Ресурсосберегающие принципы управления ИК-энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 633.88:663.55 И.А. Худоногов

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ИК-ЭНЕРГОПОДВОДОМ В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ В ОЗДОРОВИТЕЛЬНЫЙ ЧАЙ

Проанализированы ресурсосберегающие методы управления ИК-энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ. Указаны пути интенсификации технологических процессов в электротехнологии оздоровительного чая.

Ключевые слова: методы, ресурсосбережение, ИК-энергоподвод, лекарственной сырье, чай.

I.A. Hudonogov

POWER SAVING METHODS OF THE INFRARED-POWER SUPPLY MANAGEMENT IN THE PROCESSES OF TREATING THE MEDICINAL HERBS INTO HEALTH- IMPROVING TEA

The power saving methods of the infrared -power supply management in the processes of treating the medicinal herbs into health- improving tea with optimum structure of the actively operating substances are analyzed. Ways of the technological process intensification in the electrotechnologies of the health-improving tea are specified.

Key words: methods, power-saving, infrared -power supply, medicinal raw materials, tea

В рамках национального проекта «Здоровье» в части профилактики и лечения заболеваний, которые дают высокий процент смертности среди населения, была предложена долгосрочная программа по оздоровлению широких кругов населения путем применения комплексной социально-медицинской программы. По материалам этой программы Министерством здравоохранения и социального развития был обоснован новый научно-методический подход к моделированию параметров здоровья широких кругов населения. Он основан на принципе культивирования здорового образа жизни с привлечением средств управления качеством состояния здоровья. В качестве таких средств можно применять природные целебные средства - оздоровительные чаи разного спектра действия. В настоящее время в развитых странах Америки, Европы и Азии около 80% населения отдают предпочтение оздоровительным чаям. Тенденция эта наблюдается и в России.

Сложившаяся экономическая ситуация в стране, переход к рыночной экономике ведут к росту стоимости энергоресурсов и наблюдается постоянная тенденция к повышению тарифов на энергоресурсы. Эффективность электротехнических средств ИК-облучения в электротехнологии переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ обусловлена применением новых, научно обоснованных принципов и методов энергоподвода.

Рассмотрим и проанализируем различные варианты ИК-энергоподвода в технологии оздоровительного чая. Этот метод применяется для выполнения таких термических процессов в технологии оздоровительного чая, как завяливание, ферментация, сушка и карамелизация углеводов.

Технологический процесс переработки лекарственных растений с позиций ИК-энергоподвода можно организовать по следующим принципам: постоянный ИК-энергоподвод (рис. 1); прерывный ИК-энергоподвод (рис. 2).

Время процесса т, мин

Рис. 1

Рис. 2

При постоянном энергоподводе (см. рис. 1) ИК-облучатель остается включенным в течение всего процесса. При прерывном энергоподводе происходит чередование периодов включения и отключения ИК-облучателя. С позиций ресурсосбережения наибольший интерес для исследования представляет прерывный ИК-энергоподвод. График работы ИК-облучателя в прерывном режиме приведен на рисунке 2. Поясним, как должен работать аппарат управления облучателем. При помощи специального устройства, работающего как ключ, периодически присоединяют к источнику питания облучатель и затем отключают его. Замыкание и размыкание ключа происходит с периодом повторения Тц. В течение промежутка времени тр ключ замкнут, а в течение промежутка времени тп ключ разомкнут. Среднее значение мощности облучателя зависит от соотношения величин тр и Тц. Отношение тр к Тц назовем коэффициентом относительной продолжительности включения облучателя и обозначим этот параметр индексом в. Коэффициент относительной продолжительности включения облучателя можно определить по следующему выражению:

т т

Р Р

в-- -

Т тр +тп

Следовательно, изменяя значения тр и Тц , можно регулировать среднее значение мощности облучателя и управлять процессом переработки лекарственных растений в зависимости от функциональных требований и закономерностей тепломассопереноса. Кривая нагрева материала будет иметь пилообразный вид, отражаю-

щий процесс при прерывном нагреве. Через определенное время температурный режим при прерывном энергоподводе практически установится, и общий подъем кривой нагрева материала прекратится.

Расход электрической энергии на процесс определится положением крайней правой точки кривой энергопотребления с учетом масштаба шкалы расхода электроэнергии.

Включение и отключение ИК-облучателя при прерывном энергоподводе можно осуществлять двумя принципиально различными методами управления:

1) широтно-прерывным методом управления энергоподводом (рис. 3);

2) частотно-прерывным методом управления энергоподводом (рис. 4).

Сущность широтно-прерывного метода управления энергоподводом в процессах переработки лекарственных растений состоит в том, что сохраняется неизменным период цикла Тц, в течение которого происходит включение и отключение ИК-облучателя, изменяется интервал тр, в течение которого происходит включение его. Оставляя постоянным интервал тр и изменяя период цикла Тц, получим частотно-прерывный метод управления энергоподводом. Следовательно, изменяя значение тр и Тц (или то и другое одновременно), можно изменять среднее значение энергоподвода в процессах переработки лекарственных растений.

Наиболее подробно исследован широтно-прерывный метод управления энергоподводом. Были исследованы три варианта широтно-прерывного метода управления ИК-энергоподводом:

1) с постоянным уровнем энергоподвода в каждом последующем цикле;

2) с повышением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле (рис. 5);

3) с понижением уровня энергоподводом в каждом последующем цикле (рис. 6).

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

о

&

л

я

л

&

&

0

в

О

&

л

я

л

&

£

Рис. 4

Для ускорения процесса удаления влаги из внутренних слоев материалов растительного происхождения А.В. Лыковым рекомендуется управлять режимами энергоподвода [1]. Выполнить эту рекомендацию можно при организации процесса переработки растений с понижением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле, то есть так, как это показано на рисунке 6. Чередование периодов интенсивного нагрева материала с интенсивной вентиляцией позволяет использовать эффект внутреннего термовлагопереноса и завершить процесс с минимальными затратами энергии и на сравнительно низком температурном режиме. А это, в свою очередь, позволит не только значительно сократить расход энергии на процесс, но и в значительной степени обеспечить более высокое качество готового продукта.

Рис. 5

CD

с;

CD

S

CL

<D

<D

&o-

(D

CL

£■

0 - -

CD

*

<

<D

c;

О

ct

о

X

о

CD

CL

Рис. 6

Принципиально другая картина будет при организации процесса переработки растений с повышением уровня энергоподвода в каждом последующем цикле, то есть так, как это показано на рисунке 5. Увеличение температуры к концу процесса приведет не только к повышенным затратам энергии, но и к необратимым процессам в составе активно действующих веществ. На основании экспериментальных исследований были установлены закономерности управления широтно-прерывным и частотно-прерывным методами энергоподвода в процессах переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ. На основании теоретических исследований были выбраны закономерности регулирования широтно-прерывным методом управления энергоподводом от ИК-облучателя с понижением его в каждом последующем цикле. Описание этих закономерностей совпадает с разложением степенной функции в ряд Маклорена. Закон регулирования можно представить в виде ряда Маклорена с показателем степени, учитывающим степень увлажнения материала и постоянную времени нагрева его.

На основании экспериментальных исследований было установлено, что при переходе с режима непрерывного энергоподвода в электротехнологии оздоровительного чая на режим прерывного энергоподвода экономия электроэнергии в процессе завяливания лекарственных растений составила 2,0...2,5 раза, в процессе ферментации - 1,5.2,0 раза, в процессе сушки - 1,2.2,5 раза.

Дальнейшие исследования по выбору более эффективных режимов переработки лекарственных растений в оздоровительный чай с оптимальным составом активно действующих веществ необходимо вести в плане разработки и внедрения интеллектуальных технических средств управления технологическими процессами энергоподвода на уровне Планка постоянной. Можно также полагать, что использование электро-осмотической сушки (импульсной) для ускорения процессов переработки во время отключения ИК-облучателя позволит добиться еще более высоких показателей по ресурсосбережению.

Литература

1. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М.: Энергия, 1968. - 471 с.

2. Патент 2168903 Российская Федерация, 7А 23 F 3/34. Способ производства целебного чая из лекарственных растений / Худоногов И.А., Худоногов А.М., Худоногова Е.Г., Алтухов И.В.; заявитель Иркутская ГСХА. - № 99110810/13; заявл. 21.05.99; опубл. 21.05.2001. Бюл. №7.