авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Повышение эффективности сушки продуктов растительного происхождения за счет инфракрасно–конвективного воздействия

На правах рукописи

ЛЯГИНА Людмила Александровна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУШКИ ПРОДУКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЗА СЧЕТ ИНФРАКРАСНО–КОНВЕКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2010 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач сельскохозяйствен ного производства является получение продовольственной продукции расти тельного происхождения, к которой относятся зернобобовые культуры, ово щи, фрукты и др. Длительное хранение многих видов растений в натураль ном виде в обычных условиях невозможно и требует применения переработ ки, например сушки. Особую нишу занимают лекарственные растения, на основе которых производятся лечебные препараты, биологические активные добавки (БАД), а также пряности к пище.

В настоящее время из 100 тысяч лекарственных средств, применяемых в мировой медицинской практике, лечебные препараты из растений состав ляют свыше 30%. В нашей стране доля таких средств и препаратов составля ет около 40%.

Наряду с естественными способами сушки, широко используются ис кусственные способы с помощью специальных сушильных установок. Это требует больших затрат электрической или тепловой энергии от сжигания топлива, так как ежегодно в нашей стране заготавливается более 65 тыс. т ле карственного сырья. При этом не всегда удается добиться требуемых показа телей продукта.

Применение электрической энергии представляется наиболее предпоч тительным, поскольку позволяет отказаться от затрат на доставку, складиро вание твердого или жидкого топлива, снизить экологический ущерб окру жающей среде, получить необходимые свойства за счет «тонкого» управле ния технологией сушки.

В настоящее время фермерские и индивидуальные хозяйства специали зируются на выращивании лекарственных растений и поставке лекарственно го сырья для гомеопатических аптек и фармакологических производств. В связи с этим совершенствование способов сушки и создание электрических сушильных установок небольшой производительности, обеспечивающих эф фективный технологический процесс и снижающих энергоемкость сушки, является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности сушки продуктов расти тельного происхождения за счет инфракрасно-конвективного воздействия, обеспечивающего снижение энергоемкости и продолжительности сушки.

Объект исследования – процесс сушки растительного сырья при пе риодическом воздействии инфракрасного (ИК) – лучистого потока и стиму лирующего конвективного охлаждения.

Предмет исследования – закономерности рабочего процесса сушки растительного сырья при циклическом воздействии «ИК-нагрев-обдув воз духом-обдув нагретым воздухом» Методы исследования. В работе применялись теоретические и экспе риментальные методы исследования. При решении поставленных задач ис пользовались законы и положения теплотехники, тепло – и массообмена, электротехнологии, автоматизации технологических процессов, теории пла нирования экспериментов. В экспериментальных исследованиях использова лись современные средства измерительной техники. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методом математической статистики и рег рессионного анализа. Оценка показателей готового продукта производилась с учетом требований ГОСТ 21908-93 на лекарственное сырье.

Научная новизна работы:

развита классификация лекарственных растений с разделением по физико– механическим фракциям, позволяющим обосновать технологию и темпера турные режимы сушки;

предложен способ сушки с однонаправленными влаго- и температурным напо ром, позволяющий сократить энергозатраты и продолжительность процесса, защищенный патентом Российской Федерации на изобретение № 2216257.

обоснованы параметры циклов ИК-нагрева и конвективного обдува про дукта, позволяющие снизить продолжительность и энергоемкость процесса сушки;

разработана конструктивно-технологическая схема установки для индиви дуальных и фермерских хозяйств, реализующая заявленный способ сушки.

Практическая значимость работы:

обоснован и практически реализован новый способ сушки растительных материалов (лекарственного растительного сырья) с соотношением циклов «ИК-нагрев – обдув воздухом – обдув нагретым воздухом», повышающий эффективность процесса;

для основных групп растительного лекарственного сырья определены оп тимальные режимы сушки, позволившие снизить затраты электроэнергии в 1,17 раза, сократить продолжительность сушки в 1,2 раза по сравнению с непрерывным ИК-нагревом;

разработан и испытан опытный образец сушильного шкафа с электриче скими ИК-излучателями (ТЭНами) и программным управляющим устрой ством, обеспечивающим необходимые временные циклы сушки для каждой группы лекарственного растительного сырья.

Реализация научно–технических результатов. Разработаны реко мендации по определению технико-технологических параметров для проек тирования сушильной установки, реализующей заявленный способ сушки.

Результаты исследований использованы и внедрены в Государственном Ав тономном Учреждении «Саратовский областной питомник» г. Аткарска Са ратовской области. Теоретические и экспериментальные результаты исследо ваний используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Свето техника и электротехнология» студентами специальности 110302.





На защиту выносится:

математическое описание процесса сушки «ИК– нагрев–конвективное охлаждение»;

обоснование спектральных характеристик ИК-нагревателя для сушки рас тительного лекарственного сырья;

результаты математического моделирования параметров сушки в зависи мости от конечной влажности продукта;

результаты экспериментальных исследований режимов сушки основных групп лекарственного сырья при цикличном подводе тепловой энергии.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и об суждались на научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 25-30 ноября 2002г., Ч.2);

международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 11 12 июля 2006г., Ч.2);

международной научно-практической конференции, по священной 95-летию Саратовского госагроуниверситета (Саратов, 2008г., Ч.2.);

Всероссийской научно-практической Международной конференции «Вавилов ские чтения» в 2007-2009 гг.;

XV международной научно-практической конфе ренции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции – новые технологии и техника нового поко ления для растениеводства и животноводства» (Тамбов, 18-19 сентября 2009 г.);

международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» в 2010 г., на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского ГАУ им. Н.И. Вави лова в 2001- 2006 гг.

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе, одна – в рецензируемых изданиях, указанных в «Перечне…ВАК», общий объём публикаций со ставляет 3,49 печатных листа, из них 1,82 печатных листа принадлежат лично соискателю.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введе ния, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссерта ционная работа изложена на 140 страницах компьютерного текста, со держит 11 таблиц, 27 рисунков, 6 приложений. Список литературы вклю чает 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, научная новизна, сфор мулированы цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Аналитический обзор различных способов сушки лекарственных растений и технологического сушильного оборудования малой и средней производительности» дана классификация лекарственных растений по ботаническим, физико-механическим признакам, а также осо бенности сушки на примере трех основных групп лекарственного раститель ного сырья и требования, предъявляемые к сушильным установкам. Дана классификационная схема способов сушки растительного материала и су шильного оборудования. Приводится сравнительный анализ достоинств и недостатков различных способов сушки и сушильного оборудования малой и средней производительности. Установлено, что наиболее распространенным способом сушки растительного лекарственного сырья является конвективный нагрев обрабатываемого продукта, осуществляемый с помощью нагретого воздуха. Установки для этого способа просты по конструкции и нашли ши рокое применение. Особенностью такого оборудования является то, что на гретый воздух (топочные газы) выполняет в нем одновременно две функции:



теплоносителя и агента, выносящего влагу из установки. Недостатком этого способа являются: снижение качества готового продукта из-за невозможно сти осуществления точного поддержания температуры, большая продолжи тельность сушки, высокие удельные энергозатраты – 1,6 – 2,5 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги. Устранить недостатки возможно интенсификацией про цесса конвективной сушки, например, за счет использования энергии инфра красного излучения. Приводится способ и технологическое оборудование ИК-нагревателей, а также оцениваются преимущества и недостатки ИК сушилок. Проведенный анализ литературных источников по инфракрасной сушке растительного лекарственного сырья показал преимущества и пер спективность ее применения в сушилках небольшой производительности по отношению к другим способам сушки.

Задачи исследования:

классифицировать виды лекарственного сырья по ботаническим и физико механическим признакам для обоснования режимов сушки;

сопоставить способы сушки растительного сырья и особенности сущест вующих конструкций сушильных установок;

на основании анализа процес са взаимовоздействия ИК-источника с сушимым материалом создать эф фективную систему подвода энергии к материалу;

уточнить закономерности комбинированного тепло– и массообмена про цессов сушки и обосновать конструктивно-технологическую схему су шильной установки для индивидуальных и фермерских хозяйств;

сопоставить спектральные характеристики источника излучения и объекта сушки;

оценить влияние наиболее значимых факторов на конечную влаж ность материала с использованием математического моделирования и тео рии планирования экспериментов;

провести производственные испытания сушильной установки, реализую щей предлагаемый способ сушки;

оценить ее технико-экономическую эф фективность.

Во второй главе «Теоретическое обоснование интенсификации процесса сушки лекарственного сырья с помощью ИК–нагрева и стиму лирующего охлаждения» даны теоретические предпосылки к исследованию процессов сушки растительного сырья. Весомый вклад в разработку теорети ческих основ технологии сушки с применением искусственных источников теплоты и способов ее подвода к сушимому материалу, конструкций су шильных установок внесли П.А. Ребиндер, А.С. Гинзбург, А.В. Лыков, М.Ю.

Лурье, П.Д. Лебедев, М.Н. Михайлова, М.В. Киргичёв, А.А. Гухман, О. Криш нер, С. Сполдинг. Вопросы теории и технологии сушки сочетанием СВЧ и ИК-излучения для материалов растительного происхождения получили раз витие в работах В.Я. Явчуновского, А.В. Львицына, Е.А. Четверикова, В.А.

Малярчука, О.А. Меляковой, И.В. Алтухова и др.

На основе системного подхода проведен морфологический анализ тех нологических процессов сушки растительного материала с учетом способов подвода теплоты и удаления влаги и сформулированы условия, необходимые для повышения эффективности процесса. Эффективность обеспечивается, если:

а) в качестве источника тепловой энергии используется ИК-излучатель;

б) длина волны max инфракрасного излучения, на которую приходится макси мум лучистого потока, соответствует длине волны м наибольшей поглоща тельной способности материала. При этом условии достигается глубокое проникновение ИК-излучения в материал и его наибольший прогрев;

в) тепловая энергия подводится к материалу циклично, когда ИК-нагрев череду ется с конвективным охлаждением, что увеличивает температурный напор из глубины материала и стимулирует вытеснение влаги на его поверхность;

г) цикл «нагрев-охлаждение» завершается технологической паузой, за время которой материал обдувается подогретым воздухом, обеспечивается ак тивное испарение вытесненной на поверхность влаги и вынос ее за преде лы сушильной камеры.

На рисунке 1 приведены факторы интенсификации процесса сушки.

Рисунок 1 – Факторы интенсификации процесса сушки: Qик – ИК тепловой поток на нагрев материала;

imt – поток влаги из материала за счет влагопроводности и термовлагопроводности.

Качество высушенного материала в значительной степени зависит от количества теплоты, подведенной к материалу и длительности воздействия на объект сушки. При этом эффективность процесса сушки определяется способом подвода теплоты и соотношением количеств теплоты на нагрев и на испарение влаги из этого материала. Количество теплоты, подводимой к материалу, представлено уравнением Стефана-Больцмана:

Tu 4 TM F, (1) Qи = 5,67C пр 100 где Спр – приведенная степень черноты излучателя и материала;

5,67 – постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2К4;

Ти, Тм – абсолютные температуры излучателя и материала, К, F – площадь поверхности нагрева материала, м2.

Полагая, для упрощения, что в процессе сушки ИК-поток и направле ние выхода влаги ориентированы нормально к поверхности материала, пред ставим для одномерной задачи структурную схему объекта исследования как показано на рис.2.

Рисунок 2 – Структурная схема объекта исследования Тогда после преобразований уравнение (1) для одномерной задачи при мет вид:

dtcp c w du + F ( t м to )cp, Q = K c0 + B 0V (2) + rT M d d где rТ – удельная теплота испарения влаги с материала, кДж/кг;

– коэффициент конвективного теплообмена материала с окружающим воздухом, кДж/м2 С ·с;

М – масса сушимого материала, кг;

tм, tо – температуры материала и окружающего воздуха, С;

dt – бесконечно малое приращение температуры материала за эле мент времени d;

со – теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/кг·С;

св – теплоемкость влаги материала, (4,19 кДж/кг·С);

о – удельная плотность абсо лютно сухого материала, кг/м3;

V – объем сушимого материала, м3.

Эффективность нагрева материала зависит от коэффициента поглоще ния потока излучения ИК-источника К(х), который при max м, принимается равным 1,0:

м max (3) K = ( ) 1,0.

;

max м где х – факторы влияющие на величину м, главным из которых является вла госодержание материала.

Если пренебречь усадкой материала в процессе сушки и считать, что V=Vо, то уравнение теплового баланса примет вид:

Tu 4 TM 4 cB u dtcp du + F ( tM t0 )cp, (4) F = K c0 + + rT M 5, 67cпр m d d 100 100 а уравнение для потока влаги для одномерной задачи при воздействии на ма териал лишь ИК-потока излучения:

imt= - am о grad u– am о grad t= im+ i t, (5) где imt – плотность потока влаги, выносимой из материала за счет влагопроводно сти и термовлагопроводности, кг/м2·с;

grad t – градиент температуры, С/м;

– коэффициент термовлагопроводности материала, 1/оС;

im,it – составляющие по тока влаги, обусловленные влагопроводностью и термовлагопроводностью, кг/м2·с;

am – коэффициент потенциалопроводности, м2/с.

Знак «минус» слагаемых уравнения (5) показывает, что перенос влаги происходит от внутренних слоев материала к поверхности. При этом, чем выше температура и концентрация влаги внутри по отношению к периферии, тем выше плотность потока влаги imt к поверхности материала. Градиент температуры grad t в уравнении (5) в предлагаемом способе сушки – фактор управляемый, который реализуется следующим образом. Периодическое ох лаждение поверхности материала сушки, следующее за ИК-облучением, уве личивает в материале градиент температуры (grad t) за счет возникновения так называемого термоградиентного коэффициента µ=//1,0, где / возрос ший коэффициент термовлагопроводности материала при его циклическом охлаждении. В результате в материале возрастает температурный напор из нутри материала, что способствует усилению миграции влаги к поверхности, ускоряя процесс сушки. Тогда уравнение массопереноса при циклическом конвективном охлаждении материала, с учетом возникшего термоградиент ного коэффициент :

imt= - am о grad u– am о grad t= im+ i t, (6) Коэффициент зависит от показателя, определяемого составляющи ми ик и о ик =, (7) ик + где ик – продолжительность инфракрасного нагрева;

о – продолжительность конвективного охлаждения.

Значения для сушки конкретного лекарственного материала, а также продолжительности но обдува нагретым воздухом для эффективного снятия с поверхности и удаления влаги, определены экспериментально.

Предлагаемая конструктивно-технологическая схема сушильной уста новки с ИК-облучением и стимулирующим обдувом воздухом приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема установки комбинированной сушки: 1 – возду ховод;

2 –решетчатая прижимная па нель;

3 – ТЭН;

4 – алюминиевый эк ран;

5 – корпус шкафа;

6 – теплоизо ляция;

7 – выдвижной контейнер;

8 – сушимый материал;

9 – боковые жа люзи;

10 – центробежный вентилятор;

11 –электроподогреватель воздуха;

– направление воздушных потоков.

В третьей главе «Экспериментальные исследования режимов суш ки лекарственных растений с ИК-облучением и стимулирующим обду вом неподогретым воздухом» приведены программа, методики и результа ты исследований закономерностей изменения экспозиции сушки, удельного расхода электроэнергии, влажности продукта при различных сочетаниях воз действующих факторов. В исследованиях использовалась разработанная и изготовленная лабораторная установка для сушки лекарственных растений (рисунок 4).

Для режима автоматического управления временными циклами опера ций ИК-нагрева, конвективного охлаждения и обдува подогретым воздухом использовался программируемый контроллер.

Исследование спектральных характеристик лекарственного сырья и ИК-излучателей позволило установить совокупность характерных спектров поглощения и излучения. Установлено, в частности, что спектры наибольше го ИК-поглощения всех трех групп лекарственного растительного сырья представлены коротковолновым и средневолновым диапазонами: для листьев м=3,0…5,5 мкм, для корней и травы (стебли с листьями) м=3,0…5,0 мкм.

Рисунок 4 – Конструктивная схема лабораторной установки: 1–ИК нагреватели;

2–алюминиевая пластина – экран;

3–МПЦУ;

4–центробежный вентилятор;

5–нагревательная спираль на керамическом корпусе;

6–корпус;

7–контейнер;

8–сушимый материал;

9–боковые жалюзи;

10–термопара;

11– аналого-цифровой преобразователь;

12–сетчатая панель;

13–персональный компьютер.

Рисунок 5 – Диаграммы спектральных характеристик ИК-излучателя при раз личных температурах (Т) и поглощательной способности сушимого материала µ(): 1 –Т=469 К;

2 –Т=677К;

3 –Т=799К;

4 –Т=984К;

5 –Т=1584К;

6 –М() – относительная спектральная чувствительность лекарственного сырья (корни).

На рисунке 5 представлены совмещенные спектральные характеристики энергетической светимости ИК-излучателя ЕТ и относительной поглощатель ной способности сушимого материала М(), которые характеризуют техноло гическое взаимодействие ИК-излучателя с сушимым материалом (корни).

Для определения характеристик цикла в заявленном способе сушки ле карственного растительного сырья обработке подвергались отдельные, наибо лее характерные, группы лекарственных растений: листья мяты перечной, трава душицы;

корни цикория и др. Исходная влажность материала составляла 75…85%. Сушка проводилась до кондиционной влажности 10…14%, соответ ствующей требованиям ГОСТ 23768-94, ГОСТ 21908-93, ГОСТ 13031-67.

Рисунок 6 – Временная диаграмма сушки растительного сырья при цикличном подводе тепловой энергии: нi – продолжительность ИК-нагрева материала i-го цикла, мин;

оi – продолжительность обдува неподогретым воздухом i-го цикла, мин;

ноi – продолжительность обдува подогретым воз духом i-го цикла, мин;

цi – продолжительность цикла сушки i-го цикла, мин;

ab – ИК-облучение лекарственного сырья;

bc – обдув сырья неподогре тым воздухом;

cd – обдув сырья подогретым воздухом;

bb/ – ИК-нагрев ле карственного сырья без охлаждения воздухом;

bb// – естественное охлажде ние растительного сырья.

На рисунке 6 представлена временная диаграмма сушки лекарственно го сырья (корни). Нагрев материала от ИК-источника осуществлялся до тем пературы + 60 C, затем производился обдув неподогретым воздухом до тем пературы на поверхности + 22…20 C и обдув подогретым воздухом с тем пературой 45 C в течение 2 минут.

Периоды нагрева материала от ИК-излучателя нi, чередуются с перио дами обдува неподогретым оi, а затем подогретым ноi воздухом. При этом температура материала за время ноi понижалась на 13 C, что свидетельству ет об интенсивном испарении с поверхности материала выступившей влаги.

На рисунке 7 представлены кривые влажности лекарственного сырья (корни) от продолжительности сушки w=f() и кривая, построенная по пред ложенной методике. При этом погрешность не превышала w5 %.

Рисунок – 7 Зависимость влажности лекарственного сырья от продолжительности сушки: 1 –расчетная;

2 – экспериментальная.

Проведен анализ динамических характеристик сушильной установки при сушке лекарственных растений каждой группы с применением теории планирования экспериментов. Рассмотрено влияние факторов: продолжи тельности сушки, удельного расхода электроэнергии Ауд, параметра на ко нечную влажность продукта w. Регрессионный полином, определяющий дан ную зависимость, представлен в виде уравнения (8). Для обработки применя лись электронные таблицы Ехсеl пакета прикладных программ Microsoft Office для операционных систем семейства Windows.

w=4,84-16,9 Х 1 –3,4 Х 2 –3,4 Х 3 +11,94 Х 1 2+11,44 Х 2 2+9,44 Х 3 2+ +2,125 Х 1 Х 2 +4,625 Х 1 Х 3 –0,375 Х 2 Х 3. (8) В качестве параметра оптимизации выбрана конечная влажность w. Наи большее влияние на величину w (8) оказывают продолжительность сушки – и параметр. Для варьируемых значений и в диапазоне «–1» до «+1» при неизменном удельном расходе электроэнергии Ауд, построена поверхность отклика w =f(, ) при Ауд=const (рисунок 8).

56- 60 52- w, % 52 48- 44 44- 36 40- 28 36- 20 32- 12 28- 4 24- 20- 0, 0, 0, 0, 1, 16-, о.е.

1, 0, 2, 12-, мин 2, 8- Рисунок 8 – Поверхность отклика воздействия параметров на процесс сушки (корни цикория) w =f(, ) при Ауд=2,0 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги.

Из диаграммы (рисунок 8) следует, что значение конечной влажности w уменьшается при увеличении и и достигает экстремума, когда и со ответствуют уровню «0» (= 1,5 ч, =0,55 о.е.).

Для варьируемых значений Ауд и в диапазоне «–1» до «+1» при неиз менной продолжительности сушки, построена поверхность отклика w=f(Ауд,) при =const (рисунок 9).

w, % 65- 60 60- 50 55- 50- 45- 25 40- 15 35- 5 30- 25- 0, 0, 0, 20- 0, 1, Ауд, кВт·ч на 1кг 1, 0, 15- 1, 0, испаренной вла, о.е.

2, 10- ги Рисунок 9 – Поверхность отклика воздействия параметров на процесс сушки (корни) w =f( Ауд, ) при =0,5 ч;

для корней оптимальные удельные энергозатраты Ауд=1,14 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги.

Из полученных данных видно, что на поток влаги оказывает влияние продолжительность сушки, показатель, удельные энергозатраты Ауд.

Технические возможности и эффективность предложенного способа и установки для сушки лекарственных растений подтверждены производствен ными испытаниями.

В четвертой главе «Производственные испытания установки для сушки лекарственных растений» приведены результаты сравнительных испытаний установки, реализующей предложенный способ сушки раститель ного сырья и серийных установок «Дачник –4».

Испытания проводились в Государственном Автономном Учреждении «Саратовский областной питомник» г. Аткарска, а также в крестьянском фермерском хозяйстве «Пасечный А.И.» Лысогорского района Саратовской области. При проведении испытаний использовались части растений: листья, трава, корни влажностью 75…85%;

масса загрузки 1,2…2,0 кг;

температур ный режим сушки в соответствии с ГОСТ 23768-94, ГОСТ 21908-93, ГОСТ 13031-67: для листьев +35…+50С;

для травы +60…+90С;

для корней +30…+60С. При испытаниях высушено 23,8 кг растительного материала.

В ходе испытаний было установлено, что разработанное оборудование соответствует установленным требованиям и обладает высокой эффективно стью. Сушильная установка, реализующая заявленный способ сушки, позво ляет сократить продолжительность сушки при нормируемой конечной влаж ности в 1,2…1,3 раза, снизить энергозатраты в 1,17 раза.

Результаты производственных испытаний приведены в таблице 1.

Таблица Результаты производственных испытаний Параметры Части растений Месяц сбора и суш- Июнь-август ли- Июнь-август Май, сентябрь, ки сырья стья трава (стебель, октябрь листья) корни Температура в зоне 50 80 сушки, С Масса загрузки, кг 1,2 1,6 2, Начальная влаж ность/конечная 80/10 80/12 75/ влажность, % Продолжительность 0,9 1,0 1, сушки, ч Расход эл.энергии, кВт·ч на 1 кг про- 1,27 2,16 2, дукции Удельные энергоза траты на 1кг испа ренной влаги, кВт·ч 1,06 1,08 1, на 1 кг испаренной влаги Параметр структу 0,6 0,55 0, ры цикла опт, о.е.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. По результатам анализа литературных источников усовершенствована классификация и уточнены физико-механические и ботанические класси фикационные признаки характерных лекарственных растений, позволив шие обосновать режимы сушки получаемого из них сырья: продолжи тельность ИК-нагрева н=0,9–1,5 ч;

стимулирующего обдува о=(0,45– 0,5)н;

обдува нагретым воздухом но=(0,13–0,15)о.

2. Сопоставлены особенности способов сушки, конструкций сушильных ус тановок и определены условия интенсификации процесса при одновремен ном снижении энергопотребления в 1,17 раз. Предложен, на уровне изобре тения, способ сушки с цикличным режимом «нагрев–охлаждение» продук та от ИК-источника с длиной волны max=3,7…4,5 мкм и поочередным об дувом продукта: для интенсификации вытеснения свободной влаги – нена гретым, а для ее удаления из сушилки – нагретым до 40–45С воздухом.

3. Усовершенствована модель тепло- и массообмена ИК-сушки за счет учета стимулирующего вытеснения влаги и глубинного прогрева коэффициен том поглощения инфракрасного излучения К, термоградиентным коэф фициентом и показателем термовлагопроводности /. Установлена взаи мосвязь термоградиента с соотношением составляющих временных циклов термовоздействия на материал: ИК-нагрева – н, стимулирующего обдува ненагретым о и нагретым но воздухом.

4. Сопоставление спектральных характеристик источников ИК-излучения и объектов сушки показало, что трубчатые электронагеватели (ТЭНы) обес печивают спектр ИК-излучения с max=3,0…5,0 мкм, максимально погло щаемого лекарственным сырьем при сушке и представляются предпочти тельными для реализации заявленного комбинированного способа сушки.

5. Методами теории планирования экспериментов определено влияние сово купности факторов на продолжительность сушки и удельный расход элек троэнергии при заданной конечной влажности w=10–14%. Установлено, что для листьев, травы и корней характерных лекарственных растений эти значения находятся в диапазоне н=0,9–1,5 ч при Ауд=1,06–1,14 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги.

6. Производственные испытания подтвердили эффективность разработанной сушильной установки, реализующей предложенный способ сушки. Про изводительность установки при сушке лекарственного сырья составила 551 кг/год, удельный расход электроэнергии 1,08 кВт·ч на 1 кг испаренной влаги.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Лягина Л.А. Совершенствование способа сушки продуктов растительно го происхождения /Любайкин С.Н., Лягина Л.А.// Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова, №5, 2010. – С. 37-39 (0,5/0,3).

2. Рыбалко Л.А. К вопросу о сушильной установке лекарственных растений для фермерских и личных подсобных хозяйств / С.Н. Любайкин, Л.А. Рыбал ко // Повышение эффективности процессов механизации и электрификации в АПК: сб. науч. работ / СГАУ им. Н.И. Вавилова.– Саратов: СГАУ, 2001.–С.

256-257(0,6/0,3).

3. Рыбалко Л.А. Интенсификация сушки лекарственных растений / Л.А. Ры балко // Тезисы докладов научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Ч. 2.– Саратов: СГАУ, 2002. – С. 52-53 (0,15).

4. Рыбалко Л.А. Комбинированный способ сушки лекарственного сырья / С.Н. Любайкин, Л.А. Рыбалко // Молодые ученые агропромышленному ком плексу Поволжского региона. – Саратов: СГАУ, 2003.– С. 178-179 (0,6/0,3).

5. Лягина Л.А. Технология сушки растительного сырья для личных и фер мерских хозяйств / С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // Материалы конференции, посвященной 118-годовщине со дня рождения академика Н.И.Вавилова.– Са ратов: СГАУ, 2005. – С. 46-47 (0,125/0,0625).

6. Лягина, Л.А. Общие подходы в технологии сушки материалов раститель ного происхождения / С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // материалы Междунар.

науч.-практ. конф., посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г.

Рыбалко. Ч. 2.– Саратов: СГАУ, 2006. – С. 113-114(0,125/0,0625).

7. Лягина Л.А. Сушка растений при цикличном подводе тепловой энергии (ИК+конвекция) при стимулирующем обдуве холодным воздухом / С.Н. Лю байкин, Л.А. Лягина, Т.В. Улыбина //Материалы конференции, посвященной 119-годовщине со дня рождения Н.И.Вавилова.– Саратов: СГАУ, 2006. – С.

127-131 (0,3/0,1).

8. Лягина Л.А. Экспериментальные исследования режимов сушки лекарст венных трав с комбинированным подводом тепловой энергии / С.Н. Любай кин, Л.А. Лягина // Вавиловские чтения – 2007 : материалы Междунар. науч. практ. конф. – Саратов : Научная книга, 2007. – С. 247-248 (0,15/0,075).

9. Лягина Л.А. Экспериментальное исследование спектральной чувствитель ности лекарственного растительного сырья к ИК-излучателю / С.Н. Любай кин, Л.А. Лягина // материалы Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 95-летию Саратовского госагроуниверситета. Ч. 2.– Саратов: ИЦ «Наука», 2008.– С.265-266 (0,19/0,095).

10. Лягина Л.А. Физическая модель сушильной установки и методика прове дения экспериментальных исследований /С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // По вышение эффективности использования ресурсов при производстве сельско хозяйственной продукции-новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства: сборник научных докладов XV междуна родной научно-практической конференции (18-19 сентября 2009года, г. Там бов)/ Российская академия сельскохозяйственных наук;

Государственное науч ное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве.–Тамбов.: Изд-во Першина Р.В., 2009.–С. 551-554 (0,3/0,15).

11. Лягина Л.А. Сравнительная оценка эффективности различных способов сушки лекарственного сырья /С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // Вавиловские чтения –2009 : материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Саратов : Научная книга, 2009. – С. 296–297 (0,15/0,075).

12. Лягина Л.А. Выбор оптимального соотношения составляющих временного цикла сушки растительных материалов. / С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина //Междунар. науч.-практ. конф., Актуальные проблемы энергетики АПК// ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова, 2010. –С. 212–214 (0,3/0,15).

13. Способ сушки продуктов растительного происхождения: пат. № Рос. Федерация: МПК7 А 23 L 3/54, А 23 В 7/02 / Любайкин С.Н., Рыбалко Л.А., заявитель и патентообладатель Сергей Николаевич Любайкин, Людми ла Александровна Рыбалко. – № 2002100293/13;

заявл. 03.01.02;

опубл.

20.11.03. Бюл. №32. – 16 с.: ил 1.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.