Технологічний процес одержання короткого волокна й шляхи його вдосконалення

Лекція № 9

Технологія первинної переробки лляної сировини передбачає механічне руйнування структури стебел з метою виділення з них волокнистої частини. Під час такої переробки крім найбільш цінного довгого лляного волокна отримують велику кількість волокнистих відходів, що становлять приблизно 60-70 % від маси переробленої трести. Це обумовлено природою самої сировини, адже в лляному стеблі міститься лише 20-30 % волокна.

Відходи тіпання льону являють собою короткі сплутані волокнисті комплекси із значним вмістом неволокнистих домішок. Довжина волокон у відходах тіпання коливається від 50 до 500 мм і більше й становить в середньому 200-250 мм. Наявність великої кількості довгих волокон у відходах тіпання свідчить про недосконалість процесу обробки трести на м’яльно-тіпальному агрегаті, де довгі стебла через велику розтягнутість і дезорієнтацію їх у шарі не попадають у затискачі конвеєрів тіпальної машини в першій або другій секціях і випадають у відходи. Причинами випадання довгого волокна у відходи тіпання можуть бути підвищена нерівномірність за товщиною шару перероблюваної сировини та розриви його на окремі частини.

Основною складовою частиною неволокнистих домішок у відходах тіпання є костриця. Масова частка мінеральних домішок: піску, глини, ґрунту та органічних залишків рослинних тканин є дуже незначною. З теорії процесів куделеприготування відомо, що засміченість відходів тіпання може коливатись у межах 200- 400 %, тобто маса костриці та інших неволокнистих домішок може перевищувати масу чистого волокна.

У відходах тіпання міститься костриця двох видів: відокремлена від волокна (вільна) та зв'язана з волокном або невідокремлена. Співвідношення маси вільної та зв'язаної костриці може бути дуже різним залежно від властивостей перероблюваної трести й режиму її обробки і становить приблизно 60:40.

Існують два способи визначення відносної кількості будь-якої складової частини даного матеріалу. Відносну кількість кожного компонента відображають або у відсотках від маси всього матеріалу або у відсотках від маси матеріалу без цієї складової. Показник закостриченості може становити сотні й тисячі відсотків, у той час як межа вмісту костриці – 100%. При здійсненні цих розрахунків мають на увазі лише кострицю без домішок мінерального та органічного походження. Показники вмісту костриці та закостриченості пов’язані між собою. Певному вмісту костриці відповідає конкретний показник закостриченості й навпаки.

Таким чином, аналіз якісного складу відходів тіпання свідчить, що їх основною характеристикою є закостриченість або вміст костриці. Вміст костриці – це показник якості лубоволокнистих матеріалів, який обумовлює вибір режимів їх подальшої переробки й у деяких випадках виключає можливість проведення технологічного процесу. Тому очищення волокна від костриці є головним завданням механічної обробки відходів тіпання.

Відходи тіпання й низькосортна треста переробляються на куделеприготувальному агрегаті з метою виготовлення короткого волокна. Технологічні операції, яким піддавалися ці види сировини, практично не змінювалися з початку ХХ століття. Ці операції виконуються відповідними машинами, які входять до складу куделеприготувального агрегату. Відомі недоліки, властиві агрегату Етрих III (виробництво Германії, 1913 рік), який є основою сучасного куделеприготувального устаткування, притаманні й устаткуванню, що застосовується в даний час на льонозаводах. До цих недоліків відносяться: висока метало- й енергоємність та великі габаритні розміри обладнання. Технологічні схеми куделеприготувальних агрегатів в основному однотипні. Відмінності, обумовлені характером оброблюваного матеріалу й властивостями волокна, полягають у модернізації окремих складових частин агрегату: м'яльної, тіпальної, трясильної.

Технологічний процес обробки відходів тіпання (рис. 3.1) включає попереднє збагачення їх на першій трясильній машині 1, сушіння в сушильній машині 2, трясіння на другій трясильній машині 3, формування шару в шароформуючому механізмі 4, м’яття в м'яльній машині 5, тіпання в тіпальній машині 6 і остаточне очищення на третій трясильній машині.

Рис. 3.1. Технологічна схема обробки відходів тіпання: 1,3,7 - трясильні машини; 2 - сушильна машина; 4 - шаропотоншуючий механізм; 5 - м'яльна машина; 6 - тіпальна машина.

Найбільше інтенсивно костриця виділяється на першій трясильній машині, розташованої перед сушильною машиною. Після обробки на ній закостриченість відходів знижується приблизно з 260 до 160%, а їхня маса зменшується в 1,4 рази.

Підсушування відходів тіпання проводиться для зниження вологості від 12-13 до 6 - 7%. Необхідність такої операції пояснюється тим, що при зменшенні вологості в цьому діапазоні різко підвищується твердість і ламкість костриці, за рахунок чого полегшуються умови її виділення з волокна.

Після сушіння відходи знову обробляються на трясильній машині, у результаті закостриченість відходів знижується приблизно з 160 до 130%, а втрата маси матеріалу складає 10 - 12%. Повторна обробка відходів на трясильній машині необхідна також і для вирівнювання шару по товщині перед його потоншенням.

У процесі потоншення шару до необхідної щільності відбувається розпрямлення волокон, вони взаємно паралелізуються й орієнтуються певним чином відносно вальців м'яльної машини. Якщо шар не вирівнювати за товщиною, то в процесі потоншення його нерівномірність значно зростає аж до утворення розривів у шарі, що негативно позначиться на процесах м’яття і тіпання.

Процес м’яття відходів призначений для порушення зв'язку між волокном і деревиною в тих стеблах, у яких вона ще не порушена.

Процес тіпання відходів, як і при обробці трести, призначений для інтенсивного видалення костриці з волокна. Однак на відміну від тіпання довгого волокна, коли відбувається його остаточне очищення, при тіпанні відходів основний натиск робиться на порушення зв'язку між кострицею і волокном у важкооброблюваних пасмах матеріалу. Остаточне ж очищення короткого волокна від костриці відбувається на трясильній машині, встановленої наприкінці куделеприготувального агрегату. Як правило, це стебла з поганою відокремлюваністю, і тому для м’яття відходів застосовуються вальці з малим кроком між рифлями.

Таким чином, основними операціями процесу одержання короткого волокна є трясіння, м’яття і тіпання. Основну роль в процесі очищення відходів тіпання від вільної костриці виконують трясильні машини.

Необхідно відзначити, що за час існування промисловості первинної переробки льону було розроблено ряд пристроїв і механізмів, які відрізняються за своєю конструкцією й принципом дії від куделеприготувальних агрегатів КЛ-25 до КП-100-Л, КПМЛ-2М та КПАЛ. В одних типах агрегатів у тіпальній частині використовуються валки з хрестоподібними пальцями, розташованими в шаховому порядку, що містяться в камері з волокнистою стелею й волокнистим дном. Тіпання в таких агрегатах здійснюється одночасно з двох сторін парою планок тіпалок, що знаходяться на одній осі. Ці планки обертаються в протилежних напрямках. Зона тіпання знаходиться між нерухомими планками вертикального циліндричного корпусу й бильними планками барабана. Відділення костриці від волокна відбувається під дією бил обертаючого барабана. В інших куделеприготувальних агрегатах відділення костриці від волокна здійснюється просіванням волокнистої суміші на коливній перфорованій поверхні, якій задають кругові коливання з частотою 100-300 хв^-1 і амплітудою 3-150 мм, шляхом завдання удару й швидкісного протягування волокнистого комплексу трапецієподібними пластинами обертаючого ротора між такими ж пластинами, закріпленими всередині циліндричного корпусу.

Тіпання в куделеприготувальних агрегатах – найбільш інтенсивний процес. Він відбувається в горизонтальному шарі матеріалу. Процес ґрунтується на відмінності швидкостей живлення, тобто руху матеріалу й планок тіпальних барабанів. Бильні планки з великою швидкістю по черзі б’ють по шару матеріалу, згинають його й переміщують згин уздовж шару. За рахунок виникнення прискорення, сил інерції, тертя й натягу порушується зв'язок між волокном і деревиною, відбувається видалення костриці.

На даний момент куделеприготувальні агрегати КП-100-Л і КПМЛ-2М вважаються технічно застарілими, тому їх випуск припинено. Зараз на льонопереробних підприємствах застосовується модернізована машина КПАЛ, прототипом якої є машина КПЛМ-2М.

Головними перевагами машини КПАЛ перед іншими куделеприготувальними агрегатами є:

- модернізація тіпальної частини, яка дозволила істотно знизити кількість зупинок через намотування сировини на тіпальні барабани;

- модернізація трясильної частини, в яку додана друга тіпальна секція для підвищення ефективності видалення вільної костриці.

Новим напрямком в удосконаленні процесу виробництва короткого волокна є істотне зниження кількості пар вальців у м'яльній частині та голчастих валиків у трясильній частині. Ці переваги має куделеприготувальний агрегат АКЛВ, у якого таким чином знижено матеріалоємність і енергоємність. Однак перероблюваний шар сировини в даному агрегаті також недостатньо паралелізований, як і в охарактеризованих вище марках куделеприготувального устаткування.

Подальшу модернізацію куделеприготувальних агрегатів потрібно здійснювати з урахуванням необхідності підвищення якості короткого лляного волокна. Головними вимогами до його якості є: низький вміст костриці, інших неволокнистих домішок та непрядомих волокон, підвищена міцність волокна та рівномірність його за довжиною.