Обоснование малогабаритной линии для переработки масличного льна на основе исследований характеристик волокна

Введение. Масличный лен возделывается в 58 странах мира на площади 2– 3 млн га [1]. За последние годы в России наблюдается подъем его производства, так как это неприхотливая к условиям возделывания культура, которую, соблюдая минимальные технологические и агрохимические требования, можно выращивать по технологии зерновых культур [2; 3].

В семенах современных сортов этой культуры селекции ВНИИМК содержится до 50 % и выше высококачественного масла и до 33 % белка [4–6].

Потребителями и промышленными переработчиками семян льна масличного в мире являются западно-европейские страны (Бельгия, Нидерланды, Люксембург, Германия и др.), которые также увеличивают их использование в качестве пищевой продукции. Однако у масличного льна имеется нереализованный потенциал в виде волокнистой части растения. В настоящее время повсеместно льносо-лома и треста масличного льна в большей степени сжигается или запахивается на полях [1; 7], но если дополнительно провести первичную переработку этой массы, то можно получать ежегодно до 71 тыс. т короткого льноволокна, а с учетом постоянно увеличивающихся посевных площадей этой культуры это превращается в дополнительную прибыль.

Для переработки масличного льна в волокно применяют технологическое оборудование, которое специализировалось на получении короткого волокна из льна-долгунца. Несмотря на то, что это оборудование может перерабатывать масличный лен, оно часто не оправдано, т.к. конструктивно и технологически предназначено для переработки более длинных коротких волокон, которыми и являются отходы трепания льна-долгунца. В результате более низкой дли- ны волокна у масличного льна и большей трудоемкости его первичной переработки в сравнении с льном-долгунцом, в его готовом волокне содержится больше костры и сорных примесей (обычно массовая доля костры в волокне масличного льна после первичной переработки составляет более 35 %), удаление которых требует интенсивных механических воздействий. Кроме того, в процессе его первичной переработки могут образовываться дополнительные потери волокна в отходы и, как следствие, снижается производительность оборудования.

Вышеуказанное говорит о том, что на сегодняшний день остается актуальной эффективная первичная переработка стеблевой массы масличного льна в волокно низкой себестоимости.

Целью данной работы является сравнительное экспериментальное исследова- ние различных линий (состава технологического оборудования) для переработки масличного льна с двух регионов России и определение характеристик получаемого волокна.

Материалы и методы. Ранее установлено [15], что значения характеристик тресты масличного льна перед первичной переработкой могут существенно изменяться не только в зависимости от региона выращивания, но и в рамках одного региона. Поэтому в экспериментах представленной работы исследовалась стеблевая масса масличного льна (треста) двух типов с влажностью 12 %: тип 1 из Московской области, урожая 2016 г.; тип 2 из Краснодарского края, урожай 2013 г. Перед первичной переработкой стеблевая масса масличного льна подвергалась инструментальному определению показателя качества по действующим методикам, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристики стеблевой массы масличного льна (тресты) после уборки семян

Характеристика	Тип 1 Московская область	Тип 2 Краснодарский край
Средняя длина поломанных стеблей, мм	386	163
минимальная	30	72
максимальная	484	350
Содержание волокна в массе тресты, %	31,0	24,5
Отделяемость  волокна от древесины, ед.	5,4	4,2
Разрывная нагрузка, кгс	0,5	11,5
Средняя массодлина волокна в тресте, мм	189,0	109,5
Средневзвешенная линейная плотность волокна в тресте, текс	14,5	7,3
Массовая доля костры в тресте, %	69,0	75,5

Стеблевая масса перерабатывалась на несколько линиях (на различном составе технологического оборудования) по схеме, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема эксперимента для изучения различного состава технологических линий переработки тресты масличного льна (линии пронумерованы цифрами в кружках, аналогичное их обозначение представлено на рисунке 3): Д – дезинтегратор; Т – трясильная машина с нижним гребенным полем; МПЛ – машина для переработки льна;

МВ – одна пара мяльных вальцов

Стебли льнотресты проминались в мяльных вальцах (МВ) один раз. Обработка в МПЛ проходила при скорости питания 10 м/мин, частоте вращения рабочего органа в дезинтеграторе 1000 мин-1 и плотности загрузки 0,5 кг/м2.

У полученного волокна определялись: выход волокна, массовая доля костры, удельный вес связанной и несвязанной костры, средняя массодлина, средневзвешенная линейная плотность волокна.

Результаты и обсуждение. Результаты исследований представлены на рисунке 2 и в таблицах 2, 3.

д+т мпл-д-т мв-д-т мв-мпл-д+т

□ Тип 1. Московская область ■ Тип 2, Краснодарский край

Рисунок 2 – Выход волокна из тресты масличного льна

Таблица 2

Характеристики волокна, полученного из тресты масличного льна из Московской области (тип 1)

Характеристика	Д + Т	МПЛ + Д + Т	МВ + Д + Т	МВ + МПЛ + Д + Т
Массовая доля костры, %	35,0	33,4	30,8	28,4
Массовая доля несвязанной костры, %	15,0	20,0	12,5	11,7
Массовая доля связанной костры, %	20,0	13,4	18,3	16,7
Удельный вес связанной костры, %	42,9	59,9	40,6	41,2
Удельный вес несвязанной костры, %	57,1	40,1	59,4	58,8
Средняя массо-длина, мм	58,2	54,6	54,2	52,1
Средневзвешенная линейная плотность, текс	5,5	5,3	5,4	5,3

Таблица 3

Характеристики волокна, полученного из тресты масличного льна из Краснодарского края (тип 2)

Характеристика	Д + Т	Д + Т + Т	МПЛ + Д + Т	МВ + Д + Т	МВ + МПЛ + Д + Т
Массовая доля костры, %	50,0	28,3	31,7	40,0	26,6
Массовая доля несвязанной костры, %	21,7	15,0	13,4	11,7	5,0
Массовая доля связанной костры, %	28,3	13,3	18,3	28,3	21,6
Удельный вес связанной костры, %	43,4	53,0	42,3	29,3	18,8
Удельный вес несвязанной костры, %	56,6	47,0	57,7	70,7	81,2
Средняя массо-длина, мм	114,7	91,3	73,0	94,4	71,0
Средневзвешенная линейная плотность, текс	4,9	5,3	5,3	5,5	5,2

Анализируя результаты экспериментов можно отметить:

• 1.    Про выход волокна:

• - выход волокна после первичной обработки массы масличного льна с использованием    различных    технологий

• 2.    Про массовую долю костры:

составляет у тресты масличного льна из Московской области в среднем 38 %, у тресты масличного льна из Краснодарского края – 31,4 % (см. рис. 2).

• -    массовая доля костры после переработки уменьшилась в два раза в зависимости от применяемого оборудования и составила от 28 до 35 % у масличного льна из Московской области, у тресты из Краснодарского края – от 26 до 50 %;

• -    при включении в технологическую цепочку одной пары мяльных вальцов и машины МПЛ массовая доля костры в волокне и удельный вес связанной костры в нем уменьшается.

• 3.    Про среднюю массодлину волокна:

• -    средняя массодлина волокна уменьшилась в среднем в 3,5 раза у тресты масличного льна из Московской области и у тресты из Краснодарского края в среднем в 1,2 раза;

• -    средняя массодлина волокна, полученного из масличного льна из Московской области, меньше, чем при переработке масличного льна из Краснодарского края;

• -    добавление в линию МПЛ уменьшает среднюю массодлину волокна, особенно это заметно на льне, имеющем большую исходную среднюю массодлину волокна, в нашем случае это треста из Московской области (см. табл. 3), длина волокна в зависимости от исходного сырья может уменьшаться от 4 до 23 мм.

• 4.    Про линейную плотность:

• -    средневзвешенная линейная плотность волокна при обработке с использованием разных линий изменяется незначительно, у тресты типа 1 от 5,3 до 5,5 текс, а у типа 2 – от 4,9 до 5,5 текс.

Если ориентироваться на ГОСТ 939476 «Волокно льняное короткое. ТУ», в котором обозначена максимальная массовая доля костры 29 % (для номера короткого волокна 2), то по результатам представленных исследований такое значение могут обеспечить линия МВ + МПЛ + Д + Т. Это указывает на то, что в линиях необходимо интенсифицировать процессы трепания и очистки, например, добавить еще один дезинтегратор (Д) или одну трясильную машину (Т). Такое решение обосновывается, тем, что удельный вес несвязанной костры в волокне в среднем от 5,0 до 21,7 % (см. табл. 1, 2), что указывается на возможность удаления части этой костры в дополнительно установленной трясильной машине.

В результате проведенных исследований изучены составы технологического оборудования для переработки тресты масличного льна в короткое волокно, обобщая полученные при этом данные, можно заключить, что для переработки тресты масличного льна в короткое волокно, применение того или иного состава технологического оборудования позволяет получать полуфабрикат в виде волокна различных характеристик, а именно с массодлиной волокна 52– 115 мм, средневзвешенной линейной плотностью 4,9–5,5 текс (рис. 3).

Рисунок 3 – Характеристики короткого волокна из тресты масличного льна в зависимости от состава малогабаритных линий (см. рис. 1):

L – средняя массодлина волокна;

С к – массовая доля костры

По результатам исследований двух типов тресты предложена обобщенная линия для переработки масличного льна в волокно, которая в зависимости от конечных характеристик волокна может использовать различные технологии переработки – составы технологического оборудования (см. рис. 4, в кружках пронумерованы технологии, которые необходимо применять для производства волокна тех или иных характеристик).

Рисунок 4 – Предлагаемая малогабаритная линия для переработки масличного льна с использованием различного состава технологического оборудования и интервалами варьирования характеристик получаемого волокна (в кружках показана нумерация технологий):

ММ – мяльная машина; МПЛ – машина для переработки льна; Д – дезинтегратор;

Т – трясильная машина:

L – средняя массодлина волокна; С к – массовая доля костры

Линия позволяет в зависимости от качества исходного сырья выбирать технологию (цепочку) переработки:

• -    технологию 1 для тресты с отделяе-мостью выше 5 ед. и с исходной длиной волокна не более 110 мм;

• -    технологию 2 для тресты с отделяе-мостью выше 5 ед., с исходной длиной волокна более 110 мм;

• -    технологию 3 для тресты с отделяе-мостью ниже 5 ед., с исходной длиной волокна не более 110 мм;

  – технологию 4 для тресты с отделяе-мостью ниже 5 ед., с исходной длиной волокна более 110 мм.

• 2.    Предложена малогабаритная линия для первичной переработки масличного льна в волокно различных характеристик по требованию заказчика, позволяющая в зависимости от качества исходного льна выбирать технологическую цепочку переработки.

• 3.    Полученное короткое волокно может быть использовано для производства различных утеплителей, нетканых материалов, композитов и др.

Следует отметить, что рекомендации, сделанные в представленных исследованиях, в дальнейшем должны быть существенно расширены в силу изучения процессов первичной переработки масличных льнов из различных регионов России, это еще не менее чем из 10 регионов [1], а также из основных стран-поставщиков масличного льна: Украины, Канады, Казахстана, Китая, США и Индии.

Выводы. 1. Определены характеристики короткого волокна изо льна масличного при переработке его на различных малогабаритных линиях.