Оптимизация процесса обезжиривания меховой овчины

УДК 675.043

Г. Г. Лутфуллина, С. А. Петрова, А. А. Миркаримов, К. А. Булыгина

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗЖИРИВАНИЯ МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ

Ключевые слова: ПАВ, оптимизация, обезжиривание, меховая овчина.

Проведена работа по оптимизации процесса обезжиривания меховой овчины с использованием программы STATISTICA 10.0. Определены параметры (продолжительность, концентрация ПАВ), позволяющие эффективно обезжирить волосяной покров овчины с участием композиций на основе анионного и неионогенного ПАВ до показателей, соответствующих требованиям действующего ГОСТ.

Key words: Surfactants, optimization, degreasing, sheepskin.

The work was carried out to optimize process of wool sheepskin degreasing with use of the STATISTICA 10.0 program. Defined parameters (duration, concentration surfactants) of effective degreasing of sheepskin hair, with participation of compositions on the basis of anion and nonionic surfactant side were defined to obtain standardized indicators.

Экспериментальное исследование физических и физико-химических систем, в котором предметом явления служит не реальное явление, а его некоторая модель, называют методом моделирования. Физическая модель, которая используется при моделировании должна быть той же природы, что и оригинал. Поскольку химико-технологические системы кожевенного и мехового производства являются сложными, ввиду одновременного протекания химического превращения, тепло-, массопереноса и других процессов, при моделировании процессов получения кожевенно-мехового полуфабриката преимущественно используются математические модели.

Знание особенностей технологии обработки кожи и меха являются обязательным условием при моделировании технологических процессов. При эксплуатации в нормальных условиях, изменение входных и выходных переменных процесса чаще всего носит характер случайных колебаний. Исходя из этого, для построения математической модели применяют статистическо-вероятностные методы. Для построения математических моделей используются методы математической статистики: корреляционный, регрессионный анализ, планирование эксперимента и т.д. Важное значение при этом имеет статистическая обработка опытных данных, проводящаяся перед самим экспериментом [1].

Значительную роль при решении конкретных задач оптимизации играет выбор математического аппарата, использование которого должно привести к конечным результатам с минимальными затратами на вычисления, либо давать возможность получения максимального объема информации об искомом решении. Выбор того или иного метода в большой степени зависит от постановки оптимальной задачи и применяющейся математической моделью объекта оптимизации.

В настоящее время для решения задач оптимизации применяют в основном следующие методы: методы исследования функций классического анализа; методы, основанные на использовании неопределенных множителей Лагранжа; динамическое, линейное, нелинейное и геометрическое программирование; вариационное исчисление.

Как правило, нельзя рекомендовать один конкретный метод, который можно использовать для решения всех без исключения задач, возникающих на практике. На определенных этапах решения оптимальной задачи можно сочетать два или несколько методов.

Выходные переменные технологических процессов производства кожи и меха характеризуются нелинейным характером по отношению к входным параметрам. Особенно четко это проявляется на первой стадии процессов. Причиной являются: особенности взаимодействия химических материалов с белком шкуры, длительность процессов в зависимости от толщины и плотности объектов, а также объективная специфическая сложность химико-технологических процессов.

Как известно, жидкостные процессы кожевенного-мехового производства можно разделить на две стадии:

а) диффузия химических материалов в толщу дермы;

б) взаимодействие химических материалов со структурными элементами коллагена и кератина [1, 2].

Объектом исследования являлись образцы шкур меховой овчины мокросоленого способа консервирования, которые подвергались подготовительным процессам, а именно, процессам отмоки, мойки и обезжиривания с участием разработанных на кафедре ПНТВМ КНИТУ композиций [3-5] на основе анионного (аПАВ) и неионогенного (нПАВ) ПАВ. В качестве аПАВ применяли синтезированный Mizu-1ап FL - 80 на основе жирных кислот пальмового масла. Неоногенным ПАВ выступал широко распространенный в промышленности Неонол АФ 9 - 12.

Меховая овчина, как известно, характеризуется уплотненным и рыхлым сосочковым слоем по сравнению с сетчатым, что объясняется наличием густого волосяного покрова, большим количеством сальных и потовых желез. Шкуры не только сильно за-жирены, но при этом и загрязнены [6]. Поэтому на стадиях обработки меховой овчины особое внимание уделяется подготовительным процессам, а в частности, мойке и обезжириванию. Здесь требуется наличие диспергирующих и эмульгирующих

свойств в используемых ПАВ. Результатом выполнения подготовительных процессов должен быть однородный, рассыпчатый, блестящий волосяной покров. Эффективность процессов зависит от использования обезжиривающих реагентов, позволяющих обеспечить оптимальное удаление жировых веществ из шкуры, что способствует эффективному выполнению последующих процессов, и в конечном итоге, повышению качества готовой продукции из кожи и меха [7].

Российские производители занимают одно из ведущих мест в производстве ПАВ для меховой промышленности. В настоящее время активно применяются готовые препараты, уже имеющие в своем составе основные компоненты и специальные добавки, например, антисептик, который необходим в процессах отмоки и обезжиривания меховой овчины [8].

К ПАВ, используемым на стадии обезжиривания, предъявляются дополнительные требования: наряду с эффективным извлечением жировых веществ с волосяного покрова и кожевой ткани обрабатываемых шкур они должны предотвращать повторное осаждение этих жировых веществ на шкуре, т.е. диспергировать и удерживать их в растворе. При выборе ПАВ и работе с ним следует учитывать его свойства: пенообразование, устойчивость к солям и кислотам, способность к эмульгированию липидов и биоразлагаемость [9].

С целью установления оптимальных параметров обезжиривания сырья меховой овчины проведена оптимизация исследуемого процесса при помощи планирования двухфакторного эксперимента со следующими независимыми параметрами: продолжительность, концентрация ПАВ. В качестве функции отклика выбрано остаточное количество жировых веществ в волосяном покрове. Этот показатель является определяющей характеристикой процесса обезжиривания. Данный процесс ведут до содержания жира в волосяном покрове 1,2-2%. Указанные пределы показателей можно объяснить следующим образом: при содержании жира более 2% проникновение рабочих растворов в глубокие структуры кожевой ткани и волосяного покрова затруднено или вообще становится невозможным. Кроме этого, может произойти окисление шкур. При более низком содержании жира (менее 1%) ухудшаются физико-механические свойства волоса, появляются хрупкость и ломкость, снижается устойчивость к истиранию.

Результаты проведения процесса обезжиривания показали, что при расходе ПАВ менее 3,0 г/дм3 реакция Либермана положительна, то есть волосяной покров содержит более 2% жира, поэтому количественное определение содержания жира являлось нецелесообразным. Начиная с концентрации 3,0 г/дм3 получена отрицательная качественная проба.

В таблице 1 представлены результаты проведения процесса обезжиривания соответственно использованным параметрам.

Обработку полученных результатов проводили с помощью программы STATISTICA 10.0. Результаты подтвердились при построении трехмерного графика, представленного на рисунке 1.

Таблица 1 - Параметры процесса обезжиривания

№ Концентрация Продолжи- Содержание

композиций, г/дм3 тельность, жира в воло-

мин сяном покрове меха, % мас.

1 1,8 44 2,75

2 2,0 46 2,6

3 2,2 48 2,51

4 2,4 50 2,49

5 2,6 52 2,47

6 2,8 54 2,45

7 3,0 56 1,31

8 3,2 58 1,3

9 3,4 60 1,25

10 3,6 60 1,2

11 3,6 60 1,2

Рис. 1 - Зависимость содержания жира от концентрации ПАВ и продолжительности обезжиривания

Наилучшие условия проведения процесса обезжиривания находятся приблизительно в одном диапазоне и являются следующими: концентрация ПАВ 3,0-3,4 г/дм3; Т = 40-42°С; продолжительность 5660 мин. Выбранные параметры позволяют получить высокую степень обезжиривания волосяного покрова, т.к. параметры близки к оптимальным и соответствуют требованиям действующего стандарта.

Литература

1. В.Д. Раднаева, Рабочая программа, методические указания для выполнения контрольных по дисциплине «Применение ЭВМ в химической технологии» для студентов заочного обучения по специальности 281000 «Технология кожи и меха» / - Улан-Удэ, 2001. - 21 с.

2. Н.Н. Зубов, В.А. Титов, Моделирование и оптимизация технологических процессов: Учебное пособие / - СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2009. - 183 с.

3. Г.Г. Лутфуллина, О возможности регулирования эмульгирующей способности композиций ПАВ/ Г.Г. Лутфуллина, З.А. Зиннатуллина// Вестник Технол. ун-та, 2015, №15. С - 185-186.

4. Г.Г. Лутфуллина, О влиянии разработанных обезжиривающих композиций на подготовительные процессы производства меховой овчины/ Г.Г. Лутфуллина, З.А. Зиннатуллина, К.А. Булыгина// Вестник Казан. Технол. ун-та, 2017, №4. С-158.

5. Г.Г. Лутфуллина, О возможности регулирования пено-образующей способности композиций ПАВ/ Г.Г. Лутфуллина, З.А. Зиннатуллина// Вестник Технол. унта, 2015, №15. С - 197-199.

6. А.В. Островская,, Технология изделий легкой промышленности. Технология кожи и меха : учебное пособие / А.В. Островская, А.Р. Гарифуллина, И.Ш. Абдуллин; М-

во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. унт. - Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. - 252 с.

7. В.И. Чурсин, Обезжиривание свиного сырья органовод-ными ПАВ / В.И. Чурсин, Ш.А. Маллашахбанов // Ко-жевенно-обувная пром-сть, 2005. -№2. -С. 43-46

8. Применение химических материалов в выделке, крашении и отбеливании меха. - Киров: ООО «Кировская областная типография», 2016. - 144 с.

9. Моющее действие и его главный механизм Detgencia. Sus principales mecanismos/ Herrera Carlos Gomez// Grasas y aceeites (Esp.), 1996.-47, №6. - С. 419-435.

© Г. Г. Лутфуллина - доктор технических наук, профессор каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, gulnaz777@bk.ru; С. А. Петрова - магистрант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, petrova.snezhana2014@yandex.ru; А. А. Миркаримов - магистрант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ daler_5200@mail.ru; К. А. Булыгина - магистрант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, xenya.buligina@yandex.ru.

© G. G. Lutfullina - Professor of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecular materials KNRTU, gulnaz777@bk.ru; S. A. Petrova - postgraduate of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecular materials KNRTU, petrova.snezhana2014@yandex.ru; A. A. Mirkarimov - postgraduate of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecular materials KNRTU, daler_5200@mail.ru; X. A. Buligina - postgraduate of the Department of plasma chemical nanotechnology and macromolecular materials KNRTU, xenya.buligina@yandex.ru.