Исследование процесса получения воска из воскового сырья различного качества

Традиционно для получения воска в условиях пасеки пчеловоды перетапливают в паровых или солнечных воскотопках выбракованные пчелиные соты, которые, как правило, сильно загряз- нены 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, образуемый 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 [6]. Для обоснования рациональных условий переработки воскового сырья необходимо иметь точные данные о влиянии количества перги в суши сотов на выход товарного воска в процессе перетопки.

Механизированные технологии очистки воскового сырья могут включать также ряд дополнительных операций. В связи с этим необходимо иметь также данные об основных физикомеханических свойствах подлежащих переработке пчелиных сотов. Известно, что основным элементом, обеспечивающим прочность пчелиного сота, является вощина [3, 4]. Поскольку воск относится к упруговязкопластичным материалам, характеризовать прочностные свойства сотов целесообразно показателем относительного удлинения восковой основы сота после разрыва. Исследуемый показатель позволяет определить температурные диапазоны, при которых продукт обнаруживает по большей части хрупкие или пластичные прочностные свойства. Поэтому для создания рациональных температурных условий, при которых возможно проводить механизированную очистку суши сот, необходимо учитывать теплофизические свойства восковой основы сота.

Цель и задачи исследований. Установление влияния количества содержащейся в суши сотов перги на выход товарного воска в процессе переработки посредством паровой воскотопки и изучение влияния температуры на пластические свойства восковой основы.

Материал и методы исследований. Для опытов были получены очищенный воск I и II сортов и гранулы перги, извлеченные из суши сотов. Воск измельчали до среднего размера частиц 2÷5 мм, после чего смешивали в заданной для эксперимента пропорции с пергой.

Поскольку из литературных источников 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 [1, 2, 5], для проведения эксперимента были выбраны следующие процентные соотношения перга/воск: 25/75; 33/67; 42/58; 50/50; 66/34.

Массу добавляемых к воску загрязнений определяли по следующей формуле:

"- В = ВН^ •(^)• (1)

где ∆m В – масса добавляемых загрязнений, г; М ВН – масса навески воска, в которую добавляли загрязнения, г; W К – процент загрязнений, требуемый для опыта, %; W Н – исходный процент содержания загрязнений, принимаем равным 0.

Образовавшуюся воскоперговую массу перемешивали до однородной консистенции. Из массы формировались навески массой 3000±10 г, которые загружались в паровую воскотопку марки ВТП. В процессе перетопки получался воск, внутри воскотопки оставалась масса перговых гранул, пропитанная воском, дальнейшее извлечение из которой воска посредством воскотопки не представляется возможным. Количество полученного воска взвешивали на весах марки ВЛТК-500М с точностью до 0,01 г. Выход воска из перетопленной искусственно загрязненной суши сотов определяли по следующей формуле:

WВ = ^ -100, (2) м ВН где WВ – выход воска, %; МВП – масса воска, полученная в результате перетопки искусственно загрязненной суши, г; МВН – масса навески воска, в которую добавляли загрязнения, г.

Опыты проводились с 3-кратной повторностью в каждой точке.

Для выявления зависимости прочностных свойств восковой основы сота (вощины) от температуры был проведен эксперимент на установке РМБ-10-2М при различной температуре вощины.

Исследование проводилось следующим образом. Из листа восковой вощины вырезали полоски длиной 180 мм и шириной 15±0,1 мм. Полоски выдерживались в сушильном шкафу СЭШ-3М при заданной температуре, превышающей необходимую для эксперимента на 5…10 ºС, в течение 10..15 мин. Затем из сушильного шкафа извлекали две одинаковые полоски, в одну из которых внедряли термопару мультиметра М-838 для контроля за температурой, а другую закрепляли в зажимах установки РМБ-10-2М. Когда температура контрольной полоски снижалась до необходимого значения, проводили испытание в соответствии с инструкцией по эксплуатации установки [7]. Испытуемая полоска подвергалась растяжению до разрыва, скорость растяжения была постоянна для всех измерений и составляла 180 мм/мин. Куски вощины извлекали из рабочих органов машины и вторично измеряли их длину.

Относительное удлинение 8 (%) вощины после разрыва определяется по формуле

6 ₌       ∙ 100,                                         (3)

где l0 – длина полоски до разрыва, мм; l1 – длина полоски после разрыва, мм.

За показатель удлинения принимали среднее арифметическое результатов 5 параллельных определений для каждого значения температуры, соответствующего одному опыту.

Результаты исследований и их обсуждение. В результате статистической обработки экспериментальных данных установлена следующая эмпирическая зависимость выхода воска (в % от первоначального количества) от процента добавляемых загрязнений:

У =56,06+0,74∙ x -0,021∙ x² ,                         (4)

где y – выход воска, %; x – содержание загрязнений, %.

Коэффициент детерминации составляет R ² = 0, 958 .

Установленная зависимость представлена графически на рисунке 1.

Рис. 1. Графическая зависимость процента выхода воска от процентного содержания загрязнений

Необходимо отметить, что в процессе опыта наблюдался процесс частичного растворения перги в воске, что в условиях пасеки приводит к снижению сортности воска.

Анализ полученной зависимости показывает, что с увеличением количества перги в «искусственной» суши сотов существенно снижается количество получаемого товарного воска, а также ухудшается его качество. Особенно интенсивно процесс протекает при содержании перги в количестве 40 % и больше от общей массы суши.

Представляется целесообразным проводить очистку суши сотов от загрязнений перед перетопкой. Соблюдение этого требования позволит увеличить выход воска и повысить его качество.

При содержании перги в количестве 25…30 % от общей массы сота потери воска составляют порядка 40 %, а при увеличении количества загрязнений до 66 % потери воска возрастают до 80...85 %.

В результате статистической обработки опытных данных по определению влияния температуры восковой основы на ее пластические свойства установлено, что с наибольшей достоверностью исследуемая зависимость описывается полиномом 3-й степени

У=1,794-0,162∙ х +0,038∙ х² - 0,00074 ∙ х² ,                  (5)

где y – относительное удлинение, %; x – температура восковой основы, ºС.

Коэффициент детерминации составляет R ² = 0, 964 .

Рис. 2. Графическая зависимость показателя остаточного относительного удлинения восковой основы сота от температуры

Выводы. Установленная зависимость, представленная графически на рисунке 2, позволяет утверждать, что при температуре от 0 до +10ºС у восковой основы наблюдается незначительное, в пределах 3%, удлинение. В диапазоне температур от +10 до +20ºС происходит резкое увеличение пластических свойств. Так, при температуре +20ºС относительное удлинение достигает 8 %. При дальнейшем увеличении температуры происходит замедление увеличения пластических свойств восковой основы.