авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< 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

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Ресурсосберегающие методы управления ик-энергоподводом в процессах производства оздоровительного чая

-- [ Страница 2 ] --

Исследованию ИК-методов подвода энергии для термообработки пищевых продуктов посвящены работы А.С. Гинзбурга, С.Г. Ильясова, В.К. Кирдяшкина, В.В. Красникова, А.В. Лыкова, Ю.М. Плаксина, Н.Г. Селюкова, Е.П. Тюрева, В.В. Филатова и других авторов. Однако в этих работах не рассматривалась проблема переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ, отсутствуют закономерности по управлению дискретным энергоподводом с учетом изменения теплофизических и оптических свойств материала в процессе терморадиационной обработки.

По результатам исследований, проведенных на кафедрах факультета агрономии и охотоведения ИрГСХА, установлено, что из 500 видов дикорастущих и культивируемых лекарственных растений, произрастающих на территории Иркутской области, 160 могут быть использованы в технологии производства оздоровительного чая. Вместе с тем ресурсы лекарственных растений области используются не полностью, принимается к заготовке лишь пятая часть их запасов. Между тем потенциальная ценность ресурсов дикорастущих растений в лесах Приангарья представляет большой хозяйственно-экономический интерес для принятия решений об организации хозяйственных промыслов и по мировым ценам середины 90-х гг. оценивается в 1,5 трлн долл. США.

Применение нетрадиционных источников электроэнергии особенно актуально для организации заготовки и переработки дикорастущего сырья. В настоящее время уровень энерговооруженности заготовителей и переработчиков дикорастущих растений практически равен нулю, так как все операции при заготовке и переработке лекарственного сырья выполняются либо вручную, либо с использованием устаревшей техники. Фрагменты этой технологии и техники приведены на рисунке 1.

  Фрагменты технологии и-0

  Фрагменты технологии и-2

  Фрагменты технологии и-3

Рисунок 1 – Фрагменты технологии и техники переработки лекарственных растений

Увеличение объема заготовок сдерживается слабой материально-технической базой и отсутствием научно обоснованных методов и технических средств для переработки дикорастущего сырья. Наиболее целесообразной системой электроснабжения производств по переработке дикорастущего лекарственного сырья может оказаться так называемая малая энергетика, т.е. применение для электроснабжения пунктов по переработке дикорастущего сырья автономных источников электрической энергии. Лучшим в этом случае будет вариант с использованием возобновляемых источников энергии, таких как гелиоветроэнергетические станции, микро ГЭС и др.

Одним из путей повышения энергосбережения и интенсификации процессов термической обработки лекарственных растений для получения оздоровительного чая является согласование энергетических и спектральных характеристик ИК-излучателей с оптическими свойствами лекарственных растений. Спектральные характеристики ИК-излучателей зависят в основном от температуры нагрева излучателя и в настоящее время достаточно хорошо изучены. В подавляющем большинстве эти исследования проведены в соответствии с законом смещения Вина-Голицина, в основе которого заложена температура нагревания излучателя. Оптические характеристики растений в диапазоне инфракрасного излучения одним из первых исследовал Отто Кришер. Однако методика исследования по согласованию спектральных характеристик ИК-излучателей и оптических свойств растений имеет недостаток. В большинстве случаев оптические свойства растений подстраиваются под серийно выпускаемые кварцевые ламповые излучатели типа КГ (КИ). Получается обратная картина, противоречащая логическим законам техники: к излучателю подбиралось растение, а не наоборот. Вместе с тем в последние годы разработаны новые излучатели, выполненные на основе композиционных материалов с оптимальным спектральным составом излучения для процессов термообработки растений. Поэтому открывается путь к разработке и исследованию самонастраивающихся излучателей.



При решении вопроса интенсификации требуется учитывать весь комплекс параметров, влияющих на лучистый теплообмен в рабочей камере ИК-установки. Технологические требования диктуют условия по определению интегральной проницаемости ИК-излучения в растения в конкретном процессе.

На теплофизические операции по завяливанию, сушке и карамелизации углеводов используется от 50 до 70 % всей затрачиваемой энергии в технологическом процессе переработки лекарственных растений в оздоровительный чай. Однако эффективность поглощенной энергии излучения часто бывает невысокой из-за низкого качества облучения, обусловленного неравномерностью облучения по поверхности и объему объекта. Необходимо использовать новые принципы построения технологических схем объемного облучения, которые базируются на согласовании потоков распространения излучения и перемещения облучаемых лекарственных растений.

В заключение главы приведены выводы, сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе изложена общая методология решения научной проблемы формирования активно действующих веществ в процессах производства оздоровительного чая.

Как известно, целебные свойства растений обусловлены содержанием в них активно действующих веществ: гликозидов, алкалоидов, сапонинов, полисахаридов, эфирных масел, органических кислот, флавоноидов, фитонцидов, витаминов, химических элементов, пигментов, смол, жирных масел. Количество действующих веществ, содержащихся в растении, исчисляется чаще сотыми и десятыми долями процента. Поэтому поиск принципов, методов, способов и средств в процессах заготовки, выращивания, переработки и хранения лекарственных растений с целью получения из них оздоровительных препаратов с оптимальным составом активно действующих веществ является по новизне важнейшей проблемой.

Методология решения научной проблемы в процессах формирования цельного структурно-организационного энергоэкономичного комплекса при производстве пищевых и оздоровительных продуктов по совокупности информационно-энергетических, продуктивных и временных показателей впервые представлена в работах Н.В. Цугленка.

Использование этой методологии применительно к решению проблемы по производству оздоровительного чая из культивируемых и дикорастущих лекарственных растений при помощи управляемого электромагнитного излучения ИК-диапазона можно представить разработанной функциональной схемой взаимодействия информационно-энергетических и продуктивных потоков в годовом цикле, позволяющей логически рассмотреть функциональные взаимосвязи трех условных подсистем (рис. 2).

Сбор лекарственного сырья необходимо проводить во время максимального накопления биологически активных веществ в растениях (в определённые сроки, фазу развития растений и т.д.). При изучении динамики накопления активно действующих веществ в фазе цветения в надземной части чабреца в районе бухты Радость-1 на побережье оз. Байкал нами были получены уникальные данные.

Динамика накопления активно действующих веществ (фенольных соединений) в чабреце в период с 11 по 25 июля показана на рисунке 3 кривыми, полученными при помощи УФ-спектрофотометрии.

  Схема взаимодействия-4

Рисунок 2 – Схема взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в технологии оздоровительного чая при помощи ИК-энергоподвода

Рисунок 3 – Спектры поглощения водного настоя чабреца, собранного на побережье озера Байкал. Срок сбора: 1 – 11.07-13.07.1997 г. (t = 24 °С); 2 – 14.07-16.07.1997 г. (t = 25 °С); 3 – 17.07-19.07.1997 г. (t = 24 °С); 4 – 20.07-22.07.1997 г. (t = 26 °С); 5 – 23.07-25.07.1997 г. (t = 10 °С)

Так, величина пика поглощения водного настоя чабреца в течение первых двенадцати дней возрастала. С 23.07.97 г. по 25.07.97 г. в районе этой бухты резко изменились внешние природные факторы. В этот период температура воздуха понизилась с 26 °С до 10 °С, скорость ветра увеличилась от 3 м/с до 50 м/с. Количество и качество действующих веществ было значительно ниже в образцах чабреца, собранных при неблагоприятных погодных условиях (кривая 5).

Математическая модель взаимодействия энергетических и продуктивных потоков в технологии оздоровительного чая из дикорастущих и культивируемых растений при помощи ИК-энергоподвода может быть представлена в общем виде дифференциальными уравнениями, характеризующими динамику сопряжения экологобиотехнологических циклов

jpg">,
(1)
, (2)

где M=M(t) – продуктивная масса в момент текущего времени t в экологобиотехнологическом цикле оздоровительного чая, кг; Q1 – входной или продуктивный поток, или потенциальная биомасса растений, накапливаемая за счет фотосинтеза, кг/с; Q2 – поток массы на выходе, потери биомассы растений, связанные с дыханием в процессе вегетации, или потери биомассы в процессе ее дальнейшей переработки, кг/с; E=E(t) – энергия, полезно использованная в момент текущего времени t в экологобиотехнологическом цикле, Втс; Р1 – суммарный энергетический поток экологических и антропогенных источников, используемых в экологобиотехнологическом цикле, Вт; Р2 – суммарные потери энергетического потока экологических и антропогенных источников, используемых в экологобиотехнологическом цикле, Вт; d1, d2, C1, C2 – постоянные коэффициенты.

Решение уравнений (1) и (2) выражает основные показатели цикла: продуктивная масса М и полезно используемая энергия Еп в виде функций от значений величины информационно-энергетических воздействий (экологических и антропогенных) и временной структуры циклов Т, t и .

Уравнение (2) может быть представлено в виде

, (3)

где rе – показатель геометрической характеристики растений; – фактический максимальный биологический потенциал энергопродуктивности; – постоянный коэффициент, характеризующий эффективность влияния совокупной экологической и антропогенной энергии на рост растений; Е0 = e0H – величина начальной энергопродуктивности семян культивируемых растений, равная произведению начального энергосодержания семян e0 на норму посева Н, для дикорастущих растений эта величина равна нулю; N – величина удельного фотосинтеза; К – величина удельного дыхания; k1 – постоянный коэффициент, характеризующий интенсивность фотосинтеза; k2 – постоянный коэффициент, характеризующий интенсивность дыхания; r – коэффициент пропорциональности основных размеров, характеризующий отношение проекции площади, занимаемой растениями F, к площади поверхности листьев Fл.

Постоянная времени биологического цикла

. (4)

Эти теоретические положения были использованы нами при определении оптимальных сроков заготовки дикорастущих растений.

Для исследования динамической модели системы машин, обладающей стабильной поточностью при прохождении продуктивного потока М через систему, можно использовать уравнение

, (5)

где Q – производительность поточной системы кг/с; – концентрация растений в единичном объеме рабочей камеры, кг/м3; Vi – объем рабочей камеры

i-го звена поточной системы, м3; мi – время машинного цикла, с; tТ – время технологического цикла, с; – КПД потерь продуктивного потока.

Выражение иллюстрирует зависимость производительности от времени технологического цикла tT. Чем больше время технологического цикла tT, тем меньше производительность машин технологического комплекса и соответственно меньше размер рабочих камер машин и меньше их материалоемкость при одном и том же объеме перерабатываемой продукции М. Для снижения материалоемкости существующих технологических комплексов необходимо использовать в организационном плане максимально возможное время tT периода переработки полученной продукции М. Для снижения материалоемкости отдельно каждой машины необходимо изыскивать возможности сокращения времени внутреннего машинного цикла мi.

Для определения взаимодействия параметров энергетических потоков с основными параметрами продуктивного потока решение уравнения для любого звена технологического комплекса переработки лекарственных растений

, (6)




где Руд – удельная мощность экологических и антропогенных потоков, необходимая для заданных технологических преобразований количественно-качественных характеристик обрабатываемых продуктов, приходящаяся на единицу объема рабочей камеры кВт/м3, э – время энергетического цикла, т.е. период нахождения продукта под энергетическим воздействием; э – энергетический КПД.

Данное выражение хорошо иллюстрирует взаимодействие энергопродуктивных потоков в любом звене технологического комплекса и связывает воедино основные параметры: продуктивность (производительность) Q с удельной мощностью Руд и временем энергетического цикла заданного технологического процесса и позволяет определить по заданной, т.е. установленной удельной мощности Руд и времени энергетического цикла э для расчетной производительности Q мощность энергетических источников Р1.

Анализ выражения (6) показывает, что на увеличение продуктивности существенное влияние оказывает общая мощность (интенсивность солнечной радиации, мощность преобразователей антропогенной энергии и т.д.), энергетический КПД э, энергонасыщенность технологического процесса Pуд и время энергопродуктивного цикла э.

Повысить производительность при фиксированной мощности Р1 можно за счет использования новых принципов и методов энергоподвода, снижая материалоемкость оборудования и увеличивая концентрацию энергии Руд, и тем самым сократить время энергопродуктивных циклов э.

В последние годы работами академика М.Ф. Казанского и его учеников на основании термограмм сушки установлен ряд сингулярных точек, характеризующих различные формы связи влаги с капиллярно-пористыми коллоидными телами, к которым можно отнести и лекарственные растения (рис. 4). По схеме М.Ф. Казанского вся влага разделяется на влагу физико-механической и физико-химической связей. Количество энергии для отрыва 1 моля воды с физико-механической связью в несколько раз меньше количества энергии для отрыва 1 моля воды с физико-химической связью. При физико-механической связи влаги с лекарственными растениями основная масса воды является свободной и сохраняет свои свойства. Слой воды, связанный адсорбционно, меняет свои свойства. Можно полагать, что вода в растениях имеет в основном физико-механическую связь и лишь незначительный процент воды с физико-химической связью.

  Термограмма сушки (1) и кривая-15

Рисунок 4 – Термограмма сушки (1) и кривая сушки (2)

Анализ термограммы и кривой кинетики процесса сушки растений с физико-механической связью влаги показывает, что для удаления свободной влаги в начальный момент процесса термообработки целесообразно подводить большее количество энергии до достижения предельно допустимой температуры для данного процесса и растения с целью интенсификации процесса влагоудаления и сокращения времени на процесс сушки. По мере удаления влаги уровень подводимой энергии необходимо снижать и поддерживать рабочую температуру, не превышающую предельно допустимых значений для данного растения. Время работы облучателя в первом цикле определяется из выражении

(7)

где Тн – постоянная времени нагрева; tmax – предельно допустимая температура для данного растения; Vпред.доп – предельно допустимая скорость нагрева для данного растения.

На основании теоретических исследований были выбраны закономерности регулирования дискретными методами ИК-энергоподвода в процессах переработки лекарственных растений. Описание этих закономерностей совпадает с разложением степенной функции в ряд Маклорена. Закон регулирования можно представить в виде ряда Маклорена с показателем степени, учитывающим степень увлажнения растения и постоянную времени нагрева.

, (8)


Pages:     | 1 |
2
| 3 | 4 |   ...   | 5 |
 
Авторефераты диссертаций  >>  Авторефераты по Агроинженерным системам

Похожие работы:








наверх


 
<<  ГЛАВНАЯ   |   КОНТАКТЫ
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.