автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности сушки продуктов растительного происхождения за счет инфракрасно-конвективного воздействия

004615929

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

" О ДЕК 2010

Саратов 2010

004615929

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Любайкин Сергей Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ерошенко Геннадий Петрович

доктор технических наук, профессор Баев Виктор Иванович

Ведущая организация -

ГОУ BI10 «Саратовский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится «24» декабря 2010 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. H.H. Вавилова» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 325.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Театральная пл., 1. ученому секретарю диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан «23» ноября 2010 г. и размещен на сайте СГАУ http://www.sgau.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

Н.П. Волосевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства является получение продовольственной продукции растительного происхождения, к которой относятся зернобобовые культуры, овощи, фрукты и др. Длительное хранение многих видов растений в натуральном виде в обычных условиях невозможно и требует применения переработки, 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 составляют свыше 30%. В нашей стране доля таких средств и препаратов составляет около 40%.

Наряду с естественными способами сушки, широко используются искусственные 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 лекарственного сырья. При этом не всегда удается добиться требуемых показателей продукта.

Применение электрической энергии представляется наиболее предпочтительным, поскольку позволяет отказаться от затрат на доставку, складирование твердого или жидкого топлива, снизить экологический ущерб окружаю] ней среде, получить необходимые свойства за счет «тонкого» управления технологией сушки.

В настоящее время фермерские и индивидуальные хозяйства специализируются на выращивании лекарственных растений и поставке лекарственного 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 снижающий энергоемкость сушки, является актуальной задачей.

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

Объект исследования — процесс сушки растительного сырья при периодическом воздействии инфракрасного (ИК) - лучистого потока и стимулирующего 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 экспериментальные методы исследования. При решении поставленных задач использовались законы и положения теплотехники, тепло - и массообмена, электротехнологии, автоматизации технологических процессов, теории планирования экспериментов. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методом математической статистики и ре-сессионного 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, позволяющих обосновать технологию и температурные режимы сушки;

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

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

- разработана конструктивно-технологическая схема установки для индивидуальных 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 оптимальные 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 электрическими ИК-излучателями (ТЭНами) и программным управляющим устройством, обеспечивающим необходимые временные циклы сушки для каждой группы лекарственного растительного сырья.

Реализация научно-технических результатов. Разработаны рекомендации по определению технико-технологических параметров для проектирования сушильной установки, реализующей заявленный способ сушки. Результаты исследований использованы и внедрены в Государственном Автономном Учреждении «Саратовский областной питомник» г. Аткарска Саратовской области. Теоретические и экспериментальные результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Светотехника 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 обсуждались на научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 25-30 ноября 2002г., 4.2); международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 1112 июля 2006г., 4.2); международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию Саратовского госагроуниверситета (Саратов, 2008г., Ч.2.); Всероссийской научно-практической Международной конференции «Вавилов-ские чтения» в 2007-2009 гг.; XV международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции - новые технологии и техника нового поколения 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. Вавилова 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 составляет 3,49 печатных листа, из них 1,82 печатных листа принадлежат лично соискателю.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 140 страницах компьютерного текста, содержит 11 таблиц, 27 рисунков, 6 приложений. Список литературы включает 120 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, научная новизна, сформулированы 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 особенности сушки на примере трех основных групп лекарственного растительного сырья и требования, предъявляемые к сушильным установкам. Дана классификационная схема способов сушки растительного материала и сушильного 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 широкое применение. Особенностью такого оборудования является то, что нагретый 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 невозможности осуществления точного поддержания температуры, большая продолжительность сушки, высокие удельные энергозатраты - 1,6 - 2,5 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги. Устранить недостатки возможно интенсификацией процесса конвективной сушки, например, за счет использования энергии инфракрасного 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 существующих конструкций сушильных установок; на основании анализа процесса взаимовоздействия ИК-источника с сушимым материалом создать эффективную систему подвода энергии к материалу;

- уточнить закономерности комбинированного тепло- и масеообмсна процессов сушки и обосновать конструктивно-технологическую схему сушильной установки для индивидуальных и фермерских хозяйств;

- сопоставить спектральные характеристики источника излучения и объекта сушки; оценить влияние наиболее значимых факторов на конечную влажность материала с использованием математического моделирования и теории планирования экспериментов;

- провести производственные испытания сушильной установки, реализующей предлагаемый способ сушки; оценить ее технико-экономическую эффективность.

Во второй главе «Теоретическое обоснование интенсификации процесса сушки лекарственного сырья с помощью ИК-нагрева и стимулирующего охлаждения» даны теоретические предпосылки к исследованию процессов сушки растительного сырья. Весомый вклад в разработку теоретических основ технологии сушки с применением искусственных источников теплоты и способов ее подвода к сушимому материалу, конструкций сушильных установок внесли П.А. Ребиндер, A.C. Гинзбург, A.B. Лыков, М.Ю. Лурье, П.Д. Лебедев, М.Н. Михайлова, М.В. Киргичёв, A.A. Гухман, О. Кришнер, С. Сполдинг. Вопросы теории и технологии сушки сочетанием СВЧ и ИК-излучения для материалов растительного происхождения получи-

ли развитие в работах В.Я. Явчуновского, A.B. Львицына, Е.А. Четверикова, В.А. Малярчука, O.A. Меляковой, И.В. Алтухова и др.

На основе системного подхода проведен морфологический анализ технологических 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 к,т,к инфракрасного излучения, на которую приходится максимум лучистого потока, соответствует длине волны Я« наибольшей поглоща-телыюй способности материала. При этом условии достигается глубокое проникновение ПК-излучения в материал и его наибольший прогрев;

в) тепловая энергия подводится к материалу циклично, когда ИК-иагрев чередуется 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 активное испарение вытесненной на поверхность влаги и вынос ее за пределы сушильной камеры.

На рисунке 1 приведены факторы интенсификации процесса сушки.

Рисунок 1 - Факторы интенсификации процесса сушки: Оик - ИК-тепловой поток на нагрев материала; /',„/ - поток влаги из материала за счет влагопроводпости и термовлагопроводиости.

Цинический, с/одул жхшдчьш V »1><Ю,-рсП'ЬМ

«иягухсм

К

я

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:

где Спр - приведенная степень черноты излучателя и материала; 5,67 -постоянная Стефана-Больцмана, Вт/м2К4; Тю Т., - абсолютные температуры

Полагая, для упрощения, что в процессе сушки ПК-поток и направление выхода влаги ориентированы нормально к поверхности материала, представим для одномерной задачи структурную схему объекта исследования как показано на рис.2.

(1)

излучателя и материала, К, площадь поверхности нагрева материала, м2.

5/>7СЛ.,:/-'

поток :>иергШ1 от. Тм/100 ИК-источника с Хтах —~~———

Ра

ы-и

V '

V и V

термвдиффузт 'едал» (тшпость потока П-нгчо

и

Жсе/ск

погрев материала сутки

Рисунок 2 - Структурная схема объекта исследования

Тогда после преобразований уравнение (1) для одномерной задачи примет вид:

<2 = к,

100) с!т т </г ^ " "Лт

(2)

где гт- удельная теплота испарения влаги с материала, кДж/кг; а - коэффициент конвективного теплообмена материала с окружающим воздухом, кДж/м2 °С -с; М - масса сушимого материала, кг; 4,, 1а - температуры материала и окружающего воздуха, °С; - бесконечно малое приращение температуры материала за элемент времени Л; са - теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/кг-°С; се -теплоемкость влаги материала, (4,19 кДж/кг-°С); у0 - удельная плотность абсолютно сухого материала, кг/м3; V-объем сушимого материала, м3.

Эффективность нагрева материала зависит от коэффициента поглощения потока излучения ИК-источника К-А(х), который при Л„, принимается равным 1,0:

1 1

(3)

Л™. л..

где * - факторы влияющие на величину Ам, главным из которых является вла-госодсржанис материала.

Если пренебречь усадкой материала в процессе сушки и считать, что У—Ко, то уравнение теплового баланса примет вид:

Ш -Ы'

иоо ^ иоо;

с „и ^ & Ни . ч

С'о + — I '"о — + гтМ — + Ра (/„-/„) 100) <1т 7 11т

. (4)

а уравнение для потока влаги для одномерной задачи при воздействии на материал лишь ИК-потока излучения:

¡ШГ - ат у о %гай и- ат у0 д £гас1 /т+ г „ (5)

где /'„„ - плотность потока влага, выносимой из материала за счет влагопроводно-сти и термовлагопроводпости, кг/м2-с; ¿гас] I - градиент температуры, °С/м; 3 -коэффициент термовлагопроводности материала, 1/°С; /(№/, - составляющие потока влаги, обусловленные влагопроводностыо и термовлагопроводиостыо, кг/м2-с; а,п - 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 к поверхности материала. Градиент температуры '¿гас!! в уравнении (5) в предлагаемом способе сушки - фактор управляемый, который реализуется следующим образом. Периодическое охлаждение поверхности материала сушки, следующее за ИК-облучением, увеличивает в материале градиент температуры (^гас! I) за счет возникновения так называемого термоградиентного коэффициента /;=<У/0>1,О, где ё возросший коэффициент термовлагопроводности материала при его циклическом охлаждении. В результате в материале возрастает температурный напор изнутри материала, что способствует усилению миграции влаги к поверхности, ускоряя процесс сушки. Тогда уравнение массопереноса при циклическом конвективном охлаждении материала, с учетом возникшего термоградиентного коэффициент ц :

'тг= - ат У о &га(1 и- ат у0 ё ц %гай г'га+ /; /,, (6)

Коэффициент ц зависит от показателя е, определяемого составляющими т™ и г„

где гик- продолжительность инфракрасного нагрева; т0 - продолжительность время конвективного охлаждения.

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

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

Рисунок 3 - Схема установки комбинированной сушки: 1 - воздуховод; 2 -решетчатая прижимная панель; 3 - ТЭН; 4 - алюминиевый экран; 5 - корпус шкафа; 6 - теплоизоляция; 7 - выдвижной контейнер; 8 - сушимый материал; 9 - боковые жалюзи; 10 - центробежный вентилятор; 11 -электроподогреватель воздуха; 12 - направление воздушных потоков.

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

Для режима автоматического управления временными циклами операций 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 наибольшего ИК-поглощсния всех трех групп лекарственного растительного сырья представлены коротковолновым и средневолновым диапазонами: для листьев 5ц,^3,0...5,5 мкм, для корней и травы (стебли с листьями) /.м~3,0...5,0 мкм.

~220:В.

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-боковыс жалюзи; 10-тсрмопара; 11-аналого-цифровой преобразователь; 12-сетчатая панель; 13-персональный компьютер.

Рисунок 5 - Диаграммы спектральных характеристик ИК-излучатсля при различных температурах (Т) и поглощательной способности сушимого материала //(Я): 1 -Г469 К; 2 -7-677К; 3 -Г=799К; 4 -Г=984К; 5 -Г-1584К; 6 -М(А) -относительная спектральная чувствительность лекарственного сырья (корни).

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

Для определения характеристик цикла в заявленном способе сушки лекарственного растительного сырья обработке подвергались отдельные, наиболее характерные, группы лекарственных растений: листья мяты перечной, трава душицы; корпи цикория и др. Исходная влажность материала составляла 75...85%. Сушка проводилась до кондиционной влажности 10...14%, соответствующей требованиям ГОСТ 23768-94, ГОСТ 21908-93, ГОСТ 13031-67.

Рисунок 6 - Временная диаграмма сушки растительного сырья при цикличном подводе тепловой энергии: г„; - продолжительность ИК-нагрева материала /'-го цикла, мин; то! - продолжительность обдува неподогретым воздухом /-го цикла, мин; тн0, - продолжительность обдупа подогретым воздухом /-го цикла, мин; тц1 - продолжительность цикла сушки /-го цикла, мин; аЬ — ИК-облучение лекарственного сырья; Ъс - обдув сырья неподогретым воздухом; сс1 - обдув сырья подогретым воздухом; /;// - ИК-нагрев лекарственного сырья без охлаждения воздухом; ЬЪ' - естественное охлаждение растительного сырья.

На рисунке 6 представлена временная диаграмма сушки лекарственного сырья (корни). Нагрев материала от ИК-источника осуществлялся до температуры + 60 °С, затем производился обдув неподогретым воздухом до температуры на поверхности + 22...20 °С и обдув подогретым воздухом с температурой =45 °С в течение 2 минут.

Периоды нагрева материала от ИК-излучателя г,,,-, чередуются с периодами обдува неподогретым т0,-, а затем подогретым гш/ воздухом. При этом температура материала за время тнЫ понижалась на 1*3 °С, что свидетельствует об интенсивном испарении с поверхности материала выступившей влаги.

На рисунке 7 представлены кривые влажности лекарственного сырья (корни) от продолжительности сушки п}~/(т) и кривая, построенная по предложенной методике. При этом погрешность не превышала /1и<5 %.

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: продолжительности сушки г, удельного расхода электроэнергии Луд, параметра с на ко-

нечную влажность продукта w. Регрессионный полином, определяющий данную зависимость, представлен в виде уравнения 8. Для обработки применялись электронные таблицы Excel пакета прикладных программ Microsoft Office для операционных систем семейства Windows.

w=4,84-16,9X^-3,4Х7-3,4 +11,94 Ä72+11,44 Ж2-9,44Х\ 2 f +2,125Â7Â7^4,625^Â\-0,375Z7Ï7. (8)

В качестве параметра оптимизации выбрана конечная влажность w. Наибольшее влияние на величину w (8) оказывают продолжительность сушки - г и параметр s. Для варьируемых значений г и ев диапазоне «-1» до «+1» при неизменном удельном расходе электроэнергии Ayö, построена поверхность отклика w -/fr, с) при Ayr)=const (рисунок 8).

т, мин

S 56-60 а 52-56 0 48-52 0 44-48 0 40-44 S 36-40 0 32-36 И 28-32 0 24-28 ЕЗ 20-24 Ш 16-20 Ш 12-16 0 8-12

Рисунок 8 - Поверхность отклика воздействия параметров на процесс сушки (корни цикория) w ~/(г, е) при Ауд=2,0 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги.

Из диаграммы (рисунок 8) следует, что значение конечной влажности w уменьшается при увеличении т и с и достигает экстремума, когда тик соответствуют уровню «О» (т= 1,5 ч, я=0,55 o.e.).

Для варьируемых значений Ауд и £ в диапазоне «-1» до «+1» при неизменной продолжительности сушки г, построена поверхность отклика w=f(Ayä,ej при т —const (рисунок 9).

Рисунок 9 - Поверхность отклика воздействия параметров на процесс сушки (корни) ц> =/( Ауц, е) при г^0,5 ч; для корней оптимальные удельные энергозатраты Аув= 1,14 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги.

Из полученных данных видно, что на поток влаги оказывает влияние продолжительность сушки г, показатель е, удельные энергозатраты Аус>.

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

В четвертой главе «Производственные испытания установки для сушки лекарственных растений» приведены результаты сравнительных испытаний установки, реализующей предложенный способ сушки растительного 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; температурный режим сушки в соответствии с ГОСТ 23768-94, ГОСТ 21908-93, ГОСТ 13031-67: для листьев +35...+50°С; для травы +60...+90°С; для корней +30...+60"С. При испытаниях высушено 23,8 кг растительного материала.

В ходе испытаний было установлено, что разработанное оборудование соответствует установленным требованиям и обладает высокой эффективностью. Сушильная установка, реализующая заявленный способ сушки, позволяет сократить продолжительность сушки при нормируемой конечной влажности в 1,2... 1,3 раза, снизить энергозатраты в 1,17 раза.

Результат],I производственных испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты производственных испытаний

Параметры Части растений

Месяц сбора и сушки сырья Июнь-август листья Июнь-август трава (стебель, листья) Май, сентябрь, октябрь корни

Температура в зоне сушки, °С 50 80 60

Масса загрузки, кг 1,2 1,6 2,0

Начальная влажность/конечная влажность, % 80/10 80/12 75/12

Продолжительность сушки, ч 0,9 1,0 1,5

Расход эл.энергии, кВт-ч на 1 кг продукции 1,27 2,16 2,85

Удельные энергозатраты на 1кг испаренной плаги, кВт-ч на 1 кг испаренной влаги 1,06 1,08 1,14

Параметр структуры цикла о. с. 0,6 0,55 0,55

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. По результатам анализа литературных источников усовершенствована классификация и уточнены физико-механические и ботанические классификационные признаки характерных лекарственных растений, позволившие обосновать режимы сушки получаемого из них сырья: продолжительность ИК-нагрева т„=0,9-1,5 ч; стимулирующего обдува то~(0,45-0,5)тн; обдув с нагретым воздухом т1Ю=(0,13-0,15)то.

2. Сопоставлены особенности способов сушки, конструкций сушильных установок и определены условия интенсификации процесса при одновременном снижении энергопотребления 1,17 раз. Предложен, на уровне изобретения, способ сушки с цикличным режимом «нагрев-охлаждение» продукта от ИК-источника с длиной волны 1тах=3,7.. .4,5 мкм и поочередным обдувом продукта: для интенсификации вытеснения свободной влаги - ненагретым, а для ее удаления из сушилки - нагретым до 40-45°С воздухом.

3. Усовершенствовано модель тепло- и массообмена ИК-сушки за счет стимулирующего вытеснения влаги и глубинного прогрева коэффициентом поглощения инфракрасного излучения К„ и термоградиентным коэффициентом и показателем термовлагопроводности У. Установлена взаимосвязь термоградиента // с соотношением Б составляющих временных циклов термовоздействия на материал: ИК-нагрева - т„, стимулирующего обдува ненагретым т0 и нагретым тно воздухом.

4. Сопоставление спектральных характеристик источников ИК-излучения и объектов сушки показало, что трубчатые электронагеватели (ТЭНы) обеспечивают спектр ИК-излучения с А,тах=3,0...5,0 мкм, максимально поглощаемого лекарственным сырьем при сушке и представляются предпочтительным для реализации заявленного комбинированного способа сушки.

5. Методами теории планирования экспериментов определено влияние совокупности факторов на продолжительность сушки т0 и удельный расход электроэнергии Ауд при заданной конечной влажности и^Ю-14%. Установлено, что для листьев, травы и корней характерных лекарственных

растений значения т„, Ауд находятся в диапазоне тн^0,9-1,5 ч при Л„>~1,06-1,14 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги. 6. Производственные испытания подтвердили эффективность разработанной, сушильной установки, реализующей предложенный способ сушки. Производительность 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 растительного происхождения /Любайкии С.Н., Лягина Л.А.// Вестник Саратовского госагроуниверситста 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. Рыбалко // 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. Рыбалко // Тезисы докладов научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 125-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 комплексу Поволжского региона. - Саратов: СГАУ, 2003 -С. 178-179 (0,6/0,3).

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

6. Лягина, Л.А. Общие подходы в технологии сушки материалов растительного происхождения / С.Н. Лгобайкин, Л.А, Лягина // материалы Мсждунар. 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 лекарственных трав с комбинированным подводом тепловой энергии / С.Н. Лю-байкин, 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 чувствительности 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 проведения экспериментальных исследований /С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции-новые технологии и техника нового поколения для растениеводства и животноводства: сборник научных докладов XV международной научно-практической конференции (18-19 сентября 2009года, г. Тамбов)/ Российская академия сельскохозяйственных наук; Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйсгве.-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. №2216257 Рое. Федерация: МПК7 А 23 Ь 3/54, А 23 В 7/02 / Любайкин С.Н., Рыбалко Л.А., заявитель и патентообладатель Сергей Николаевич Любайкин, Людмила Александровна Рыбалко. - № 2002100293/13; заявл. 03.01.02; опубл. 20.11.03. Бюл. №32. - 16 е.: ил 1.

Подписано в печать 19.11.2010 Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 541

Отпечатано в типографии ООО «ЛОДИ», г. Саратов, ул. Сакко и Ванцетти, 42, тел.: 51-7777.

Введение.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ СУШКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНСТИ.

1.1 Лекарственные растения их классификация по ботаническим, физико - механическим и иным признакам. Особенности сушки лекарственных растений и требования, предъявляемые к сушильным установкам.

1.2 Сравнительный анализ способов сушки лекарственного растительного сырья и сушильного оборудования.

Цели и задачи исследований.

Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА СУШКИ ЛЕКАРСТВЕННОГО СЫРЬЯ С ПОМОЩЬЮ ИК-НАГРЕВА И СТИМУЛИРУЮЩЕГО ОХЛАЖДЕНИЯ

2.1 Теоретические предпосылки к исследованию процессов сушки растительного сырья.

2.1.1 Формы связи влаги с растительным материалом и его влажно-стные характеристики.

2.1.2 Общие подходы в технологии сушки материалов растительного происхоиздения.

2.2 Морфологический анализ функциональных и структурных признаков построения эффективной технологической схемы подвода тепла при сушке растительного материала. Синтез рациональной системы.

2.3 Тепло- и массообмен при воздействии потоков ИК +конвективной энергии на лекарственный материал.

2.4 Обоснование параметров и основ конструкции сушильной установки с ИК-подводом тепла и стимулирующем охлаждением.

Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ СУШКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ С ИК-ОБЛУЧЕНИЕМ И СТИМУЛИРУЮЩИМ ОБДУВОМ НЕПОДОГРЕТЫМ ВОЗДУХОМ.

3.1 Лабораторная модель сушильной установки и методика проведения экспериментальных исследований.

3.2 Обоснование выбора спектральных характеристик ИК-нагревателя для лекарственных растительных материалов.

3.3 Выбор оптимального соотношения составляющих временного цикла сушки растительных материалов.

3.4. Применение теории планирования экспериментов для построения математической модели.

3.4.1 Основная идея теории планирования экспериментов.

3.4.2 Анализ динамических характеристик сушки лекарственного растительного материала при ИК-нагреве и стимулирующим охлаждением

3.4.3 Влияние параметров продолжительности сушки, удельного расхода эл. энергии, временного параметра на конечную влажность продукта.

Выводы.

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ УСТАНОВКИ ДЛЯ СУШКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ.

4.1 Условия испытаний.

4.2 Результаты испытаний.

Выводы.

Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства является получение продовольственной продукции растительного происхождения, к которой относятся зернобобовые культуры, овощи, фрукты и др. Длительное хранение многих видов растений в натуральном виде в обычных условиях невозможно и требует применения переработки, 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 составляют свыше 30%. В нашей стране доля таких средств и препаратов составляет около 40%.

Наряду с естественными способами сушки, широко используются искусственные 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 лекарственного сырья. При этом не всегда удается добиться требуемых показателей продукта.

Применение электрической энергии представляется наиболее предпочтительным, поскольку позволяет отказаться от затрат на доставку, складирование твердого или жидкого топлива, снизить экологический ущерб окружающей среде, получить необходимые свойства за счет «тонкого» управления технологией сушки.

Забота о здоровье человека является основой социальной программы нашего государства. Она напрямую связана с обеспечением населения лекарственными препаратами, в том числе, полученными на основе лекарственных растений [107].

Гомеопатические средства с давних времён применялись людьми для лечения и предупреждения различных недугов. Многие подобные растения используются не только в гомеопатии и фитотерапии, но и в химической, пищевой промышленности, при производстве пива, лимонада, кваса, в пищевых добавках, для окраски тканей и парфюмерном деле [14, 32, 62, 63, 67, 68].

Важным звеном в процессе заготовки лекарственного сырья является его сушка, и соблюдение надлежащих условий хранения высушенной продукции. Сушка — это процесс удаления влаги в любой её фазе из сушимого материала. Правильное соблюдение технологии сушки является основным условием при длительном хранении растительной продукции и сохранения в ней активно действующих веществ (АДВ) [46,49, 60, 62, 64].

В настоящее время выращивание, сбор и заготовку лекарственных растений осуществляют индивидуальные и фермерские хозяйства. Однако оборудование, которое применяется для сушки растений в сложившихся производственных структурах в данное время не соответствует необходимым требованиям, как по параметрам, так и по производительности современных технологических установок. Кроме того, зачастую, затраты на сам процесс сушки велики и не обеспечивают рентабельность такого производства. Внедрение новых технологии и техники, являются важнейшими средствами повышения эффективности работы сушильных установок, а также улучшения качества просушенного материала. Эффективность работы сушилок, повышение качества сушимой продукции, производительности труда и технико-экономических показателей зависит в основном от конструктивных особенностей сушильных установок, способов подвода тепла к материалу.

Рынок технологического сушильного оборудования диктует новые требования, а также новые подходы по совершенствованию технологии сушки растительного материала с целью снижения её энергоёмкости, повышения эффективности процесса. Это, в первую очередь, относится к сушильным установкам малых габаритов и необходимой производительности, а также усовершенствование способов подвода тепла к сушимым растениям для обеспечением высокой эффективности процесса сушки и его экономичности. Последнее обстоятельство является особенно актуальным в связи с существенным удорожанием энергоносителей.

Применение электрических способов получения тепловой энергии для технологических процессов в малогабаритной сушильной установке является наиболее рациональным. Вместе с тем, из-за низкого энергетического КПД этот процесс остаётся достаточно энергоёмким. В конвективных сушилках с электронагревом воздуха расход электроэнергии составляет 1,3. 1,9 кВт-ч/кг, в терморадиационных —1,4.2,2 кВт-ч/кг, в высокочастотных — 1,8.3,5 кВт-ч/кг [55]. Поэтому поиск целесообразного сочетания способов подвода теплоты к сушимому материалу с целью снижения энергоёмкости сушки и повышение ее скорости является актуальной задачей.

Весьма перспективным представляется технология сушки, основанная на использовании ИК-излучения [62]. Преимущества, которые обеспечивает эта технология, опираются на ряд свойств, характеризующих взаимодействие ИК-излучения и объекта: объемный характер преобразования теплоты в материале; малое время сушки при относительно низкой температуре процесса, что является основой для высокого (до 96.98 %) уровня сохраняемости АДВ и витаминов в лекарственном сырье [56]; источником энергии для сушки материала являются электрические ИК излучатели, что обеспечивает экологичность процесса, надежность работы, возможность автоматизации.

В этой связи, основной задачей настоящей работы, является поиск такого технологического и конструктивного решений инфракрасной сушилки, которые обеспечивали бы максимальную равномерность распределения ИК — энергии, по всему объему высушиваемого материала и эффективное выведение влаги на его поверхность.

Таким образом, данная работа посвящена решению важной научно -технической задачи в области электрификации сельского хозяйства, а именно, повышения эффективности и качества сушки растительной продукции при снижении затрат энергии и времени сушки.

Объектом исследования являлась технология электрической сушки растительного материала с помощью циклического воздействия на него ИК-потока и стимулирующего конвективного охлаждения.

В процессе исследований было необходимо определить наиболее рациональную схему этой установки, выработать основные подходы к ее конструкции и параметрам.

Для обеспечения решения основной задачи данной работы проведен ряд теоретических и экспериментальных исследований, получены следующие научные результаты: определены энергоемкость, скорость сушки, производительность установки по типовому диапазону влажностей, подвергаемых ИК-излучению.

Практическая ценность проведенных исследований (и диссертационной работы в целом) состоит в том, что на их базе удалось:

1. Разработать установку ИК-сушки с высокими технико-экономическими параметрами, существенно превышающими основные параметры традиционных установок: кондуктивных, конвективных, СВЧ и т.п. Энергоемкость инфракрасной сушки со стимулирующем конвективном охлаждении составила 1,5 кВт-ч/кг (для типовых конвективных сушилок -2,8.4 кВт-ч/кг), сохраняемость АДВ достигла 92.98 % (для конвективной сушки 50.65 %).

2. Разработать усовершенствованную технологию инфракрасной сушки, предназначенной для получения лекарственного растительного сырья отвечающего требованиям соответствующих ГОСТов на качество конечной продукции.

3. Создать научную предпосылку для компановки оборудования комбинированной сушки с оптимальным циклическим воздействием ИК-нагрева и стимулирующим конвективным охлаждением растительного сырья.

Данная работа выполнялась в соответствии с комплексной программой НИР ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова" по теме №6 "Повышение эффективности систем энергетического обеспечения систем АПК".

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

Задачи исследования;

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

- сопоставить способы сушки растительного сырья и особенности существующих конструкций сушильных установок; на основании анализа процесса взаимовоздействия ИК-источника с сушимым материалом создать эффективную систему подвода энергии к материалу;

- уточнить закономерности комбинированного тепло- и массообмена процессов сушки и обосновать конструктивно-технологическую схему сушильной установки для индивидуальных и фермерских хозяйств;

- сопоставить спектральные характеристики источника излучения и объекта сушки; оценить влияние наиболее значимых факторов на конечную влажность материала с использованием математического моделирования и теории планирования экспериментов;

- провести производственные испытания сушильной установки, реализующей предлагаемый способ сушки; оценить ее технико-экономическую эффективность.

Объект исследования процесс сушки растительного сырья при периодическом воздействии инфракрасного (ИК) - лучистого потока и стимулирующего конвективного охлаждения.

Предмет исследования — закономерности рабочего процесса сушки растительного сырья при циклическом воздействии «ИК-нагрев-обдув воздухом-обдув нагретым воздухом».

Методика исследования. В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. При решении поставленных задач использовались законы и положения теплотехники, тепло — и массообмена, электротехнологии, автоматизации технологических процессов, теории планирования экспериментов. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методом математической статистики и регрессионного 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 температурные режимы сушки;

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

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

- разработана конструктивно-технологическая схема установки для индивидуальных 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 оптимальные 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 электрическими ИК-излучателями (ТЭНами) и программным управляющим устройством, обеспечивающим необходимые временные циклы сушки для каждой группы лекарственного растительного сырья.

Реализация научно - технических результатов. Разработаны рекомендации по определению технико-технологических параметров для проектирования сушильной установки, реализующей заявленный способ сушки. Результаты исследований использованы и внедрены в Государственном Автономном Учреждении «Саратовский областной питомник» г. Аткарска Саратовской области. Теоретические и экспериментальные результаты исследований используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Светотехника и электротехнология» студентами специальности 110302.

Аппробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 115-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова (Саратов, 25-30 ноября 2002г., 4.2); международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения профессора А.Г. Рыбалко (Саратов, 11-12 июля 2006г., 4.2); международной научно-практической конференции, посвященной 95-летию Саратовского госагроуниверситета (Саратов, 2008г., Ч.2.); Международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» в 2007-2009 гг.; XV международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции - новые технологии и техника нового поколения 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. Вавилова 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 составляет 3,49 печатных листа, из них 1,82 печатных листа принадлежат лично соискателю.

На защиту выносятся:

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

- обоснование спектральных характеристик ИК-нагревателя для сушки растительного лекарственного сырья;

- результаты математического моделирования параметров сушки в зависимости от конечной влажности продукта;

- результаты экспериментальных исследований режимов сушки основных групп лекарственного сырья при цикличном подводе тепловой энергии. Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 140 страницах компьютерного текста, содержит 11 таблиц, 28 рисунков, 6 приложений. Список литературы включает 120 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. По результатам анализа литературных источников усовершенствована классификация и уточнены физико-механические и ботанические классификационные признаки характерных лекарственных растений, позволившие обосновать режимы сушки получаемого из них сырья: продолжительность ИК-нагрева т„=0,9-1,5 ч; стимулирующего обдува то=(0,45-0,5)т„; обдува нагретым воздухом тно=(0ДЗ-0,15)то.

2. Сопоставлены особенности способов сушки, конструкций сушильных установок и определены условия интенсификации процесса при одновременном снижении энергопотребления в 1,17 раз. Предложен, на уровне изобретения, способ сушки с цикличным режимом «нагрев-охлаждение» продукта от ИК-источника с длиной волны ^чшх—3,7.4,5 мкм и поочередным обдувом продукта: для интенсификации вытеснения свободной влаги — ненагретым, а для ее удаления из сушилки - нагретым до 40-45°С воздухом.

3. Усовершенствована модель тепло- и массообмена ИК-сушки за счет учета стимулирующего вытеснения влаги и глубинного прогрева коэффициентом поглощения инфракрасного излучения Кх, термоградиентным коэффициентом [л и показателем термовлагопроводности 3/. Установлена взаимосвязь термоградиента ¡л с соотношением 8 составляющих временных циклов термовоздействия на материал: ИК-нагрева - тн, стимулирующего обдува ненагретым т0 и нагретым тно воздухом.

4. Сопоставление спектральных характеристик источников ИК-излучения и объектов сушки показало, что трубчатые электронагеватели (ТЭНы) обеспечивают спектр ИК-излучения с ?1тах=3,0.5,0 мкм, максимально поглощаемого лекарственным сырьем при сушке и представляются предпочтительными для реализации заявленного комбинированного способа сушки.

5. Методами теории планирования экспериментов определено влияние совокупности факторов на продолжительность сушки и удельный расход электроэнергии при заданной конечной влажности \у=10-14%. Установлено, что для листьев, травы и корней характерных лекарственных растений эти значения находятся в диапазоне тн=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. Производительность установки при сушке лекарственного сырья составила 551 кг/год, удельный расход электроэнергии 1,08 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги.

1. Алтухов В.Н. Снижение энергозатрат в процессах сушки плодов лекарственных растений путем управления прерывным ИК облучением: автореф. дисс. . канд. техн. наук / В.Н. Алтухов. -Барнаул, 2000.- 18 с.

2. Андрианов В.Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. — М.: Энергия, 1972.

3. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. -М.: ВО Агропром-издат, 1991.-173 с.

4. Белохонов И.В. Плодоводство. -М.: Сельхозгиз, 1955.

5. Блох А.Г., Журавлев Ю.А., Рыжков JI.H. Теплообмен излучением: справочник.-М.: Энергоатомиздат, 1991.

6. Борисов Ю. Инфракрасные излучения. -М.: Энергия, 1976.

7. Бородин И.Ф., Мищенко C.B. Приборы контроля и управления влажностно-тепловыми процессами. -М.: Россельхозиздат, 1985.

8. Бородин И.Ф., Рысс A.A. Автоматизация технологических процессов. -М.: «Колос», 1996.

9. Валушис В.Ю. Основы высокотемпературной сушки кормов. -М.: «Колос», 1977.-291 с.

10. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. -М.: «Колос», 1967.

11. Вересов К.Н., Воронина А.И., Глебова Е.И., Желобаева А.П., Калашникова Н.И., Фомин Б.Д. Овощеводство и плодоводство. —JL: «Колос», 1964.

12. Востроккутов Н.Г. Техника измерений электрических и магнитных величин. -М-Л.: Госэнергоиздат-Судпромгиз, 1958.

13. Гинзбург A.C. Развитие технологии сушки. Сб. научных трудов/Орден трудового красного знамени институт тепло- и массооб-мена АНБССР/т.6, 1972.-206.216 с.

14. Глушко Е.А., Медведев Ю.М. Энциклопедия русского знахаря. -М.: Эксмо-Пресс, 2001.

15. ГОСТ 23768-94. Листья мяты перечной обмолоченные. Технические условия. -Минск.: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1994.

16. ГОСТ 22839-88. Корни и корневища солодки. Технические условия. -М.: Государственный агропромышленный комитет СССР, 1988.

17. ГОСТ 14102-69. Трава пастушьей сумки. —М.: Издательство стандартов, 1969.

18. ГОСТ 240272-80. Сырье лекарственное растительное. Методы определения влажности, содержание золы, экстрактивных и дубильных веществ, эфирного масла. -М.: Издательство стандартов, 1980.

19. ГОСТ 16732-71. Зелень петрушки, сельдерея и укропа сушеная. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1971.

20. ГОСТ 21908-93. Трава душицы. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1993.

21. ГОСТ 13031-67. Цикорий сушеный для экспорта. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1967.

22. ГОСТ 12529-67. Крапива. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1967.

23. ГОСТ 15161-93. Трава зверобоя. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1995.

24. ГОСТ 14101-69. Трава донника. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1969.

25. ГОСТ 6716-71. Корневище лапчатки. (Дикого калгана, дубровки, узика). Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1971.

26. ГОСТ 16731-71. Белые коренья петрушки, сельдерея и пастернака сушеные. Технические условия. -М.: Издательство стандартов, 1971.

27. Гришин М.А. Особенности применения метода приведенной скорости сушки в условиях интенсивных процессов тепло- и массообмена. Сб. научных трудов / Орден трудового красного знамени институт тепло- и массообмена АН БССР/т.6, 1972. 250-254 с.

28. Грудинский П.Г., Нетушила A.B., Петров Г.Н., Федосеев A.M., Чи-ликин М.Г. Электротехнический справочник. Т.З, книга 1. -M-JL: Энергия, 1966.

29. Гульцев B.C., Щербинкина Г.Г. Хранение сена в хозяйствах. -М.: «Колос», 1970. -153 с.

30. Гутоп В.Г. Контроль и регулирование тепловых процессов в производстве строительных материалов. -М.: Промстройиздат, 1950.

31. Гухман A.A. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло- и массообмена. -М.: Высшая школа, 1974.

32. Довженко В., Довженко А. Растения служат человеку. — Симферополь.: Таврия, 1991.

33. Драганов Б.Х., Кузнецов A.B., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. -М.: Агропромиздат, 1990.

34. Драгилев А.И., Дроздов B.C. Технологические машины и аппараты пищевых производств. -М.: «Колос», 1999.

35. Еленев A.B. Искусственная сушка сена.-«Сельское хозяйство за ру-бежом»/Животноводство/№7, 1974.-38-42 с.

36. Енохович A.C. Спарвочник по физике. -М.: просвещение, 1990.

37. Ерохин В.Г., Маланько М.Г., Самойленко П.Н. Основы термодинамики и теплотехники. -М.: Машиностроение, 1980.

38. Ерошенко Г.П., Пястолов A.A. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования. М.: Агропромиздат, 1988.

39. Ефремов Ф.Н. Приготовление сена методом активного вентилирования. -М.: Главное управление кормов, лугов и пастбищ МСХ СССР, 1980.

40. Железняков В.А. Методика расчета вентиляционных установок для досушки сена в скирдах неподогретым воздухом. -Вопросы механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. —Р.-на-Д., вып.14, 1971. -34 с.

41. Животко Б.И., Корженевская Р.П. Способы ускорения естественной сушки трав.— В кн.-Труды научной конференции ЦНИИМЭСХ. —Минск.: Сельскохозяйственная литература БССР, 1963. -506-518 с.

42. Иванов А.И., Куликов A.A., Третьяков Б.С. Справочник контрольно-измерительные приборы в сельском хозяйстве. -М.: «Колос», 1984. -351 с.

43. Иванов В.И. Сбор и сушка лекарственных растений. -М.: Новая деревня, 1925.

44. Ивашкин Д.С. Спарвочник по заготовкам лекарственного сырья. -Киев.: Урожай, 1989.

45. Изаков Ф.Я., Козинский В.А, Лаптев A.B., Лушенко Т.Н., Шаповалов А.Т., Яснов Г.А. Практикум по применению электрической энергии в сельском хозяйстве. —М.: «Колос», 1972.

46. Ильин О.В. Справочник овощевода. -М.: Россельхозиздат, 1985.

47. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. -М.:. Энергия, 1969.

48. Каст В., Кришер О., Райпике Г., Винтермантель К. Конвективный тепло- и массоперенос. -М.: Энергия, 1980.

49. Кирюшатов А.И. Тепло-массообмен в технологических процессах сельскохозяйственногопроизводства. -Саратов.: 1980.

50. Кришер О. Научные основы техники сушки. -М.: Изд-во иностр. лит., 1961.

51. Кругляк A.A. Разработка и обоснование параметров электрифицированной установки тепловой обработки зерна для подсобных и фермерских хозяйств.: Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н.: Саратов, 1996.

52. Кудрявцев И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология. -М.: «Колос», 1975. -384 с.

53. Куцакова В.Е., Богатырев А.Н. Интенсификация тепло- и.массооб-мена при сушке пищевых продуктов. -М.: Агропромиздат, 1987.

54. Кэйс В.М. Конвективный тепло- и массообмен. -М.: Энергия, 1972.

55. Лыков A.B. Тепломассообмен. Справочник. -М.: Энергия, 1978.

56. Лыков A.B. Теория сушки. -М.: Энергия, 1968.

57. Лыков A.B., Ауэрман Л.Я. Теория сушки капиллярно-пористо-коллоидных материалов пищевой промышленности. -М.: Пищепро-миздат, 1946.

58. Лыков A.B., Берновский Б.М. Конвекция и тепловые волны. -М.: Энергия, 1974.

59. Мальтри В., Петке Э., Шнайдер Б. Сушильные установки сельскохозяйственного назначения. -М.: Машиностроение, 1979.

60. Малярчук В.А. Повышение эффективности сушки высоковлажной плодоовощной продукции за счет создания и использования электрических конвейерных установок комбинированной сушки: автореф. дисс. канд. техн. наук /В.А. Малярчук. -Саратов, 1998. с.22.

61. Мартынов Ю.Ф. Технология производства лекарственного растительного сырья. -М.: Медецина, 1979.

62. Махлаюк В.П. Лекарственные растения в народной медицине. -Саратов.: Приволжское книжное издательство, 1991.

63. Мельников C.B. и др. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов/С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, n.M. Рощин.-2-e изд.,перераб. -168 е., ил.

64. Мелякова O.A. Энергоэкономичные режимы сушки овощей в конвективно-радиационной сушилке: автореф. дисс. канд. техн. наук/ O.A. Мелякова. -Челябинск, 2001. -18с.

65. Михайлова В.В. Методические указания по лабораторно-практическим занятиям «Определение экономической эффективности капитальных вложений при сравнении различных вариантов сельскохозяйственной техники». Саратов.: СГАУ, 2005. -16 с.

66. Михайлова В. В., Игнатьев Л.М. Методические указания для дипломного проектирования «Методы отбора инновационных проектов для реализации». Саратов.: СГАУ, 2005. -20 с.

67. Мудров В.И., Кушко В.П. Методы обработки измерений. -М.: Радио и связь, 1983.

68. Наместников А.Ф. Хранение и переработка овощей, плодов и ягод. -М.: Высшая школа, 1972.

69. Нестеровская А.Ю., Рендюк Т.Д., Спешилов Л.Я. Энциклопедия тра-воцелительства. —М.: Крон-пресс, 1998. -736 с.

70. Носаль М.А., Носаль И.М. Травник. -М.: Лукоморье, 1999.

71. Панев Б.И. Электрические измерения. М.: Агропромиздат, 1987. -211 с.

72. Проничев С.А. Импульсная инфракрасная сушка семенного зерна: автореф. дисс. .канд. техн. наук/ С.А. Проничев. Москва 2007. - 21с.

73. Прохоров И.И. Технология производства и длительного хранения столовой моркови. -М.: Агропромиздат, 1989.

74. Пятрушевичус В.И., Любарский В.М. Активное вентилирование травяных кормов. -Л.: Агропромиздат, 1986.

75. Сакун В.А. Сушка и активное вентилирование зерна и зеленых кормов. -М.: «Колос», 1969. -174 с.

76. Селюков Н.Г. Исследование зависимости оптических свойств от влажности капилляропористых материалов. -Сб. научных трудов/Орден трудового красного знамени институт тепло- и массообмена АН БССР/, Т.6, 1972,с274-283.

77. Сиденко В.М., Грушко И.М. Основы научных исследований. -Харьков .: Выш. Шк., 1977. -200с.

78. Скляревский Л.Я., Губанов И.А. Лекарственные растения в быту. -М.: 1968.

79. Смольский Б.М. внешний тепло- и массообмен в процессе конвективной сушки. -Минск.: Изд-во Белгорун-та им. В.И. Ленина, 1957.

80. Соколова Н.С., Панфилова Т.Г., Панфилов Г.А. Дикорастущие и культурные растения в народной медицине. -М.: Кооператив ВУЗ совместно с ММА им. Сеченова, 1990.

81. Спэрроу Э.М., Сесс Р.Д. Теплообмен излучением. -Л.: Энергия, 1971.

82. Темирбаев Д.Ж., Ермекбаев К.Б. Основы теории теплопроводности и теплового излучения. -Алма-Ата.: КазПТИ имени В.И. Ленина, 1980.

83. Филоненко Г.К. и др. Сушка пищевых растительных материалов. -М.: Пищевая промышленность, 1971.

84. Хотин A.A., Губанов И.А. , Кондратенко П.Т., Шеберстова В.В. Лекарственные растения СССР. -М.: «Колос», 1967.

85. Харченко Н.С., Карамышев А.Н., Гончарик А.П. Дикорастущие лекарственные, злаковые, огородные растения и их применения. — Саратов: Приволж. кн. изд-во (Пенз.отд-ние), 1988, 176 е., ил.

86. Чинов П.С. Пособие по сбору и заготовке лекарственных растений. -М.: Лесная промышленность, 1983.

87. Шашкин В.В., Кузнецов A.A., Семилетенко Б.Г. Механизированные комплексы промышленной обработки плодовоовощной продукции. -Л.: Лениздат, 1983.

88. Шустов В.А. Применение электронагрева в сельском хозяйстве. -М.: «Колос», 1973. -128 с. с ил.

89. Яковлева Г.Г., Блинов К.Ф. Растения для нас. Справочное издательство.: Учебная книга, 1996.

90. A.c. 923445 (СССР). Устройство для досушки сена активным вентилированием. /Каунас P.A. -Опубл. в Б.И., 1982/№.

91. A.c. 1127544 (СССР). Устройство для досушки сена активным вен-тилтированием. /Каунас P.A. -Опубл. в Б.И., №45, В.А. Сулима Л.А., Грутко Н.М., Ляпин Б.К. -Опубл. В Б.И., 1984, №47.

92. A.c. 785615 (СССР). Способ конвективной сушки. /Р.Б. Байрамов, Р. Байджанов, Ж. Мурадов.- Опубл. в Б.И., 1980, №45.

93. Пат. №2043585 Российская Федерация, МКИ6 F26B 3/30 Способ сушки высоковлажных материалов / Клямкин Н.К., Константинов A.A., заявл. 29.06.1992, опубл. 10.09.1995.

94. Российская газета № 3673 от 14 января 2005г.

95. Лягина Л.А. Совершенствование способа сушки продуктов растительного происхождения /Любайкин С.Н., Лягина Л.А.// Ж. Вестник СГАУ, №5, 2010. С. 37-39 (0,5/0,3).

96. Лягина JI.A. 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.

97. Рыбалко Л.А. Комбинированный способ сушки лекарственного сырья / С.Н. Любайкин, Л.А. Рыбалко // Молодые ученые агропромышленному комплексу Поволжского региона. — Саратов: СГАУ, 2003 — С. 178-179.

98. Лягина Л.А. Технология сушки растительного сырья для личных и фермерских хозяйств / С.Н. Любайкин, Л.А. Лягина // Материалы конференции, посвященной 118-годовщине со дня рождения академика Н.И.Вавилова.— Саратов: СГАУ, 2005. С. 46-47.