Исследование техники и технологии для морки и сушки коконов тутового шелкопряда

Натуральный шелк пользуется большим спросом во многих странах. По потребительским свойствам он выше других текстильных волокон. Большая прочность, высокая упругость, гигроскопичность, красота тканей, незаменимость до сих пор шелкового волокна в некоторых технических производствах делают натуральный шелк уникальным. Шелководство во всем мире до настоящего времени остается самой слабо механизированной отраслью сельского хозяйства.

Одним из важных путей повышения значения отрасли в сельскохозяйственной сфере считаем усовершенствование технологии производства грены и коконов тутового шелкопряда на основе комплексной механизации основных процессов в шелководстве.

В Японии (также одной из ведущих стран шелководства) в настоящее время наблюдается резкое снижение производства коконов и, как результат, шелка-сырца. Причина та же – трудоемкость производства, уход работников в другие, более популярные отрасли. Хотя процессы там несколько лучше механизированы, чем в других странах. Но это в основном малая кустарная механизация, и ее тоже далеко недостаточно. Большой спрос на натуральный шелк привел к тому, что Япония импортирует коконы и шелк-сырец из Кореи, Китая, частично из СНГ, ведутся переговоры о создании совместных предприятий [1].

Решению научных и практических вопросов по увеличению производства коконного сырья и повышению его качества на основе совершенствования технологических процессов посвящен ряд зарубежных и отечественных работ ученых и практиков [2-4].

Усилия, направленные на усовершенствование техники и технологии по переработке коконов тутового шелкопряда путем широкого внедрения комплексной механизации, позволят снизить трудозатраты и повысить качество продукции. Более привлекательный механизированный труд уменьшит текучесть кадров и даст толчок к более эффективному использованию достижений ученых в шелководстве. Поэтому эти исследования и разработки представляют теоретический и практический интерес.

Сушка – тепловой процесс обезвоживания продуктов путем испарения влаги и отвода образующихся паров. При этом в веществе происходит перенос тепла и диффузионное перемещение влаги. Процесс сушки используется во многих отраслях производства. Предлагаемая технология сушки коконов тутового шелкопряда с использованием низкой температуры с помощью инфракрасного излучения, упругих волн, вибрации и конвективного теплоподвода является одним из наиболее инновационных и подходящих способов сушки. Развитие подобного оборудования – довольно перспективное направление. Технологические особенности данного процесса позволяют достигнуть эффективной морки и качественной сушки коконов тутового шелкопряда. Дополнительно ставится задача получения новых качеств в готовом продукте. Для достижения этих целей необходимо применение соответствующего эффективного энергосберегающего оборудования с использованием низкой температуры в текстильном промышленности сохраняет свое качество и внешний вид.

Процесс переработки коконов тутового шелкопряда характеризуется рядом параметров: качеством и количеством сырья и готового продукта, температурой и относительной влажностью среды, временем пребывания продукта в установке.

Преимущества возбуждение волн в упругой системе коконов существует низкая резонансная частота, пригодная для практических целей, т.е. можно использовать высокочастотные и низкочастотные упругие волны, 

Колебания упругих волн внутри продукции создают условия для улучшения массотеплообмена при условиях существования давления и температуры. Колебания упругих волн усиливают скорость образования этих волн с помощью капиллярного влагопереноса. Использование этих колебаний в системах обезвоживания усиливает эффекты выпарки влаги и морки коконов.

Использование колебаний упругих волн при морке и сушке продукции тутового шелкопряда в диапазоне частот 26-35 кГц показало ускорение процесса. Рабочая температура в процессе морки и сушки коконов тутового шелкопряда 70-80 ⁰С.

Одним из возможных вариантов создания вибрационных движений для морки и сушки продукции является разработка вибромеханизма всего оборудования, в частности шкафа вместе с продукцией. Для решения этой задачи необходимо создание устройства вибромеханизма, которое производит механические низкочастотные колебания относительно закрепленной платформы.

Для создания низкочастотных (τ<100 Гц) механических колебаний для морки и сушки сырья в стационарной установке можно предложить различные механизмы, образующие поступательные или вращательные движения. Основным назначением этих механизмов должно быть создание вертикальных колебаний горизонтально расположенных рабочих полок.

Инфракрасное излучение - это разновидность электромагнитного излучения, занимающего в спектре электромагнитных волн диапазон от 0,77 до 340 мкм. При этом диапазон от 0,77 до 15 мкм считается коротковолновым, от 15 до 100 мкм - средневолновым, а от 100 до 340 - длинноволновым. Коротковолновая часть спектра примыкает к видимому свету, а длинноволновая сливается с областью ультракоротких радиоволн. Поэтому инфракрасное излучение обладает как свойствами видимого света (распространяется прямолинейно, отражается, преломляется), так и свойствами радиоволн (оно может проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимого излучения).

В основе ИК-технологии переработки лежит способность молекул воды поглощать некоторый спектр ИК-излучения. При этом органика продукта с определенной долей достоверности может считаться прозрачной для ИК-лучей. Таким образом, преобразуемая из электричества ИК-энергия без потерь полностью передается воде продукта, нагревая ее и заставляя испаряться.

В качестве генераторов ИК- излучения для промышленных сушильных установок сырья в нашей стране и за рубежом применяются нагреватели разных типов и конструкций. Они различаются длиной волны максимума излучения, зависящей от температуры и методов нагрева (электрический, газовый) и конструкций элемента сопротивления (металлические, керамические, силитовые). Превращение лучистой энергии в тепловую обусловлено терморадиационными спектральными свойствами продукта, т. е. его пропускающей, отражательной и поглотительной способностью. Энергия ИК-излучения превращается в тепло только в том случае, если она поглощается облучаемым веществом. Для разных материалов степень поглощения и глубина проникновения ИК-лучей различны, так как материалы избирательно относятся к длине волны падающего излучения. Длина волны, в свою очередь, зависит от температуры генератора ИК-излучения.

Таким образом, спектральные оптические свойства продукта и спектральные характеристики нагревателей взаимосвязаны и имеют первостепенное значение. При обоснованном выборе типа излучателя и режима облучения обеспечивается проникновение инфракрасного излучения в глубь продукта, что интенсифицирует процессы тепло- и массообмена.

Предлагаемая разработка техники и технологии для морки и сушки коконов тутового шелкопряда эффективна при использовании низкотемпературной, инфракрасной, вибрационной установки, с применением упругих волн и конвективного теплоподвода. При использовании данной техники и технологии обеспечивается процесс ускорения морки и сушки, а также качество полученного шелка.

Основные преимущества предлагаемой техники и технологии:

• достижение энергосбережения путем применения инфракрасного излучения, упругих волн, вибрации и конвективного теплоподвода;
• получение количественных и качественных конечных продуктов коконов тутового шелкопряда;
• обеспечение равномерной морки и сушки путем обезвоживания продукта;
• за счет совершенствования установки повышается ее производительность, улучшается качество морки и сушки;
• повышение надежности работы за счет разработанной техники и технологии, снижение трудоемкости работы, что позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала;
• использование предлагаемой техники и технологии заметно сокращает время сушки и морки коконов тутового шелкопряда;
• за счет использования низкой температуры обеспечивается качество получаемого шелка и его цвета.