Схема переработки технической конопли в однотипную пеньку

Басова Наталья Владимировна,Новиков Эдуард Валерьевич, Безбабченко Александр Владиславович, Хомитов Абуали Сафаралиевич, Поселенов Дмитрий Дмитриевич. 

 

Журнал: ВЕСТНИК КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА. 2020 г. Том 15 № 1 (57) , с. 63- 67

https://doi.org/10.12737/2073-0462-2020-63-67 

 

 

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.

----------

Публикация полного текста статьи обусловлена острой проблемы обеспечения сельхозпроизводителей линиями первичной переработки