Введение к работе
Актуальность темы. Годовая потребность в вате в России составляет до 78 тысяч тонн, из них 33% ввозится из-за границы, а 67% - производится в нашей стране из импортируемого хлопка.
Исследованиями проведенными в Институте хирургии имени Вишневского РАМН, Институте химии растворов РАН, ВНИИЦЛКА, установлено, что показатели качества ваты из льна превосходят аналогичные показатели хлопковой ваты. Лен - традиционная техническая культура, возделываемая в России еще с древних времен, так как наша страна располагает благоприятными условиями для ее выращивания, и сырьевая база для производства льняной ваты составляет до 84 тысяч тонн в год льняного волокна. Имея значительные объемы натурального ежегодно воспроизводимого сырья, лен, в противовес импортируемому хлопку, может стать стратегически важным материалом не только для текстильной промышленности, но и для производств материалов медицинского назначения. В соответствии с Целевой Программой ведомства «Развитие льняного комплекса России на 2008 - 2010 годы» Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и Республиканской Целевой Программой «Развитие льняного комплекса Удмуртской Республики на 2010 - 2014 годы» для динамичного развития отрасли предусмотрено освоение инновационных технологий переработки льна, в том числе и медицинской льняной ваты.
В настоящее время при производстве льняной ваты используется традиционное оборудование для изготовления хлопковой ваты. Для жидкостной обработки применяются аппараты с конвективным энергоподводом типа АКДУ, АКДН, АКДС. Учитывая особенности строения льняного волокна и отличие его от хлопка, для достижения высокого качества продукта необходим длительный процесс щелочной варки или двукратный цикл. Все это ведет к увеличению расходов реагентов, ухудшению качественных характеристик ваты и высоким энергозатратам.
Большой вклад в области технологий производства льняной ваты, сделан учеными Осиповой Н.Н., Рыжовым А.И., Марыгановым А.П., Губиной СМ., Стокозенко В.Г. и другими, исследования которых направлены на сокращение продолжительности варки и повышение качества ваты. Поэтому важной и актуальной проблемой является исследование процесса щелочной варки, как наиболее сложной технологической операции, определяющей качество ваты.
Предложенная в работе модель технологии щелочной варки позволяет интенсифицировать процесс за счет СВЧ-энергии, сократить длительное тепловое воздействие на волокно, способствующее его разрушению.
Цель настоящей работы состоит в научном обосновании и разработке модели технологии щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле, позволяющей сократить продолжительность процесса.
Для достижения поставленной цели в работе требовалось решить следующие основные задачи:
исследовать процессы разрушения нецеллюлозных комплексов льняного волокна при щелочной варке в СВЧ-поле и определить факторы, влияющие на эффективность щелочной варки в СВЧ-поле;
исследовать диэлектрические характеристики льняного волокна, щелочного раствора и двухкомпонентной системы волокно-раствор;
разработать математическую модель процесса щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле, позволяющую оценить продолжительность варки;
разработать лабораторную установку для исследования кинетики процесса щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле;
обосновать экономическую эффективность применения щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле при производстве ваты.
Объект исследования - процесс щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле.
Предмет исследования - влияние СВЧ-поля на продолжительность щелочной варки льняного волокна.
Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. Для решения поставленных задач использовались базовые положения теории электромагнитного поля, традиционные методы интегрального и дифференциального исчислений, компьютерные средства решения дифференциальных уравнений с использованием математического пакета Maple 9.0. Обработка экспериментальных данных проведена с использованием электронных таблиц Excel 2000.
Достоверность и обоснованность подтверждается апробацией работы на научно-практических конференциях, испытанием результатов исследования в производственных условиях. Результаты экспериментальных исследований хорошо согласуются с теоретическими. Достоверность экспериментальных исследований обеспечены проведением их в аккредитованных лабораториях с использованием аттестованных средств измерения. Проделанные в работе расчеты осуществлялись корректным применением теории высшей математики и статистического анализа.
Научную новизну работы составляют:
применение энергии СВЧ-поля при щелочной варке льняного волокна в производстве ваты;
кинетические закономерности процессов разрушения нецеллюлозных комплексов льняного волокна при щелочной варке в СВЧ-поле;
математическая модель, позволяющая определить закономерности изменения концентрации щелочи в процессе варки льняного волокна в СВЧ-поле и оценить продолжительность варки.
Практическая значимость работы определяется следующими основными результатами:
разработан математический аппарат, позволяющий оценить продолжительность варки по используемому в промышленности критерию завершенности процесса;
разработан и испытан образец лабораторной установки периодического действия для щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле УВ-СВЧ -04Л,
производительностью 4 кг/ч, на основе которой может быть создан опытный образец установки.
Реализация результатов исследований:
технология щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле при производстве ваты (подтверждена положительным решением о выдачи патента России по заявке № 2008121784/12 (025855) от 30.05.2008 года);
разработанная технология испытана на ООО «Агрокомплекс «Мичуринский» Кизнерского района, на ОАО «Можгинский льнозавод» Можгинского района Удмуртской республики и передана к внедрению на ОАО «Можгинский льнозавод».
На защиту вынесены следующие положения:
технология щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле, позволяющая сократить продолжительность процесса в 2,5 раза;
математическое описание щелочной варки льняного волокна в СВЧ-поле, позволяющее оценить продолжительность варки по изменению концентрации щелочи в растворе;
результаты экспериментальных исследований щелочной варки льняного волокна в поле СВЧ-энергии на лабораторной установке УВ-СВЧ-04Л с оценкой экономической эффективности предлагаемой технологии.
Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 10 научных статьях и обсуждены на конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Научное обеспечение реализации национальных проектов в сельском хозяйстве» (Ижевск, 2006), Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы» (Ижевск, 2007), Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 450-летию вхождения Удмуртии в состав России «Научный потенциал аграрному производству» (Ижевск, 2008), Региональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы растениеводства и кормопроизводства» (Пермь, 2008), Международная научно-практическая конференция «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона. Лен - 2008» (Кострома, 2008), Всероссийская научно-практическая конференция «Научный потенциал современному АПК» (Ижевск, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей, в том числе -2 в изданиях, указанных в перечне ВАК; имеется положительное решение о выдачи патента России по заявке № 2008121784/12(025855).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и 5 приложений, содержит 31 рисунков, 13 таблиц. Общий объем работы 133 страница. Библиографический список включает 148 источников, в том числе 12 на иностранном языке.
