автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение энергоэкономичности в процессах термообработки чайных растений путем применения эффективных методов и электротехнических средств ИК облучения

На правах рукописи

ХУДОНОГОВ ИГОРЬ АНАТОЛЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНОСТИ В ПРОЦЕССАХ ТЕРМООБРАБОТКИ ЧАЙНЫХ РАСТЕНИЙ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИК ОБЛУЧЕНИЯ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного

производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - Пушкин - 1997

Работа выполнена в Иркутской государственной сельскохозяйственно; академии

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Карпов В.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Косоухов Ф.Д.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Чистяков В.В.

Ведущее предприятие: Иркутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства (г. Иркутск)

Защита диссертации состоится " 4 " ¿г^^Зу 1997 г. в часс

на заседании диссертационного совета Д 120.37.07 в Санкт-Петербургско государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Пеге| бург, Пушкин, С-Петербургское шоссе, 2, СПбГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГАУ

Автореферат разослан " ^ " ^ ^^ г

Отзывы и замечания (в двух экземплярах), заверенные печатью проси направлять по вышеуказанному адресу

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.П. Майоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Отечественный и зарубежный опыт свиде-¡льствуст о том, что наряду с классическим чаем, полученным путем перемотки листьев чайного китайского куста, разными народами издавна в ка-;стве пищевых и лечебных напитков применяется чай, полученный путем феработкн других растений и в отличие от классического, именуемый: оз-эровительный, травяной, целебный и т.п. По вкусу, цвету и аромату напит-I, приготовленные из хорошо подобранных и переработанных чайных рас-:ний, не уступают классическому чаю, а по целебным свойствам значимого его превосходят. Об этом гласит плакат у "Зеленой аптеки" в Маниле: Зосточный мудрец Ли Чунгуюн решил не умирать. Этого ему не удалось, но .IV удалось прожить 256 лет - с 1677 по 1933. Как? Человек пил каждый день ш настоянный на травах".

79 % территории Иркутской области покрыто лесами, в которых произ-1стает 478 видов лекарственных растений. 108 видов из них могут быть ис-эльзованы в качестве лекарственно-чайных растений, пригодных для полу-тня повседневно-бытовых, профилактических и лечебных чаев. Некоторые зды лекарственных растений культивируются в специализированных сель-шхозяйствеиных предприятиях.

Ежегодно в Иркутской области производится 60 - 90 млрд. кВт-ч. элек-эоэнергии, вырабатываемой в основном па гидроэлектростанциях ангар-адго каскада. В настоящее время в энергосистеме Иркутской области име-гся резерв электроэнергетических мощностей порядка 10-15 млрд. кВт-ч., эторый можно использовать для внедрения новейших электротехнологий в Власти производства, переработки и хранения дикорастущего и культиви-уемого сырья.

Наличие в Иркутской области больших ресурсов дикорастущих и куль-авируемых лекарственно-чайных растений в сочетании с большими электро-зергетическими ресурсами создают благоприятные условия для организации роизводства целебного чая путем применения новейших эпергоэкономич-ых электротехнологий.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы -беспечить повышение, по сравнению с применяемыми технологиями , энер-ээкономичности в процессах термообработки чайных растений путем при-енения эффективных методов и электротехнических средств инфракрасного -Ж) облучения. Для достижения поставленной цели необходимо было ре-шть следующие задачи:

1. Обосновать применимость в процессах ИК термообработки чайны растений энергосберегающих методов объемного обличения и эффективны повторно-кратковременных режимов термического влагоудаления.

2. Исследовать оптические характеристики основных видов чайных рас тений в ИК диапазоне излучения.

3. На основе оптических характеристик разработать энергоэкономичны электротехнические средства, реализующие эффективные методы и режим) ИК облучения для процессов термообработки.

4. Провести широкую производственную проверку разработанной знс[ гоэкономичной электротехнологии целебного чая и дать технико-экономичс ское подтверждение ее эффективности.

Объект исследования. Процессы термообработки чайных рас тений ИК облучением.

Методы исследования. Для решения поставленных задач аш лизировалась и обрабатывалась информация из литературных источники проводилось теоретическое обобщение применения эффективных методо объемного ИК облучения в сочетании с повторно-кратковременными режг мами применительно к процессам термообработки чайных растений. Рацис нальные режимы РЖ облучения чайных растений определены посредство! экспериментальных исследований.

Основные параметры процессов термообработки лекарственно-чайны растений соответствовали технологическим требованиям и были исследован! на специально разработанных экспериментальных установках лабораторног типа с использованием современных измерительных приборов.

Соответствие полученного чая требованиям нормативных документов п органолептичееким показателям и составу определялись специальным це/ тром, аккредитованным в системе "ГОСТ Р".

В расчетах и обработке экспериментальных данных использовались ме тоды математической статистики с применением вычислительной техники.

Экономическая эффективность определена по единой методике расчет экономической эффективности использования в народном хозяйстве ново техники, изобретений и рационализаторских предложений.

Научная новизна основных положений, изложенных в диссертг ции, заключается в том, что для разработанных процессов ИК термообрг ботки чайных растений экспериментально-теоретически обоснованы парг метры повторно-кратковременного режима облучения, позволяющие эконс мить энергию и повышать качество целебного чая по всем органолептиче ским показателям. Определены оптические свойства листьев основных ча£

лх растений в ИЕС диапазоне излучения. Предложены и реализованы новые рфективные методы объемного ИК облучения и новые технические сред-ва для термообработки чайных растений (положительные решения НИИГПЭ № 95103195/13 (005969) и № 95105375/13 (009719) на выдачу ггентов), обеспечивающие энергосбережение.

Основные положения диссертационной работы, вносимые на защиту:

1. Оптические характеристики листьев основных видов чайных растений ИК диапазоне излучения применительно к требованиям термообработки.

2. Обоснование, выбор и методы расчета новых энергосберегающих нодоиластовых ИК излучателей для термообработки чайных растений.

3. Энергоэкономичный повторно-кратковременный режим ИК облучения методы обоснования его параметров в процессах термообработки чайных

астений.

4. Принцип послойного объемного облучения при согласном с потоком еремещении слоев, технологическая схема и методика синтеза основных лектротехнических средств, образующих облучательную установку верти-ального типа.

Практическая ценность. По результатам теоретических и кспериментальных исследований разработана электротехнология и обору-ование для получения целебного чая. На основе этих разработок при Ир-утской ГСХА создан минизавод по производству целебного чая с мини-1альным расходом энергии. При сотрудничестве с Восточно-Сибирским цен-ром стандартизации и метрологии утверждены технические условия на про-гзводство "Чая Байкальского" (ТУ-9191-001-0492916-94).

Апробация работы. Основные положения и результаты иссле-юваний докладывались и обсуждались на научно-практических конферен-щях Иркугской ГСХА (1991 - 1997 гг.), на научной конференции молодых ''чепых ИрГТУ (1995 г.), в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете (1996 г.). Результаты исследований получили высокую оценку Диплом Ш степени по итогам выставки-ярмарки "Ресурсы Приангарья-96) 1а семи международных выставках-ярмарках "Сибэксгюцешра", продукция линизавода прошла сертификацию в Иркутском областном центре Госэпидемнадзора.

П у б л и к а ц и и. По теме диссертации опубликовано 11 печатных ра-5от, в том числе два положительных решения на выдачу патента.

Объем работы. Диссертация состоит из 4 глав и изложена на 22 странице, включает 53 рисунка, 15 таблиц, список литературы из 124 найме новаций, а также 13 приложений на 58 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирован; цель исследований, их научная новизна, а также основные положения, выно симые на защиту.

В первой главе "Состояние вопроса и задачи исследований" при водятся характеристики ресурсов чайных растений и энергоресурсов Иркут ской области. Изложен материал из истории производства чая, а также вы полнен анализ использования электрических методов, способов и техниче ских средств в существующих процессах термообработки чая, отмечены и достоинства и недостатки.

Анализ исследований, проведенных кафедрами охотоведческого и агрс номического факультетов ИГСХА по изучению ресурсов лекарственных рас тений Иркутской области, показал, что на территории области произрастае более 500 видов дикорастущих и культивируемых лекарственных растенш рекомендуемых для пищевых и лечебных целей. Из них 108 видов могут быт использованы в технологии производства целебного чая. В промышлешгы заготовки в настоящее время вовлечены 50 видов, а ресурсы сырья для полз чения Копорского, Курильского и Чагирского целебного чая, являющихс популярными у широких кругов населения нашей зоны и страны, имею большое производственное значение.

Показано, что важнейшим направлением улучшения энергоснабжени сельских районов Иркутской области является развитие электрифицирова! ных технологических процессов. В настоящее время в Иркутской энергосш теме имеется резерв неиспользуемых электроэнергетических мощностей ш рядка 10 - 15 млрд. кВт-ч., который целесообразно направить на новые эне[ гоэкономичные электротехнологии по производству, переработке и хранены с.-х. и дикорастущей продукции. Расчетами специалистов Сибирского эне] гетического института и нашими исследованиями обоснована эффективное! с экологической, экономической и социальной точек зрения, доведет уровня электрификации технологических процессов к 2005 г. в с.-х. прои водстве Иркутской области с 14 % до 64 %.

Анализ постановки фабрикации классического чая (технологии и те: ники чая) в Китае, Индии и на Цейлоне показал, что большинство операщ1

авяливание, скручивание, брожение, сушка и обжаривание) осуществлялись рактически без использования машин и агрегатов, и лишь в конце прошлого ;ка чайные фабрики были оснащены техническими средствами для термо-бработки чая, работающими на принципе использования энергоносителя, олучаемого в результате сжигания жидкого, твердого и газообразного топ-ива.

Технология производства целебного чая из кипрея базировалась в ос-овном на ручном труде с использованием для большинства технологических пераций естественных источников энергии.

С целью получения чая с высокими органолептическими и целебными войствами необходимо строгое соблюдение технологических требований в роцессе его производства. Так например, нарушение одной рекомендации о сушке листьев и цветков лекарственных растений (не использовать пря-:ые солнечные лучи) приводит к полной потере гликозидов.

Исследованиями выявлено, что наиболее энергоемкими из существую-щх технологических процессов переработки чайных растений в целебный ай, являются теплофизические операции: завяливание, сушка и карамелиза-ия углеводов. На эти процессы используется от 40 % до 70 % всей затрачен-ой энергии.

Проведенные раннее исследования учеными института субтропического озяйства Барабадзе И.И. и Бурчуладзе З.Ш. по применению ИК излучения в ехнологии производства классического чая дали положительные результаты. )днако анализ этих работ показывает, что в них подтверждены возможности ^пользования ИК энергоподвода как энергоносителя для сушки кггас-ического чая, но не исследованы возможности энергоэкономичности .

Для решения проблемы энергосбережения в процессах термообработки айных растений в настоящей работе предложено применять эффективные гетоды, режимы и электротехнические средства ИК облучения.

На основании аналитического обзора литературы и цели данной работы формулированы задачи исследования, приведенные во введении к авторефе->ату.

Во второй главе "Экспериментально-теоретическое обоснование ффективных методов и электротехнических средств ИК облучения в процес-ах термообработки чайных растений" дано обоснование применимости эффективных методов, режимов и технических средств ИК облучения в нроцес-ах термообработки чайных растений.

С целью энергосбережения и значительного улучшения качества целеб-юго чая по всем оргаиолептическим показателям в процессах завяливания,

сушки и карамелизации углеводов чайных растений был предложен по вторно-кратковременный режим ИК облучения. Эффективность применена такого режима ИК облучения была показана ранее в работах A.B. Лыкова н; примере сушки картофеля и моркови (прерывное облучение). Поскольку xpi вышеназванных процесса связаны с удалением влаги из чайных растений целесообразно использовать теоршо сушки для обоснования эффективны» режимов повторно-кратковременного ИК облучения.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется длитель ностью цикла работы и коэффициентом относительной продолжительное^ облучения. Длительность одного цикла

гц = г0+гп. (1)

Общая продолжительность цикла режима повторно-кратковременной ИК облучения в процессах термообработки чайных растений выбрана с уче том технолого-технических требований, а также на основании ГОСТ 183 регламентирующего общую продолжительность не более 10 мин.

Коэффициент относительной продолжительности облучения определя ется по формуле:

= —, (2) Гц Го+Гп

или продолжительность облучения в процентах:

ПО% =——--100, (3)

где т0 и Тп - соответственно продолжительность периодов облучения v паузы, мин.

Соотношение между периодом облучения (т0) и периодом паузь (отлежки) (гп) определяется величиной коэффициента диффузии влаги мате риала ат. Чем меньше коэффициент диффузии влаги, тем, очевидно, доджи быть больше период паузы.

Зависимость коэффициента аш от температуры и влагосодержания, мо жет быть описана уравнением, предложенным ЯМ. Миниовичем, справедли вым для капиллярно-пористых коллоидных тел растительного происхожде ния, включая чайные растения:

а =io,2 + ——--h_У_УШи.10-.. (4)

m V ' 373-Т 13 - 0,00246-Т-Ш V.290/

где Т - температура процесса, К;

и - влагосодержание чайных растений, кг/кг; ро - плотность чайных растений, кг/м3.

Выражение (4) было использовано для построения номограммы, по которой определяется выбор эффективных режимов повторно-кратковременного ИК облучения в процессах термообработки чайных растений, рис. 1.

■ 35

¿0

- йУ-

■■ 0?-• у

.. N.

^ка р а /и е /I и з а у /У -у

.3

с у ш к а

2

/ 1

3 а В я А и & с/ и и е

О

■Г0

¿"О

¿/а

во ¿¡¿> ?о ¿о

У, %

Рис. 1. Номограмма для определения эффективного режима повторно-кратковременного ИК облучения в процессах термообработки чайных растений: 1 - завяливание; 2 - сушка; 3 - карамелизация углеводов

Взаимосвязь параметров повторно-кратковременного ИК облучения чайных растений по аналогии с теорией повторно-кратковременных режимов работы электрооборудования может быть определена соответствием:

1110 \-Е

(5)

где а П1о - относительный коэффициент диффузии влаги.

Относительный коэффициент диффузии влаги чайных растений определяется как

ат — ■

.180

(6)

где атср ■ сРеДнее значение коэффициента диффузии влаги растительного сырья для конкретного тештофизического процесса, м2/ч;

ат° " коэффициент диффузии влаги растительного сырья при максимальной температуре процессов термообработки -1=180 °С, м2/ч.

Целесообразность пользования номограммой была подтверждена экспериментальными исследованиями для разных режимов Ж облучения (рис. 2). По результатам эксперимента построены кривые сушки листьев бадана толстолистного при непрерывном (на сырье постоянно воздействует поток ИК излучения и воздушный поток) и повторно-кратковременном облучении (при постоянном воздействии воздушного потока на сырье и прерывного ИК излучения): режим облучения 3:2 (б мин. облучения и 4 мин. пауза) и 2:3 (4 мин. облучения и 6 мин. пауза) при удалении влаги от \У1=75 % до \У2=Ю % .

»V

<§ <07 (5

Й

и %

■о к и

О

^¿О %

4

1

2

3

Ю 20 ЗО 40 50

Общее: в&ем я зюч Я ое^уь"^ тел я л>ин

бО

Рис. 2. Кривые сушки листьев бадана толстолистного при разных режимах ИК облучения: 1 - непрерывном (ПО=ЮО %); 2 - повторно-кратковременном (ПО=6С %); 3 - повторно-кратковременном (ПО= 40 %)

О

Из рис. 2 видно, что длительность сушки при непрерывном облучении 55 мин., а при повторно-кратковременном облучении по режиму 3:2 (36 мин

>блучения и 24 мин. пауза), по режиму 2:3 (28 мин. облучения и 36 мин. туза). То есть общая длительность сушки при последних двух режимах примерно та же, и составляет 1 час. В то же время расход энергии при последнем эежиме в 1,5-2 раза меньше первых двух режимов за счет того, что в период музы ИК облучатель не работает.

При этом необходимо отметить, что если при непрерывном облучении температура сырья к концу сушки достигала 55 - 60 °С, то при повторно-фатковременного облучении (режим 2:3) температура листьев бадана к концу процесса сушки не превышала 42 °С.

Показано, что определение продолжительности облучения по номограмме обеспечивает более рациональное использование энергии излучения для удаления влаги из материала (температурный градиент будет не замедлять, а ускорять подвод влаги к поверхности тела, способствуя ее испарению), дает большую экономию энергии по сравнению с непрерывным режимом (в 1,5-2 раза при сушке), а также позволяет повысить качество продукта (некоторых видов чайных растений, содержащих эфирные масла) за счет снижения средней температуры процесса термообработки.

На основании использования теории объемного облучения были проведены экспериментальные исследования по определению энергосбережения путем послойного распределения сырья, перемещаемого встречно направлению потока ИК излучения. На экспериментальной установке лабораторного типа была проведена серия исследований по изучению механизма тепломассообмена в процессе термообработки растений ИК излучением при различных схемах энергоподвода и послойном перемещении сырья относительно источника ИК излучения. Экспериментальные исследования показали, что эффект по энергосбережению имеет место при встречном (по схеме перемещения сырья относительно источника излучения "снизу - вверх") послойном перемещении сырья с начальной влажностью выше 20 %. Установлено, что чем выше начальное влагосодержание сырья, тем больший достигается эффект по энергосбережению в процессах термообработки растений при объемных методах ИК энергоподвода. Так, например, при начальной влажности сырья 20 - 25 % экономия энергии составляет 4 - 7 %, а при влажности 70 - 80 % энергосбережение увеличивается до 12 %.

Исследования оптических свойств зеленых растений в ИК диапазоне излучения показали, что зеленые растения обладают максимальной поглоща-тельной способностью в диапазоне 2,8 - 3,2 мкм. Проницаемость листьев чайных растений (Тд) при облучении коротковолновым ИК излучением в 2 - 3 раза выше, чем при облучении длинноволновым и средневолновым ИК излу-

чением, рис. 3. Однако при увеличении толщины слоя листьев это различие значительно сглаживается и на глубинах 20 - 30 мм разница между проницаемостью "светлых" и "темных" ИК излучателей составляет лишь 1,5 - 9 %.

Поэтому для процессов завяливания, сушки и карамелизации углеводов листьев чайных растений оптимальной принята область спектра от 3 мкм и более, так как в этом диапазоне наблюдается интенсивное поглощение (90 %) энергий ИК излучения, а, следовательно, для влагоудаления в процессах термообработки целесообразно использовать средне- и длинноволновые ИК излучатели.

При выборе источников излучения учитывалось также, что энергосберегающее влагоудаление из растений связано с интегральной степенью черноты излучающего материала:

<(Т) = 0,03477^-Т, (7)

где ге 273 - удельное сопротивление при 273 °К (О °С), измеряемое в Ом-см;

Т - температура в градусах Кельвина.

Поэтому целесообразно в теплофизических процессах по переработке лекарственных растений в целебные чаи использовать в качестве тел накала для источников излучения материалы с высоким удельным электрическим сопротивлением - ге, а следовательно высокой степенью черноты. Из освоенных и выпускаемых нашей промыпшекностью этому требованию соответствуют ИК излучатели, выполненные на основе слюды, фарфора, пленочные полупроводниковые и т.п. В работе использованы плоские и трубчатые слю-допластовые ИК излучатели, имеющие £Г'(Т)=0,199- Ю'-Ом см-К.

Третья глава "Разработка и исследование эффективных электротехнических средств ИК облучения" посвящена методике и технике экспериментальных исследований, разработке эффективных электротехнических средств ИК облучения.

Для проведения экспериментальных исследований по повышению энергоэкономичности в процессах термообработки чайных растений путем применения специальных ИК облучателей и установок, по установившейся в лаборатории "Электротехнология дикорастущих" традиции, нами была использована методика поэтапного проведения эксперимента.

Первый этап - проведение предварительных лабораторных исследований на специальных установках с целью изучения взаимодействия системы "сырьё - излучатель" применительно к конкретному процессу, к конкретному решению и к конкретному источнику излучения. На этом этапе тщательно проверялись теоретические предпосылки, выдвинутые научной гипотезой.

30

ю

А и с т задана

1

\

1

\ \

N 1

2'

3

О 0 20 30 ¿0

АИСТ КУРИЛЬС/СОГо

•

1

■

\

\ /

\ ■ 2'

\

50

4.0

50

20

Ю

АИСТ чая

1

\

\

\ /

\ \

\ < —1

—

М.Г, о ю 20 30 щ а }0 20 зо ¡0

Рис. 3. Терморадиадионные характеристики листьев чайных растений:

1 - коротковолновый ИК излучатель(Ду^й111Х=1,4 -1 ,6 мкм); 2 - средневолновый ИК излучатель (Ду^11ах=2,0 - 3,0 мкм); 3 - длинноволновый ИК излучатель (ДЛтах=6 - 8 мкм)

Эти исследования проводились до получения положительных результатов Полученные результаты реализовывались в технических проектах и техниче ских условиях.

Второй этап - проведение экспериментальных исследований на дейст вующих моделях лабораторного типа, то есть на уменьшенных натурных об разцах. Исследование энергоэкономичных режимов переработки чайных рас тений на этих установках, но уже в динамике, вносило необходимые коррек тивы в окончательные технические условия и технические проекты и слу жили исходными данными для разработки и изготовления эксперименталь ных ИК установок производственного типа.

Третий этап - проведение экспериментальных исследований в произвол ственных условиях на ИК установках производственного типа. На этом этаж уточнялись рациональные режимы процессов термообработки чайных расте ний и наиболее энергосберегающие схемы управления ИК облучателями, оп ределялись пути интенсификации технологических процессов путем исполь зования высококачественных технологических схем объемного облучения проверялись основные технико-экономические показатели различных вари антов энергоподвода.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований I требований нормативных материалов по проектированию электротермиче ского оборудования разрабатывались, исследовались и совершенствовали^ ИК облучатели, применяемые в процессах термообработки чайных растений.

На основе шести трубчатых слюдопластовых электронагревателей бьи разработан, изготовлен и испытан трёхфазный ИК облучатель мощностьн 2100 Вт, который представляет собой конструкцию, состоящую из: корпуса ' с жесткозакрепленными поддерживающими пластинами 2 и источников из лучения 3, рис. 4.

Для получения равномерного поля излучения от трёхфазного ИК облу чателя нами при проектировании был использован графо-аналитический ме тод размещения линейных ИК излучателей в плоскости камеры по криво) Аньези. Достоинство этого метода размещения ИК излучателей заключаете: в универсальности, простоте и надежности.

Сравнительные экспериментальные исследования двух "тёмных" Ж об лучателей в сопоставимых условиях показали, что термический к.п.д. ИК об лучателя, выполненного на основе трубчатых слюдопластовых электронагре вателей, на 15 - 20 % выше ИК облучателя, выполненного на основе электро нагревателей из нихромовых спиралей, рис. 5.

Рис. 4. Конструкция трёхфазного ИК облучателя, выполненного на основе ;сти трубчатых слюдопластовых электронагревателей: • корпус; 2 - поддерживающие пластины; 3 - источники ИК излучения

С целью изучения взаимодействия системы "сырье-излучатель" приме-^ельно к процессам термобработки чайных растений в производственных ловнях, была разработана, изготовлена и исследована производственная tC установка горизонтального типа, конструктивная схема которой привела на рис. 6. Установка состоит из трех камер, трех вентиляционных сис-м, электропривода кассет, набора кассет, двух загрузочно-разгрузочных олов с дублированными пультами управления ИК облучателями и другого ектрооборудования.

С целью проверки основных теоретических положений по повышению ергоэкономичности путем применения эффективных методов и электро-хнических средств ИК облучения в производственных условиях была раз

волновыми ИК облучателями; 1- ИК облучатель на основе нихромовых излучат лей; 2- ИК облучатель на основе шести трубчатых слюдопластовых электроге ревателей

работана, изготовлена и исследована производственная экспериментальн ИК установка вертикального типа, конструктивно-технологическая схема к торой приведена на рис. 7. В квадратной камере термообработки установк размером в поперечном сечении 1x1 м, размещены четыре плоских ИК обл чателя. Конструкция установки позволяет оперативно заменять ИК излуч тели. Максимальная мощность всех излучателей - 30 кВт. Максимальн производительность по удалению влаги - 30 кг/ч. В промежутке между дву? плоскими излучателями можно размещать от двух до пяти кассет с сырьем, в камере от трех до пятнадцати кассет. Методика определения толщины сл> сырья в кассете и послойного перемещения кассеты с сырьем в зависимое' от начальной влажности изложена в трудах В.Н. Карпова с позиции заш Бугера.

Управление ИК облучателями с целью автоматизации и обеспечен: режима повторно-кратковременного облучения в эксперименте осуществл лось с помощью электронных и электромеханических устройств. Принцип альная электрическая схема управления трёхфазным ИК облучателем уст новки вертикального типа приведена на рис. 8.

Рис. 6. Конструктивная схема трехкамерной ИК установки горизонтального типа:

1 - отражатель; 2 - электродвигатель привода цепи; 3 - загрузочно-разгрузочный стол; 4 - пульт управления; 5 - вентилятор центробежный

Рис. 7. Конструктивно-технологическая схема экспериментальной ИК новки вертикального типа: 1 - отражатель; 2 - переключатель уровней мощное: 3 - реле времени программное; 4 - пульт управления ИК облучателями; 5 - I управления центробежным вентилятором; 6 - регулятор уровней мощности; 7 облучатели; 8 - кассета сетчатая с сырьем; 9 - вентилятор центробежный; ............с> поток воздуха;

-^ направление перемещения кассет с сырьем

Набор аппаратуры управления позволяет регулировать уровнем мо ста трехфазного ИК облучателя тремя методами: ступенчатое регулиро! уровнем мощности при помощи автоматических выключателей и сем

Рис. 8. Принципиальная электрическая схема управления трехфазным ИК облучателем установки вертикального типа

пенчатого регулятора уровня мощности; плавное регулирование уровн мощности при помощи управляемых тиристоров; регулирование уровн мощности при помощи комбинации ступенчатого и плавного методов.

Конструкция установки вертикального типа в отличие от установки 1 ризонтального типа позволяет моделировать и исследовать энергоэконом! ный метод объемного ИК облучения в процессах термообработки чайн растений. Сравнительные исследования тепловых балансов установок по: зывают, что энергетический к.п.д. установки вертикального типа на 27 выше энергетического к.п.д. установки горизонтального типа. Это повыт ние достигается в основном за счет использования принципа объемнс облучения чайных растений в ИК установке вертикального типа.

В четвертой главе "Реализация результатов исследований в п изводстве и их эффективность" приведены результаты производственных следований и расчет технико-экономической эффективности от внедрет производственной ИК установки вертикального типа.

С 1993 г. при Иркутской государственной сельскохозяйственной ака мии (ИГСХА) работает минизавод по производству целебного чая. Техно гическое оборудование размещено в помещении площадью 100 м2. Тех логия производства целебного чая состоит из трех основных процессов:

1 .Заготовки сырья.

2.Переработки сырья.

3 .Контроля качества, упаковки и реализации.

В этой связи при минизаводе организованы три специализирован! бригады.

Заготовка сырья ведется с апреля по сентябрь в учебно-опытном хоа стве ИГСХА "Голоустное", расположенное в 50 - 100 км от г. Иркутска берегу озера Байкал.

Процесс переработки растительного сырья в полуфабрикат ведется ^ гадой специалистов-технологов по производству чая.

Контроль за качеством целебного чая по органолептическим показ; лям и содержанию токсичных элементов проводится в лабораториях сг тарно-эпидемиологической службы, после чего продукт герметично упакс вается.

Учебно-научно-производственная лаборатория и минизавод семь принимали участие в международных выставках-ярмарках Иркутского м дународного выставочного комплекса "Сибэкспоцентр", являются диплом гами выставки-ярмарки "Ресурсы Приангарья-96".

Годовой экономический эффект от внедрения производственной ИК ус-овки вертикального типа, работающий в режиме повторно-кратковремен-о облучения по отношению к аналогичной установке, работающей в реле непрерывного облучения составляет 6839,7 тыс. рублей (в ценах лета 6 г.). Эффект обусловлен экономией энергии (78224 кВт-ч в год на одну зновку мощностью 30 кВт).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.79% территории Иркутской области занимают леса, в которых произ-гает 108 видов лекарственных растений, пригодных для их переработки в ебный чай. Некоторые виды лекарственных растений культивируются в циализированных сибирских сельскохозяйственных предприятиях.

В Иркутской области производится ежегодно 60 - 80 млрд. кВт-ч. ктроэпергии, вырабатываемой в основном на гидроэлектростанциях ан-ского каскада, а неиспользуемый резерв составляет 10-15 млрд. кВт-ч.

Наличие мощной электроэнергетической базы в сочетании с боль-ми ресурсами дикорастущих и культивируемых лекарственно-чайных рас-ий создает благоприятные условия для организации производства целеб-о чая на основе применения энергоэкономичных электротехнологий и ктротехнических средств.

2. Исследование оптических и терморадиациопных свойств чайных рас-ий в ИК диапазоне электромагнитного излучения показало, что примене-

коротковолнового спектра ИК излучения в процессах термообработки тьев и цветков лекарственных растений менее целесообразно по сравне-з с применением средневолнового и длинноволнового спектра ИК излуче-: для этих же целей из-за более высоких потерь активно действующих ве-лгв и энерго-эксплуатационных затрат. По данным специальных биохими-ких исследований потери гликозидов при "солнечной" сушке лекарствен-с растений на 30 - 60 % выше, чем при сушке в "тени".

3. При переходе с режима непрерывного ИК облучения на режим пов-но-кратковременного ИК облучения в электротехнологии целебного чая номия электроэнергии в процессе завяливания чайных растений составила 2,5 раза, в процессе сушки - 1,5 - 2,0 раза, в процессе карамелизации угле-ов - 1,25 -1,5 раза.

4. Сравнительные исследования двух видов длинноволновых ИК облуча-ей в процессах термообработки чайных растений в сопоставимых усло-х показали, что термический к.п.д. ИК облучателя, выполненного на ос-

нове трубчатых слюдопластовых электронагревателей, на 15 - 20 % выше 1 облучателя, выполненного на основе нихромовых электронагревателей.

5. Для получения равномерного поля излучения на большей части об. чаемой поверхности при помощи плоского слюдопластового электронагре теля целесообразно использовать зеркальные отражатели. Конструироваг ИК облучателя с равномерным полем излучения на основе трубчатых слю, пластовых электронагревателей достигается путем размещения их плоскости камеры по кривой Аньези или раздельного включения их че] силовые тиристоры с целью регулирования плотности мощно( электронагревателя.

6. Исследование тепловых балансов экспериментальных установок п; изводственного типа показывает, что энергетический к.п.д. установки вер кального типа на 27 % выше энергетического к.п.д. установки горизонта ного типа. Существенное повышение энергетического к.п.д. достигается счет реализации на ИК установке вертикального типа метода объемного лучения чайных растений с послойным перемещением кассет с сырьем.

7. По результатам исследований при учебно-научно-производствень комплексе ИГСХА организовано производсто целебного чая из лекарств ных растений, заготавливаемых в учебно-опытном хозяйстве "Голоустн-(побережье Байкала). В 1993 г. пущен минизавод по производству целебн> чая на базе разработанного электротехнологического оборудования, раз] щенного на площади 100 м2. Опытные образцы специальных ИК установ изготовленные в мастерских комплекса, прошли четырехлетние испытани технологии производства целебного чая и дали положительные результа Использование разработанных эффективных методов при разработке элект технических средств ИК облучения дало годовой экономический эффе только за счет экономии энергии при применении режима повтор кратковременного ИК облучения, в размере 6839,7 тыс. рублей (в ценах л 1996 г.).

8. Контроль качества целебного чая в испытательном лабораторном ц тре Иркутского областного Госсанэпиднадзора, аккредитованного в сист< "ГОСТ Р", показал, что содержание токсичных элементов и металлоприме в опытных образцах целебного чая, полученного путем применения энер экономичной ИК электротехнологии, в среднем в 10 раз меньше норм, ус новленных медико-биологическими и санитарными требованиями к качес пищевых продуктов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Никитенко М.А., Седока А.Г., Худоногов И.А. Обоснование и расчет мощности электрофигоаэроионизатора для обеззараживания воздуха/ЛТу-ги повышения эффективности использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве. - Иркутск, 1991. - С. 70-73. Карпов В.Н., Худоногов A.M., Худоногов И.А. Электротехнология дикорастущих/Шути повышения эффективности использовшшя электрической энергии в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири. - Иркутск, 1992.-С. 13-24.

Худоногов A.M., Маслов В.Я., Сопин JI.B., Худоногов И.А., Немерова JI.A., Лукина Н.А., Панаев А.П., Фалько В.В. Биоэлектротехнология чая из целебных трав//Пути повышения эффективности использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве Восточной Сибири. - Иркутск, 1992. - С. 55 - 60.

Худоногов A.M., Худоногов И.А., Фалько В В., Панаев А.П. ИК биостимулятор семян для фермерских хозяйств. - Иркутск: ИСХИ, 1992. - 22 с.

Худоногов A.M., Худоногов И.А., Панаев А.П., Фалько В.В. Элекгротех-нология производства целебного чая: Научный отчёт. - Иркутск. 1995. -25 с. (№ гос. регистрации 029.60.0011770).

Чай Байкальский: Технические условия № 9191-001-0492916-94/Худо-ногов A.M., Худоногов И.А. - Иркутск, 1994. - 25 с. Карпов В.Н., Худоногов A.M., Худоногов И.А. Энергоэкономная им-пульсно-прерывистая электротехнология производства целебного чая/Шути повышения эффективности использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве. - Иркутск: ИСХИ, 1995. - С. 51 - 52. Локальный способ ферментации чая/Худоногов И.А., Худоногов A.M., Карпов В.Н. - Иркутский СХИ, заявка № 95103195/13 (005969), МПК 6 А 23 F 3/08. - Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 30.01.96.

Способ производства целебного чая/Худоногов И.А., Худоногов A.M., -Иркутская ГСХА, заявка № 95105375 (009719), МПК 6 А 23 F 3/34. - Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 30. 01. 97. Худоногов A.M., Худоногов И.А. Способ производства целебного чая из лекарственных растений: Информ. листок № 43 - 97 Иркутского ЦНТИ. 1997. -2 с.

Худоногов И.А. Технология целебного чая: Информ. листок № 12-97 Иркутского ЦНТИ. - 1997. - 2 с.