Теоретико-экспериментальное обоснование объемного инфракрасного облучения при термообработке лекарственных растений

Аннотация

Представлено теоретико-экспериментальное обоснование методов объемного инфракрасного (ИК) облучения в процессах термообработки лекарственных растений. Исследование основано на термодинамических принципах повышения энергетической эффективности оптических электротехнологий, сформулированных в работах проф. В.Н. Карпова. В рамках теории необратимых процессов показано, что величина полезного энергетического потока определяется совокупностью термодинамических сил, кинетических коэффициентов и условий взаимодействия излучения с обрабатываемой средой. Установлено, что ключевым фактором интенсификации терморадиационных процессов является повышение равномерности распределения лучистой энергии в объеме материала, а не увеличение градиентов температур. Это обеспечивает рост «напора потенциала» без увеличения сопротивления переносу и генерации энтропии, что существенно повышает энергетическую эффективность процессов. Рассмотрены возможности повышения эффективности за счет управления кинетическими коэффициентами, использования сопряженных термодинамических эффектов (свободная конвекция, термодиффузия), а также увеличения поверхности взаимодействия. Предложен гидромеханический принцип согласованного перемещения облучаемой среды относительно градиента поглощаемого излучения, обеспечивающий равномерное объемное облучение. На основе данного принципа разработана многоярусная технологическая схема, реализующая послойную обработку материала и эффективное использование лучистой энергии без потерь. Экспериментальные исследования процесса сушки лекарственных растений, включая листья иван-чая, подтвердили, что увеличение числа слоев способствует интенсификации влагоудаления и снижению удельных энергозатрат. Показано, что рациональное сочетание предварительного конвективного нагрева и последующего ИК-облуче-ния позволяет учитывать формы связи влаги и предотвращать разрушение биологически активных веществ. Экономия энергии при применении разработанных методов возрастает с увеличением начальной влажности сырья, что подтверждает их высокую эффективность и перспективность промышленного применения.