рекомендовать для применения в производстве продукции различного функционального назначения.
Ключевые слова: солома льна масличного, треста, биологически активный препарат, росяная мочка, математическое моделирование.
M.B.YEDYNOVYCH, S.V. BOBYR, T.O. KUZMINA
Kherson National Technical University
SIMULATION OF DEW RETTING PROCESSING OILSEED STRAW
The article deals with the actual problem of dew retting processing oilseed straw. The paper presents results of mathematical modeling in the Mathcad14 software of using environmentally safe biological active preparation "Tryhodermin" in dew retting processing oilseed straw. Obtained mathematical models can use to predict change of linen quality parameters of raw materials in the dew retting. The new biologically active drug has a high ability to intensify the dew ratting method.
Using these mathematical models for optimized process parameters of dew ratting can get varying degrees of straw maturing. Further mechanical processing yielded flax fibers, can be recommended for use in organic production of geotextiles of different functional purposes.
Keywords: oilseed straw retted straw, biologically active drug, dew retting, mathematical modeling.
Постановка проблеми
Виробнич1 та науков1 дослвдження сввдчать про перспектившсть та економ1чну дощльшсть розширення поавних площ льону олшного. Але, на жаль, стебла ще! культури в Укра!ш мало використовуються, оскшьки вважаеться, що в них знаходиться низький вмют волокна i видшення його не е рентабельним. Однак, сьогодш кра!ни евросоюзу, Швшчно! Америки, Китай та iншi виявляють тдвищений штерес до використання стебел льону олшного для виготовлення рiзних видiв продукци в багатьох галузях промисловосп. Також слад зазначити, що до цього часу не розроблено достатньо ефективних технологш одержання трести iз соломи льону олшного, не визначено оптимальш параметри та режими росяного
мочшня, не виявлено закономiрностей змши фiзико-механiчних характеристик у процеа перетворення лляно! соломи в тресту. Виршення цих питань дозволить визначити яшсш характеристики лубу та волокна, отримуваних на рiзних стадiях процесу росяного мочiння соломи льону олшного i розробити рекомендацп з !х використання в рiзних галузях промисловостг
Виходячи з вищевикладеного, актуальним завданням укра!нських науковцiв е розробка теоретичних основ створення ресурсозберiгаючиx та еколопчно безпечних теxнологiй приготування трести iз соломи льону ол1йного.
Методи математично! статистики дозволяють провести моделювання процесу приготування трести iз соломи льону олшного з варшванням основних факторiв в необxiдниx iнтервалаx, що дае змогу прогнозувати змiни як1сних показнишв льоносировини впродовж термiну розстилу i отримати волокно iз заданими яшсними показниками.
Анaлiз останшх дослiджень i публжацш
У науковiй лiтературi дуже мало вiдомостей про процес одержання трести iз соломи льону олшного [1]. Анатзуючи iснуючi способи приготування лляно! трести iз соломи, можна зробити висновок, що найбiльш перспективним способом одержання трести з соломи льону олшного е споаб росяного мочшня (розстилання), який не потребуе великих енерговитрат, спецiального обладнання та дорогих реагенлв.
Порiвняльний анал1з морфолопчно! i анатомiчно! будови та xiмiчного складу льону олiйного й льону-довгунця сввдчить, що термiн розстилу льону олшного значно вiдрiзняеться вiд термшу розстилу льону-довгунця в бiк його скорочення [1].
У пiвденному репош Укра!ни, де зосередженi найбiльшi поавш площi льону олiйного, основною перешкодою для нормального переб^ процесу розстилу е несприятливi клiматичнi умови в серпш мiсяцi -достатньо висока денна температура повггря 30-35°C, низька вщносна вологiсть повiтря 28-31% та недостатня кiлькiсть атмосферних опадiв (у середньому 22 мм). За таких умов бюлопчний процес перетворення лляно! соломи в тресту проходити не буде, осшльки вiдсутнiсть опадiв унеможливлюе розвиток пектиноруйшвно! мiкрофлори на поверхш стебел. Цей процес ввдбуваеться тд дiею анаеробних та аеробних бактерш i грибiв, що розвиваються при середньодобовш температурi 15-20 °C i ввдноснш вологостi повiтря 60-80 % [1, 2, 4].
На основi теоретичних та експериментальних досл1джень науковцями ХНТУ Г.А. ^хосовою, О.О. Горач та ш. було зроблено висновок, що одним iз шляхов створення на швдш Укра!ни оптимальних умов для приготування трести з високими яшсними показниками е застосування штучного зволоження [1].
Так, О.О. Горач був розроблений споаб одержання трести зi стебел соломи льону олшного в кл1матичних умовах степово! зони Укра!ни. Цей спосiб включае зволоження стебел луб'яно! культури на льонищi водою термiном 8-10 хвилин через кожш 12 годин протягом п'яти дiб до вологостi розiсланого шару стебел 100 %. Також астрантами кафедри товарознавства, стандартизацп та сертифшацп було запропоновано способи приготування лляно! трести, що передбачають зволоження соломи бюлопчним препаратом «Байкал-ЕМ-1-Р» через кожш 24 години протягом 10 дiб та азотовмюними xiмiчними композицiйними препаратами через кожш 12 годин протягом 3-х дiб при тривалосп обробки 8-10 хвилин до вологостi 100 % [3].
Формулювання мети дослщження
Метою даних досл1джень е розроблення нового екологiчно чистого способу одержання трести зi стебел соломи льону олшного в умовах швдня Укра!ни та отримання математичних моделей зв'язку якiсниx характеристик отримуваного волокна ввд умов проведення розстилу, що дозволить визначити рацюнальш параметри процесу росяного мочшня.
Викладення основного мaтерiaлу дослщження
Вщомо, що для одержання лляно! трести з високими показниками якосп необхвдно забезпечити оптимальнi умови для процеав життедiяльностi пектиноруйнiвниx грибiв шляхом покращення !х мiнерального живлення [4]. Для розвитку бажано! пектиноруйшвно! мшрофлори потрiбно створити умови азотного живлення мiкроорганiзмiв, як1 е домiнуючими в процеа розстилу соломи льону олшного, а саме: Alternaria linicola Glov, Cladosporium herbarum Link, Colletotrichum lini. У процесi вилежування трести також розвиваються целюлозоруйшвш й патогеннi гриби: Gonatobotrys flava, Septoria linicola та Fusarium gibbosum. Ферменти цих грибiв за певних умов розкладають серединш пластинки луб'яних пучков. Це ввдбуваеться у разi довгого перебування стебел соломи на стелищг Залежно ввд умов росту та розвитку той чи шший гриб може дом^вати, тому в результатi розстилу можна отримати тресту рiзно! якостi [4].
З метою прискорення процесу приготування трести з високими та однорвдними яшсними показниками у данш робоп запропоновано застосовувати пiд час розстилу штучне зволоження соломи льону олшного розчином бюлопчно активного препарату «Триходермш» [5].
З метою вибору оптимально! концентрацп бiопрепарату «Триxодермiн» для обробки соломи льону олшного iз застосуванням штучного зволоження в процесi розстилу було проведено дослвдження впливу цього бюлопчно активного агенту при трьох рiвняx концентрац^! 1,0; 1,5; 2,0 % i термшу вилежування ввд 1 до 9 дiб на фiзико-меxанiчнi показники трести та волокна для трьох сорпв льону олшного: Вiра, Пiвденна нiч, Дебют. Результати дослвджень свiдчать, що застосування бюпрепарату «Триxодермiн» п1д час розстилу сприяе iнтенсифiкацi! цього процесу при зволожеш стебел льону ол1йного до 80 % один раз на добу, 6-8
хвилин. Фiзико-механiчнi показники лляно! сировини визначали зпдно з чинною нормативно--техшчною документацieю [6, 7]. На розроблену технологiю одержання трести шляхом розстилу соломи льону олшного отримано патент Укра!ни № 81140 МПК D01B 1/00 на корисну модель [8].
Для визначення рацюнальних параметрiв проведення процесу розстилу стебел соломи льону олшного було проведено математичне моделювання в середовищi Mathcad 14.
За вихщш критерiï для лляно! соломи, було обрано: Y1 - розривне навантаження волокна, отриманого у процесi розстилу, даН; Y2 - гнучк1сть волокна, мм, Y3 - вiдокремлюванiсть, од. За фактори варшвання було обрано: Т - тривалють процесу розстилу, дiб; С - концентращя препарату, %. Рiвнi варшвання факторiв процесу зберiгання лляно! сировини, подано у табл. 1.
Таблиця 1
Фактор та одинищ вимiру Тривалють зберiгання Концентращя бюпрепарату «Триходермш»
натуральт кодоват значення натуральт кодоват
значення, доба. значення, % значення
Позначення факторiв Т t C c
« 1 0 0 1 0
s 2 5 0,556 1,5 0,25
S й 3 6 0,667 2 0,5
« 4 7 0,778 0 0
5 8 0,889 0 0
9 1 0 0
Диапазон варшвання 9 1 2 1
У результата моделювання в середовищi Mathcad 14 було отримано ввдповвдш рiвняння регресiï. Пiсля чого було оцшено !хню значимiсть (за допомогою критерш Стьюдента) i перевiрено адекватнiсть моделей (за критерieм Фшера) [9]. Встановлено, що отриманi моделi адекватнi експериментальним даним з довiрчою ймовiрнiстю 0,95. Рiвняння регресп для вихвдних параметрiв лляно! трести, отримано! в процеа розстилу соломи льону олшного при обробщ бюпрепаратом «Триходермш» для сортiв Вiра та Швденна нiч мають вигляд (1 - 6). Графiчне вiдображення одержаних поверхонь ввдгуку залежностi вихiдних параметрiв ввд вхiдних факторiв представлено на рис. 1 - 3.
Для розривного навантаження, даН (1, 2), рис. 1:
Вiра: Y1(t, c) = 21,039 - 3,525c + 1,128t - 3,68c2 - 4,98ct - 2,853t2 Швденна шч: Y1 (t, c) = 18,502 - 4,638c - 0,652t - 1,836c2 - 4,29ct - 0.4t2
(1) (2)
Рис. 1. Поверхт в1дгуку для розривного навантаження волокна, отриманого i3 сорт1в Bipa (а) П1вденна н1ч (б).
Для гнучкосп, мм (3, 4), рис. 2:
Вiра: Y1 (t, c) = 12,845 + 51,846c - 1,69t - 12,163c2 + 8,675ct + 4,533t2
Швденна шч: Y1(t, c) = 13,63 + 53,68c + 2,918t - 15,418c2 + 9,384ct - 4t2
(3)
(4)
а б.
Рис. 2. Поверхш ввдгуку для гнучкосп волокна, отриманого 1з сорт1в В1ра (а) Пшденна н1ч (б).
Для вщокремлюваносп, од. (5, 6), рис. 3:
Вiра: Y3(t, с) = 1,333 + 4,455c - 0,138/ + 0,405с2 + 2.312с/ + 0.8/2 Пiвденна нiч: Y3(t, с) = 1,404 + 4,526c + 0,318/* + 0,31c2 + 2.142с - 0.133/2
(5)
(6)
ОД. од
а.
б.
Рис. 3. Поверхш ввдгуку для в1докремлюваност1 волокна сорпв В1ра (а) П1вденна н1ч (б).
Одержат результати дослiджень сввдчать, що застосування запропонованого способу штучного зволоження лляно! соломи розчином бiопрепарату «Триходермш», дае можливiсть отримати високояк1сну тресту за досить короткий термш i з найменшими витратами н1ж в шших розглянутих вище способах.
Аналiз отриманих результатiв показуе, що найкращ значения, як1 характеризують iнтенсивнiсть процесу приготування трести, було отримано на 8-у й 9-у добу розстилу у варiантi, де стебла льону зволожувались 2,0 % розчином бюпрепарату. Однак пiсля комплексно! органолептично! та шструментально! оцiнки якостi одержано! трести можна зробити висновок, що на 8-у добу розстилу треста мае оптимальш яшсш показники та цшком придатна для подальшо! механiчно! переробки. Також, виходячи з економiчно! дощльносп, скорочення тривалостi процесу приготування лляно! трести до 8-и дiб е б№ш обгрунтованим, оск1льки сприятиме зменшенню витрат на !! виробництво.
Також у програмному середовищi Mathcad 14 було отримано графiчне вiдображення оптимально! обласл значень вищезазначених вихвдних параметрiв (рис. 4). Лляна треста вважаеться вилежаною, якщо вiдокремюванiсть становить ввд 4,1 до 7 од. при цьому розривне навантаження волокна льону олшного повинно бути не нижче нiж 15 даН. Можна вважати, що при отриманнi водночас таких значень в процеа розстилу льоносировини е досягненням необхiдного результату експерименту.
Таким чином, аналiз моделей рiвнянь регресi!' (1 - 6) та графiчних образiв (рис. 1 - 3) сввдчить, що при зволоженш до 80 % один раз на добу стебел соломи сорту Вiра бюлопчно активним препаратом «Триходермш» концентрашею 2,0 % через 8-9 дiб розстилу можна отримати лляну тресту нормального ступеня вилежування придатну для подальшо! механiчно! переробки. Слад зазначити, що втрата мiцностi волокна сорту Вiра в процесi розстилу йде бiльш повiльно, шж сорту Швденна нiч (рис. 4), тому для сорту Швденна нiч слщ проводити розстил у термiн не бшьше нiж 6 дiб з концентращею «Триходермша» вiд 1,5
до 1,9 %, залежно вщ необхвдних яшсних показник1в трести. Для сорту соломи льону олшного Дебют процес розстилу в дослщжуваних iнтервалах варiювання вхвдних факторiв проходить аналопчно сорту Bipa.
Bipa
1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2 1
_|- — 1 — —1— —
0 — С, %
0,9—
6,3-
7,2
9,0- t, ДС
ба
б
Рис. 4. Вплив вхвдних факторш — 1-тривалост1 розстилу, доби; С-концентраци препарату, %; на визначення оптимальних вих1дних параметр1в для трести 1 волокна: а) перетин областей розривного навантаження У1 1 в1докремлюваност1 У3 для сорту В1ра б) перетин областей розривного навантаження У1 1 в1докремлюваност1 У3для сорту П1вденна шч. (• — розривне навантаження, х — в1докремлюван1сть).
Висновки
У результатi проведених комплексних дослвджень з використанням математичного моделювання визначено рацiональнi параметри процесу росяного мочiння соломи льону олшного для трьох сортiв: Вiра, П1вденна нiч, Дебют.
Анал1з отриманих математичних моделей сввдчить, що використання бiологiчно активного препарату «Триходермш» в дiапазонi концентрацiй вiд 1,0 до 2,0 % тд час процесу росяного мочшня соломи льону олшного на протязi вiд 1 до 9 дiб дозволяе прогнозувати змшу фiзико-механiчних показник1в, особливо розривного навантаження, що е одним iз основних показнишв якостi льоносировини та вщокремлюваносп волокна як показника ступеня вилежування трести. Використання отриманих залежностей на практищ дасть змогу отримувати тресту i волокно з рiзними яшсними показниками вiдповiдно функцiональному призначенню.
а
Список використаноТ лiтератури
1. Чуpсiнa Л.А. Нaуковi основи комплексно! переробки стебел та насшня льону олiйного: моногр. / Л.А. Чуpсiнa, Г.А.Тiхосовa, О.О. Горач, Т.1. Янюк. - Херсон: Олдьплюс, 2011. - 356 с.
2. Кузьмша Т.О. Як1сть i стaндapтизaцiя модифiковaних лляних волокон: моногpaфiя / Т.О. Кузьмiнa, Л.А. Чурсша, Г.А. Тiхосовa. - Херсон: Олдьплюс, 2009. - 416 с.
3. Пат. 56846 U Украша, МПК D01 В 1/00, А01 D 45/06. Споаб одержання трести з соломи льону олшного / Прохорова Н.1., Шосова Г.А. - № u 2010 09344; заявл. 26.07.10; опубл. 25.01.11, Бюл. № 2.
4. Возняковская Ю.М. Микробиология мочки льна / Ю.М. Возняковская. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 136 с.
5. Бобирь С.В. Еколопчно чистий споаб одержання трести з соломи льону олйного в умовах степово! зони Украни / С.В. Бобирь // Проблемы хтюйитжшльной промышленности Украины. - 2012. - № 2(20). -С. 130 - 136.
6. Треста лляна. Техшчш умови: ДСТУ 4149:2003. - [Чинний вщ 2004-01-01]. - К.: Держстандарт Украши, 2004. - 17 с. (Нацюнальний стандарт Украши).
7. Волокно лляне коротке. Техшчш умови: ДСТУ 5015:2008. - [Чинний вщ 2008-12-06]. -К.: Держспоживстандарт Украши, 2009. - 10 с. (Нацюнальний стандарт Украши).
8. Пат. № 81140 Украша, МПК D01B 1/00. Споаб одержання трести з соломи льону олшного / Бобирь С.В., Островська А.В., Кузьмша Т.О. - № u 2012 14321; заявл. 14.12.2012; опубл.25.06.2013, Бюл.№ 12.
9. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности: учеб. пособие / А.Г. Севостьянов. - М.: Лёгкая индустрия, 1980. - 392 с.
