способ промывки объемно-волокнистой структуры, преимущественно шерсти сельскохозяйственных животных

Формула изобретения

1. Способ промывки объемно-волокнистой структуры, преимущественно шерсти сельскохозяйственных животных, включающий воздействие в режиме кавитации ультразвукового поля на структуру, находящуюся в жидкости, отличающийся тем, что используют ультразвуковое поле с радиально расходящимся фронтом волны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на структуру дополнительно воздействуют по крайней мере одним ультразвуковым полем с радиально расходящимся фронтом волны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, переработке продукции его производства, преимущественно к методам промывки шерсти.

Шерсть сельскохозяйственных животных имеет значительные загрязнения и содержит животный жир (ланолин), которые необходимо удалять.

Традиционно известный способ промывки заключается в многократном промывании шерсти водой с добавлением специальных моющих средств [1].

В данном случае возможно очистить шерсть только при умеренной степени ее загрязнения, что неэффективно для сильно загрязненной шерсти, причем данный способ достаточно трудоемкий и дорогостоящий.

Известен также способ обработки шерсти сельскохозяйственных животных органическим веществом - гексаном [2], однако ввиду горючести этого вещества данный способ не получил распространения.

Наиболее близким к заявленному является способ промывки объемно-волокнистых структур, преимущественно шерсти сельскохозяйственных животных, включающий воздействие ультразвукового поля в режиме кавитации на структуру, находящуюся в жидкости [3].

В данном случае на шерсть, помещенную в жидкость, воздействует ультразвуковое (УЗ) поле, которое распространяется нормально относительно плоской поверхности излучателей. Вследствие кавитационного процесса пузырьки накапливались у поверхности излучателя и экранировали акустическое воздействие в остальном объеме, фактически эффект воздействия уже не имел места при удалении на несколько сантиметров от излучателя при любой величине плотности потока мощности с излучателя, поскольку и объем, занимаемый кавитационными пузырьками в данном случае, увеличивался. Таким образом, эффективность данного способа была невелика даже при значительных энергетических затратах.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности ультразвукового воздействия.

Указанная техническая задача решается тем, что используют ультразвуковое поле с радиально расходящимся фронтом волны.

Кроме того, используют по крайней мере одно дополнительное ультразвуковое поле, аналогичное вышеуказанному.

В данном случае возможно использование излучателя цилиндрической формы, который образует акустическое поле, расходящееся во все стороны от излучателя в радиальном направлении относительно оси симметрии цилиндра-излучателя [4].

В результате экспериментов было установлено, что при промывке шерсти и подобных по структуре материалов под воздействием радиально расходящегося акустического ультразвукового поля не только интенсифицируется собственно процесс удаления загрязнений, но и достигается иной полезный и неочевидный для данного процесса результат - спутанные волокна шерсти частично распутываются, что облегчает их дальнейшую переработку.

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Шерсть сельскохозяйственных животных или другой подлежащий промывке объемно-волокнистый материал помещают в соответствующую емкость, оборудованную источником ультразвука с излучателем, создающим радиальное расходящееся поле УЗ колебаний. Исходное сырье помещают в жидкость, например воду, а затем подвергают воздействию ультразвуком. При этом сырье может быть практически любой степени загрязненности.

Источником ультразвука может быть излучатель любой конструкции, создающий радиально расходящееся акустическое УЗ поле. Требуемая минимальная энергия акустического воздействия - порог кавитации, максимальная не может превышать механической прочности излучателя. При этих условиях амплитуда переменного акустического давления в рабочей зоне должна быть по абсолютной величине не ниже атмосферного.

Соотношение масс промываемой шерсти и промывной воды не имеет критического значения, но оптимально составляет от 1 : 50 до 1 : 500.

Длительность воздействия акустического поля зависит от степени загрязненности обрабатываемого сырья и может составлять от 1 мин до 30 мин.

В процессе промывки жидкость (вода) может многократно заменяться. Присутствие в промывной воде поверхностно-активных (моющих) веществ не требуется, хотя при желании они могут быть добавлены.

При промывке шерсти под ультразвуковым воздействием выделяется тепло, что позволяет без дополнительных затрат энергии поддерживать оптимальную температуру воды в рабочем состоянии.

Влияние некоторых условий на эффективность промывки шерсти предложенным способом показано в табл. 1, где указывается остаточное содержание жира в овечьей шерсти при различных вариантах обработки шерсти радиально расходящимся УЗ полем.

При этом масса шерсти сильной степени загрязненности составляла 20 г. Перед заменой воды шерсть отжималась. Был использован источник ультразвука с выходной мощностью 120 Вт с цилиндрическим излучателем диаметром 30 мм и длиной 15 см, создающий радиально расходящееся УЗ поле. Коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую составлял 0,7, температура воды не превышала 55^oC.

Как видно из представленных данных, требуемый эффект промывки (до остаточного содержания шерстяного жира в пределах 0,4 - 2,5%) в данном случае достигался при 3 - 4-кратной промывке шерсти 2 - 4 объемами воды. Естественно, что при другом соотношении параметров процесса оптимальный режим может быть несколько другим.

Сравнительная эффективность предложенного и некоторых известных способов промывки шерсти представлена в табл.2.

Во всех случаях масса промываемой шерсти умеренной степени загрязненности составляла 20 г, а соотношение масс шерсти и воды 1 : 200. Общая энергия акустического воздействия равнялась 400 Вт для плоского излучателя и 100 Вт для излучателя расходящегося поля. Общая продолжительность УЗ обработки в обоих случаях была равна 15 мин. В качестве моющего раствора был применен 2%-ный раствор текстильного олеинового мыла.

Сравнение полученных результатов позволяет заключить, что предложенный способ имеет существенные преимущества перед известными способами промывки.

Основные преимущества предложенного способа состоят в том, что предложенный способ не требует использования моющих средств, и это не только повышает его экономическую эффективность, но и облегчает выделение чистого ланолина, являющегося побочным продуктом, кроме того, предложенный способ обеспечивает в отличие от известных эффект расчесывания шерсти, что упрощает ее дальнейшую переработку.

Следующий пример более детально иллюстрирует сущность предложенного способа.

Овечья шерсть сильной степени загрязненности массой 20 г была загружена в металлический резервуар объемом 2 л, оборудованный генератором УЗ колебаний с частотой 44 кГц, имеющим излучатель, создающим радиально расходящееся акустическое поле. Излучатель был цилиндрическим и имел диаметр 30 мм и длину 15 см.

Шерсть залили водопроводной водой в объеме 2 л без внесения моющих средств. Затем был включен УЗ генератор, и структура была подвергнута воздействию УЗ поля с энергией 100 Вт в течение 5 мин. Температура воды в резервуаре после завершения этого этапа составляла 54^oC. После этого вода была удалена, а шерсть отжата механическим способом и вновь залита 2 л водопроводной воды. Процедура промывки была повторена трижды с заменой воды на каждом этапе при соблюдении тех же режимов обработки. Трижды промытая шерсть была отжата и высушена. Полученный таким образом промытый продукт имел остаточное содержание жиров 0,6%, шерсть была белого цвета и была хорошо распущена.

Также оказалось возможным увеличить расстояние от излучателя, на котором осуществляется эффективное воздействие УЗ полем на объемно-волокнистую структуру, до нескольких десятков сантиметров.

Наряду с этим были проведены эксперименты с воздействием на волокнистую структуру несколькими ультразвуковыми полями с радиально расходящимися фронтами волн от каждого источника УЗ. При этом основное и дополнительные УЗ воздействия были идентичны и аналогичны вышеописанным в примерах. Результаты показали, что эффективность сочетанного воздействия УЗ поля на 10 - 17% выше, чем УЗ поля от одиночного источника с радиально расходящимся фронтом волны. При этом были опробованы излучатели и цилиндрического типа, как это рассмотрено выше, и точечные источники УЗ поля, которые могут применяться также и при реализации вышеуказанных примеров. Во всех этих случаях для получения максимальной эффективности необходимо подобрать оптимальное расположение источников УЗ поля друг относительно друга, т.е. учитывать суперпозицию воздействия от каждого из источников.

Ряд экспериментов, проведенных в процессе УЗ воздействия на шерсть испытуемых животных, показал, что при использовании интенсивностей УЗ поля, указанных в [5], можно эффективно осуществлять санитарную и ветеринарную обработку шерсти животных без их травмирования.

Таким образом, при использовании данного способа промывки также имеет место эффект "расчесывания шерсти". Кроме того, данный способ обладает более высокой эффективностью по сравнению с известными, указанными выше, также имеется возможность высокопродуктивно очищать шерсть от ланолина без применения каких-либо моющих средств, что позволяет в дальнейшем использовать ланолин для последующего производства.

Источники информации

1. Рогачев Н. В. , Федоров В.А. Первичная обработка шерсти. М.: Легкая индустрия, 1967.

2. Горбунов Л.С. и др. Первичная обработка шерсти. М: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

3. Гусев В.Е. Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти. М.: Легкая промышленность, 1981.

4. Агранат Б. А. и др. Основы физики и техники ультразвука. М.: Высшая школа, 1987.

5. Белановский А.С. Основы биофизики в ветеринарии. М.: Агропромиздат, 1989.