XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Одна из главных задач аграрного производства – получение продуктов питания растительного происхождения, в состав которых входят фрукты, овощи и т.д. Долгое хранение многих видов растений в их нормальных условиях невозможно и требует использования обработки, такой как сушка. Отдельную нишу занимают лекарственные растения, на основе которых производятся лекарственные препараты, биологически активные добавки (БАД), а также специи для еды.

В настоящее время из 100 тысяч лекарств, используемых в медицинской практике во всем мире, растительные лекарственные средства составляют более 30%. В нашей стране доля таких средств и препаратов составляет около 40%.

Вместе с естественными методами сушки, часто используются искусственные методы с помощью специальных систем сушки. Это требует большого количества электричества или тепла от сжигания топлива, так как в нашей стране ежегодно добывается более 65 000 тонн медицинского сырья. Однако не всегда возможно достичь требуемой производительности продукта.

Использование электрической энергии представляется наиболее предпочтительным, так как оно исключает затраты на доставку, хранение твердого или жидкого топлива, снижает ущерб для окружающей среды и приобретает необходимые свойства благодаря «тонкому» контролю технологии сушки.

Важным звеном в заготовке лекарственного сырья является его сушка и соблюдение соответствующих условий хранения сушеных продуктов. Сушка - это процесс удаления влаги на любом этапе из материала, подлежащего сушке. Правильное соблюдение технологии сушки является основным условием длительного хранения растительных продуктов и сохранения в них активных веществ (АДВ) [1,2,3,8].

В настоящее время выращивание, сбор и хранение лекарственных растений осуществляется малыми и сельскохозяйственными предприятиями. Однако оборудование, используемое для сушки растений, в настоящее время не соответствует необходимым требованиям как по параметрам, так и по производительности. Кроме того, затраты на сам процесс сушки часто значительны и не гарантируют прибыльность данного производства. Внедрение новых технологий и оборудования является важнейшим средством повышения эффективности сушильного оборудования и улучшения качества высушиваемого материала. Эффективность сушилок, улучшение качества сушимых продуктов, производительность труда и технико-экономические показатели напрямую зависят от конструктивных характеристик сушилок, способов подвода тепла к материалу.

Наиболее рациональным является использование электрических методов производства тепловой энергии для технологических процессов в небольшой сушилке. Однако из-за низкой энергоэффективности этот процесс остается достаточно энергоемким. В конвекционных сушилках с электрическим нагревом потребление энергии 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 . Поэтому актуальной задачей является поиск правильного способа подачи тепла к высушенному материалу с целью снижения интенсивности энергии сушки и увеличения ее скорости. Наиболее перспективной является технология сушки, основанная на использовании инфракрасного излучения. Преимущества данной технологии заключаются в определенном количестве свойств, характеризующих взаимодействие инфракрасного излучения и объекта:

малое время сушки при низкой температуре, это является главным фактором для высокого (до 96-98 %) уровня сохраняемости АДВ и витаминов в лекарственном сырье ;

источником энергии для сушки материала являются электрические инфракрасные излучатели, которые гарантируют соблюдение технологической среды, надежную работу и возможность автоматизации.[1,2,5,6,7]

Поэтому данная работа посвящена решению важной научно-технической проблемы в области электрификации сельского хозяйства, а именно, повышение энергоэффективности сушки продуктов растительного происхождения путем внедрения инфракрасно-конвективного воздействия.

Чтобы гарантировать решение основной проблемы данной работы, было проведено несколько теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых были получены следующие научные результаты: энергоемкость, скорость сушки, производительность установки, определяемая типовым диапазоном влажности, подвергаемых ИК-излучению.

Практическая ценность исследований состоит в том, что на их базе возможно:

Разработать инфракрасную сушильную установку с высокими технико-экономическими параметрами, значительно превышающими основные параметры традиционных установок: кондуктивных, конвективных, микроволновых и др. Энергоемкость инфракрасной сушки с стимулирующим конвективным охлаждением составляла 1,5 кВтч / кг (для типичных конвективных сушилок - 2,8 ... 4 кВтч / кг), хранение АДВ достигало 92 ... 98% (для конвективной сушки 50-65%).

Разработать усовершенствованную технологию инфракрасной сушки, предназначенную для производства лекарственных растительных материалов, отвечающих требованиям государственных нормативных актов, касающихся качества конечного продукта.[1,2,8,9]

В настоящее время существует множество различных вариантов сушки для продуктов растительного происхождения. При создании технологических систем сушки должны соблюдаться следующие требования: универсальность сушилки, равномерный нагрев высушенного сырья, достаточная производительность, низкое энергопотребление при сушке, производство сушки должно быть экологически чистым.

Современные способы сушки сырья делятся на следующие группы: естественная и искусственная сушка [1,3,4,7].

Естественная сушка (без искусственного обогрева) подразделяется на: а) воздушно-теневую, выполняемую на открытом воздухе, но в тени, под чешуей, на чердаках, в специальных сушилках, б) на открытом воздухе или в солнечных сушилках. Воздушно-теневая сушка используется для сушки листьев, трав и цветов. В простейших случаях сырье для сушки раскладывается под навесами или в специальных сушильных навесах. Однако предпочтительно проводить сушку в специально оборудованных воздушных сушилках. Сушка в сушилках и на чердаках происходит медленнее, чем на открытом воздухе под навесами, но она обеспечивает наилучшее качество сырья.

Искусственный метод сушки или тепловой сушки с помощью искусственного нагрева используется для сушки различных групп сырья (стебли, листья, корни, цветы и т.д.). Он обеспечивает быстрое обезвоживание и может быть использован при любых погодных условиях и во всех областях поставки растительного сырья. В зависимости от подводимой теплоты различают комбинированную проводящую, конвективную, термоизлучающую сушку. Рассмотрим некоторые из них и оценим эффек­тивность конкретных известных типов сушильного оборудования.

Терморадиационная сушка осуществляется с помощью инфракрасных лучей, обладающих большой проникающей способностью и позволяющих значительно сократить процесс обезвоживания.

Инфракрасная сушка эффективна, если толщина сушильного материала соизмерима с глубиной проникновения этих лучей в материал. Технология сушки с использованием длинноволнового инфракрасного излучения относится к экологически чистым методам сушки. Высушенный продукт может храниться в течение длительного времени без порчи, поскольку высокая плотность инфракрасного излучения активно уничтожает вредную микрофлору в продукте.

Основными преимуществами технологии инфракрасной сушки являются: а) высокое качество получаемого продукта; б) использование селективного ИК-излучателя позволяет сохранить содержание витаминов и других биологически активных и полезных веществ в сухих продуктах на уровне 80 ... 90% от их количества в сырье; в) при кратковременном замачивании продукт восстанавливает свои природные, физико-химические свойства (цвет, аромат, вкус); г) умение хранить. Использование ИК-сушки на производстве позволяет уменьшить (в не­сколько раз) массу и объём исходного сырья, а, следовательно, потребность в таре, складских помещениях, увеличить эффективность использования транспортных средств.

Расход электроэнергии меньше, чем при СВЧ методе и составляет 1,4­2-2,2 кВт-ч/кг испаренной влаги. По такому принципу сушки работает тер­мошкаф TШ-902 В. Однако, такой способ сушки требует усо­вершенствования для снижения расхода электрической энергии.[1,2]

Доказано, что это эффективно и необходимо использовать комбинацию комбинированного теплоснабжения. При ИК - нагреве материал сочетается с конвективным методом удаления из него влаги. При сушке инфракрасным излучением возможности передачи энергии материалу довольно велики, и скорость сушки зависит не только от скорости теплообмена, но и в значительной степени от скорости переноса влаги в продукте. Кроме того, максимальная температура продукта не меняет его молекулярную структуру. Поэтому необходимо провести исследования в этой области и определить рациональное сочетание подвода тепловой энергии ИК-излучения и конвективной теплоты к сушим

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Беззубцева М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки: учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ, 242 с.

Беззубцева М.М., Волков В.С. , Пиркин А.Г., Фокин С.А. Энергетика технологических процессов – учебное пособие, 2011. – СПб.: СПбГАУ, 265 с.

Беззубцева М.М., Волков В.С. Зубков В.В. Прикладная теория тепловых и массообменных процессов в системном анализе энергоемкости продукции: – учебное пособие, 2013. – СПб.: СПбГАУ, 131 с.

Беззубцева М.М., Карпов В.Н., Волков В.С. Энергетическая безопасность АПК – учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ, 242 с.

Беззубцева М.М., Волков В.С., Котов А.В. Энергоэффективные электротехнологии в агроинженерном сервисе и природопользовании - учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 260 с.

Беззубцева М.М., Ковалев М.Э. Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции – учебное пособие, 2012. – СПб.: СПбГАУ. – 242 с.

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.

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

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