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 | 2 || 4 | 5 |

Ресурсосберегающие методы управления ик-энергоподводом в процессах производства оздоровительного чая

-- [ Страница 3 ] --

где x = Т/ Тн – отношение времени цикла или его части к постоянной времени нагрева лекарственных растений.

Поиск эффективных режимов ИК-облучения в процессах термообработки материалов, в том числе и при исследовании технологии оздоровительного чая, указал на пути комбинации элемента искусственной конвекции и прерывных методов нагрева.

Включение и отключение ИК-облучателя при прерывном энергоподводе

можно осуществлять двумя принципиально различными методами управления:

  1. частотно-прерывный метод управления энергоподводом (рис. 5);
  2. широтно-прерывный метод управления энергоподводом (рис. 6,7).

Наиболее подробно исследован широтно-прерывный метод управления энергоподводом. Были исследованы два варианта широтно-прерывного метода управления ИК-энергоподводом: с повышением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле (рис. 6); с понижением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле (рис. 7).

При исследовании широтно-прерывных методов управления энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений были учтены результаты лабораторных и производственных экспериментальных исследований по удалению влаги из растений.

  Частотно-прерывный метод-18

Рисунок 5 – Частотно-прерывный метод управления ИК-энергопод-водом

  Широтно-прерывный метод-19

Рисунок 6 – Широтно-прерывный метод управления с повышением уровня ИК-энергоподвода в каждом последующем цикле

  Широтно-прерывный метод-20

Рисунок 7 – Широтно-прерывный метод управления с понижением уровня ИК-энергоподвода в каждом последующем цикле

Для ускорения процесса удаления влаги из внутренних слоев растений необходимо организовать процесс переработки растений с понижением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле. Так как в начале процесса сушки количество влаги в растениях имеет максимальное значение и она в основном имеет механическую связь, то в период интенсивного нагрева большая часть ее будет удалена в первых циклах процесса сушки с минимальными затратами энергии на совершение работы по отрыву влаги от сухого вещества. Чередование периодов интенсивного нагрева растений с интенсивной вентиляцией позволяет использовать эффект внутреннего термовлагопереноса и завершить процесс с минимальными затратами энергии и на сравнительно низком температурном режиме. А это, в свою очередь, позволит не только значительно сократить расход энергии на процесс, но и в значительной степени обеспечить более высокое качество готового продукта.

Принципиально другая картина будет при организации процесса переработки растений с повышением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле. Увеличение температуры к концу процесса приведет не только к повышенным затратам энергии, но и к необратимым процессам в составе активно действующих веществ.

В третьей главе представлены математические модели взаимодействия системы «излучатель-растение» в процессах производства оздоровительного чая.

Рисунок 8 – Структурно-логическая модель ИК-энергоподвода в технологии оздоровительного чая

Структурно-логическая модель (рис. 8), символически указывает на энергетическую взаимосвязь на всем пути преобразования электрической энергии в конкретном технологическом процессе с его целевым назначением. Она, вместе с тем, открывает дорогу к выбору математических моделей по обоснованию в технологических процессах обработки дикорастущего и культивируемого лекарственного сырья инфракрасным нагревом.

Математическая модель воспроизводит кинетику нагрева лекарственных растений ИК-излучением. Для математического описания поведения системы «излучатель-растение» можно использовать дифференциальное уравнение энергетического баланса, которое наиболее полно будет отражать взаимосвязь между плотностью мощности и скоростью нагрева растения

, (9)


где А – коэффициент поглощения энергии ИК-излучения растением; – КПД ИК-облучателя; С – теплоемкость растений, Дж/К; Р – мощность ИК-облучателя, Вт; Рк – тепловые потери, возникающие в результате конвективного теплообмена, Вт; – время процесса, с; Рисп – мощность, необходимая на испарение влаги, Вт; Рu – тепловые потери, возникающие в результате лучистого теплообмена между облучаемым растением и окружающими поверхностями, Вт.

Решение этого дифференциального уравнения относительно превышения температуры нагрева растения над температурой окружающей среды

, (10)

где max – максимально возможное превышение температуры, К; е – основание натуральных логарифмов; Т – постоянная времени нагрева растения, с;

нач – начальное превышение температуры, К.

Если температура растения и температура окружающей среды в начале процесса имеет одинаковое значение, тогда нач = 0.

Уравнение (10) перепишется так

. (11)

Максимально возможное превышение

, (12)

где QF – теплоотдача с поверхности растения, Вт/К.

(13)

где– суммарный коэффициент теплообмена, Вт/K·м2; F – площадь теплообмена, м2.

С учетом выражения (13) уравнение (12) перепишется как

. (14)

Обозначим

. (15)

Тогда

. (16)

Показатель объединяет группу коэффициентов, характеризующих свойства излучателей и лекарственных растений и зависящих главным образом от согласования спектральных характеристик источников излучения и оптических свойств растений; P/F – плотность мощности, Вт/м2.

Связь между плотностью мощности и скоростью нагрева можно найти, продифференцировав уравнение (11) по

(17)

или

. (18)

Уравнение (11) можно переписать в виде

. (19)

Поэтому с учетом выражения (19) уравнение (17) можно переписать как

. (20)

При = 0 получается зависимость между плотностью мощности и максимально возможной скоростью нагрева растений

. (21)

Или максимально возможная скорость нагрева растений в наиболее общем виде представляется как

. (22)

По уравнениям (16) и (22) можно с помощью вычислительной техники производить расчеты по максимально возможным значениям температуры и скорости нагрева лекарственных растений при различных значениях плотности мощности.

Для придания некоторым видам и сортам оздоровительного чая специфического вкуса проводят операцию по карамелизации углеводов. Этот процесс осуществлялся в основном при переработке корнеплодов моркови и листьев иван-чая. При исследовании технологии получения поливитаминного оздоровительного чая, в состав которого входит 50 % моркови, нами были детально изучены процессы влияния методов ИК-энергоподвода на химический состав готового продукта. В процессе сушки при низких температурах (до 800С) сохраняется почти 100 % каротина, но продукт выходит с низким содержанием сахара. В процессе карамелизации углеводов, когда температура процесса значительно превышает 1500С, происходит обратная картина, т.е. резкое увеличение содержания сахара и полностью исчезает каротин.

Система дифференциальных уравнений, описывающая динамику процесса тепломассообмена в лекарственных растениях, выглядит следующим образом:

, (23)
, (24)
, (25)
. (26)

Система уравнений (23)…(26) показывает, что изменение объема лекарственного сырья V c течением времени происходит под действием трех движущих сил: под действием изменения влагосодержания U и массосодержания, температуры t и давления Рт.

Трудности разработки схемы численного решения системы дифференциальных уравнений (23)…(26) связаны с определением коэффициентов тепломассообмена (К11 …К44). Задача получается сложной в аналитическом отношении, так как она является нелинейной. Поэтому представляет интерес получить приближенное, достаточно надежное обобщенное уравнение кинетики процесса карамелизации с минимальным количеством констант, определяемых теоретически или экспериментально.

Выход из данной ситуации заложен в анализе кривых роста объема материала и скорости роста объема тела сырья. Все три периода можно описывать одним уравнением – уравнением кривой

. (27)

Уравнение (27) интересно в том отношении, что оно рассматривает протекание процесса карамелизации под действием двух движущих сил: под действием отклонения текущего объема материала V от начального разнообъемного значения и под действием отклонения V от конечного разнообъемного значения .

Под разнообъемностью понимается соотношение объемов в сырье между сухой частью и водой.

Решение (27) для начальных условий = 0, V=Vн имеет вид

. (28)

Трудности применения уравнения (28) связаны с нахождением параметров и . можно определить по геометрическим и физическим характеристикам сырья.

Параметры и можно определить, получив и решив систему уравнений кинетики процесса карамелизации, отражающих взаимосвязь между тепломассообменом и ростом объема тела сырья. Из дифференциального уравнения энергетического баланса применительно к процессу карамелизации

, (29)




где Т – постоянная времени нагрева единичного материала, с;

– превышение температуры сырья над температурой окружающей среды, К.

Считая, что существует полное совпадение по фазам между явлениями теплообмена и ростом объема тела сырья, из выражений (28) и (29) получаем необходимую систему уравнений для кинетики процесса карамелизации.

, (30)
, (31)
. (32)

Величину Km можно использовать в качестве модифицированного обобщенного параметра тепломассообмена при изучении термических процессов.

В четвертой главе приведена методика и техника экспериментальных исследований.

Для проведения экспериментальных исследований по ресурсосберегающим методам управления ИК-энергоподводом в процессах производства оздоровительного чая, в соответствии с планом работы научно-исследовательской лаборатории "Электротехнология дикорастущих", была использована методика поэтапного проведения эксперимента.

На первом этапе проводились предварительные лабораторные исследования на специальных установках с целью изучения взаимодействия системы "излучатель-лекарственное растение" применительно к конкретному процессу (завяливание, ферментация, сушка и карамелизация углеводов), к конкретному решению и к конкретному источнику излучения. На этом этапе тщательно проверялись теоретические предпосылки, выдвинутые научной гипотезой. Эти исследования проводились до получения положительных результатов. Полученные результаты реализовались в технических проектах и технических условиях на разработку действующих моделей лабораторного типа.

Второй этап – проведение экспериментальных исследований на действующих моделях лабораторного типа, то есть на уменьшенных натурных образцах. Исследование ресурсосберегающих методов управления ИК-энергоподводом в процессах производства оздоровительного чая на этих установках, но уже в динамике, вносило необходимые коррективы в окончательные технические условия и технические проекты, которые служили исходными данными при разработке и изготовлении экспериментальных ИК-установок производственного типа.

Третий этап – проведение экспериментальных исследований в производственных условиях на специальных установках производственного типа. На этом этапе уточнялись оптимальные режимы процессов термообработки лекарственных растений и наиболее ресурсосберегающие схемы управления ИК-энергоподводом, определялись пути интенсификации технологических процессов путем использования высококачественных технологических схем объемного облучения, проверялись основные технико-экономические показатели различных методов и средств управления ИК-энергоподводом.

В программу экспериментальных исследований были включены следующие серии экспериментальных работ, позволяющие проверить общую теорию по формированию активно действующих веществ путем применения дискретных методов ИК-энергоподвода в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай и отдельные математические модели взаимодействия системы «излучатель-лекарственное растение» в следующих технологических процессах:

1. Технологические процессы завяливания и сушки лекарственных растений.

2. Технологический процесс ферментации.

3. Технологический процесс карамелизации углеводов.

Программой работ предусматривалось экспериментальное определение оптических и терморадиационных свойств лекарственных растений на типовых и нестандартных установках. Выполнение многочисленных химических анализов по основным видам лекарственных растений проводилось в специализированных лабораториях областного уровня с целью получения ТУ на оздоровительный чай и сертификатов качества.

Определение оптических свойств лекарственных растений необходимо для обоснования выбора вида излучателя. Терморадиационные характеристики лекарственных растений необходимы при обосновании режимов облучения.

Оптические свойства лекарственных растений определяли с помощью спектрофотометра UR-20. Для устранения нежелательных явлений при снятии спектрограмм из натуральных лекарственных растений готовились образцы для просвечивания их на спектрофотометре UR-20. Образцы изготавливались из тонких срезов (2,5 мкм, 5 мкм и 10 мкм), полученных на микротоме.

Терморадиационные характеристики основных лекарственных растений определялись по следующей методике. В основе была заложена идея измерения температуры на двух различных глубинах, точнее сверху и снизу испытываемого образца. Для этого, с участием автора, был разработан и изготовлен электронный прибор для определения терморадиационных свойств лекарственных растений.

Прибор состоит из двух одинаковых электронных блоков, смонтированных в одном корпусе. Общий вид прибора приведен на рисунке 9.

В качестве чувствительного температурного элемента используется в известной мостовой схеме полупроводниковый микротерморезистор типа МТ-54. Постоянная времени нагрева этого микротерморезистора равна 500 мкс, поэтому измерение температуры можно производить очень быстро. По­скольку электронный усилитель имеет линейную характеристику, то показа­ния микроамперметра и плотность потока проникающего излучения Ix будут связаны следующей зависимостью:

, (33)

где К – постоянная прибора (при пользовании данной методики можно принять К=1).

  Общий вид прибора для-55

  Общий вид прибора для-56

Рисунок 9 – Общий вид прибора для определения терморадиационных свойств лекарственных растений

Если коэффициент поглощения ИК-излучения Апо высоте испытуе­мого образца не изменяется, то интенсивность проникающего излучения на глубину Х, согласно закону Бугера, определяется как

, (34)

где Io – интенсивность потока на поверхности испытуемого образца, т.е. при Х=0; А – коэффициент поглощения излучения на глубине и .

Выполнив измерения в момент облучения испытуемого образца, можно определить коэффициент поглощения:

, (35)


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 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.