Способ вытопки пасечного воска с отделением меда Российский патент 2023 года по МПК C11B11/00 

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для вытопки воска с отделением меда из пчелиного воскового сырья (забрус, обрезки) в пасечных условиях.

Известно, что в условиях пасеки применяют разные способы переработки воскового сырья: при помощи воскотопок и с использованием воскопресса разных конструкций. Принцип действия их основан на вытопке воска за счет пара и отделении мервы фильтрованием или прессованием [1]. Есть паровые воскотопки, сочетающие в себе сухой и влажный методы переработки сырья.

Все эти традиционные способы не позволяют отделить мед от воскового сырья (забруса), где содержится 5-7% меда. Поэтому предлагается в процессе вытопки пасечного воска в непрерывном режиме отделить мед от воска путем избирательного диэлектрического нагрева в двух объемных резонаторах сверхвысокочастотной установки с учетом температуры плавления меда (40-45 °С) и пчелиного воска (62-70 °С).

Для реализации процесса вытопки воска с отделением меда разработаны двухрезонаторные СВЧ-установки непрерывно-поточного действия разного конструкционного исполнения [2; 3], но нет режимов их функционирования.

Технологической задачей является разработка способа вытопки воскового сырья с отделением меда воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ, частота 2450 МГц, длина волны 12,24 см) с сохранением продуктовой ценности.

Возможности реализации способа вытопки пасечного воска с отделением меда поясняется схемами, графиками, регрессионными моделями где:

на фиг.1 приведено схематическое изображение сверхвысокочастотной установки с полусферическими резонаторами с указанием технологических параметров;

на фиг.2 приведен образец СВЧ-воскотопки непрерывно-поточного действия с полусферическими резонаторами (заявка на изобретения №2021127581).

на фиг.3 приведена динамика нагрева пчелиного воска с содержанием меда 7-10% в ЭМПСВЧ при варьировании удельной мощностью генератора 0,6 Вт/г, 0,75 Вт/г, 0,9 Вт/г;

на фиг.4 приведена динамика нагрева пчелиного воска содержанием меда менее 1-2% в ЭМПСВЧ при варьировании удельной мощностью генератора 1,7 Вт/г, 1,45 Вт/г, 1,15 Вт/г, 0,85 Вт/г.

на фиг.5 приведены поверхности откликов и в изолиниях исследуемых моделей: температуры (1), производительности (2), общего микробного числа (3), удельных энергетических затрат (4) в зависимости от воздействующих факторов: удельной мощности генератора, продолжительности термообработки, влажности сырья.

Технологический результат достигается тем, что способ вытопки пасечного воска с отделением меда осуществляют в сверхвысокочастотной установке путем передвижения сырья с помощью перфорированного диэлектрического шнека со скоростью 0,25-0,4 см/с через полусферические резонаторы,

причем скорость передвижения сырья согласована с удельной мощностью генератора 0,9 Вт/г в первом резонаторе и 1,15 Вт/г во втором резонаторе, где равномерность распределения электромагнитного поля достигается путем расположения магнетронов воздушного охлаждения со сдвигом по периметрам полусферических резонаторов, при этом продолжительность этой обработки составляет 3,25 мин,

а равномерность нагрева сырья обеспечивается согласованием глубины проникновения волны 4-5 см в сырье с шагом нагнетательного шнека 4 см в первом резонаторе и 2,5 см во втором резонаторе при частоте вращения шнека 6 об/мин,

причем использование запредельных волноводов диаметром 2-3 см и длиной 10 см обеспечивает соблюдение электромагнитной безопасности 10 мкВт/см² при непрерывном режиме работы установки производительностью до 40-45 кг/ч и энергетическими затратами 0,06-0,07 кВт⋅ч/кг.

С помощью созданной СВЧ-воскотопки (схематическое изображение на фиг.1, образец - на фиг.2) проведены исследования динамики нагрева сырья. Динамики нагрева пчелиного воска с содержанием меда 7-10% в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при варьировании удельной мощности генератора 0,6 Вт/г, 0,75 Вт/г, 0,9 Вт/г (фиг.3) описывается следующими эмпирическими выражениями:

где Т - температура воска, °С; τ - от продолжительности воздействия, с.

Динамика нагрева пчелиного воска с содержанием меда менее 2% в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при варьировании удельной мощности генератора 0,85 Вт/г; 1,15 Вт/г; 1,45 Вт/г; 1,7 Вт/г (фиг.4) описывается следующими эмпирическими выражениями:

Путем активного планирования трехфакторного эксперимента типа 2³ по плану Хартли получены поверхности откликов и в изолиниях исследуемых моделей (фиг.5): температуры (1), производительности (2), общего микробного числа (3), удельных энергетических затрат (4) в зависимости от воздействующих факторов: удельной мощности генератора (Р_уд, Вт/г), продолжительности термообработки (τ, с), влажности сырья (W, %).

Регрессионные модели, описывающие зависимость температуры нагрева, производительности воскотопки, общего микробного числа в воске, удельных энергетических затрат на процесс от воздействующих факторов: удельной мощности генератора, продолжительности термообработки, влажности сырья, следующие:

где Р_уд - удельную мощность СВЧ-генератора варьировали от 0,85 до 1,45 Вт/г изменением массы загрузки сырья (1,17-2 кг);

τ - продолжительность термообработки варьировали от 90 с до 150 с;

W - влажность воскового сырья варьировали от 5 до 7%.

Из анализа регрессионных моделей вытекает, что эффективным режимом работы СВЧ-воскотопки является: удельная мощность 1,15 Вт/г, продолжительность воздействия 3,25 мин, влажность сырья - 5-7%. При этом температура воска на выходе составит 75-80°С, производительность установки - 40-45 кг/ч, бактериальная обсемененность воска снизиться с 1,5⋅10⁶ КОЕ/г до 0,44⋅10⁶ КОЕ/г, удельные энергетические затраты на вытопку воска составляют 0,06-0,07 кВт⋅ч/кг.

Потребляемая мощность СВЧ-воскотопки 2,9-3,0 кВт. При этом для загрузки сырья и выгрузки и вытопленного сырья использовали запредельные волноводы диаметром 2-3 см и длиной 10 см, обеспечивающие соблюдение электромагнитной безопасности 10 мкВт/см².

Источник информации

1. Патент на изобретение RU 2528960 C1, 20.09.2014. Агрегат для вытопки воска / Некрашевич В. Ф., Нагаев Н. Б., Торженова Т. В., Липин В. Д. Заявка №2013112090/13 от 18.03.2013, опубл. 20.09.2014, Бюл. №26.

2. Патент №2737142 РФ, МПК С11 В11/00. СВЧ-установка для отделения меда от вытапливаемого воскового сырья в резонаторах непрерывного действия /Новикова Г.В., Михайлова О.В., Белова М.В., Шевелев А.В., Казаков А.В.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2020108477; заявл. 21.02.2020. Бюл. №33 от 25.11.2020.

3. Патент №2740095 №РФ, МПК С11 В11/00. СВЧ-установка с взаимосвязанными цилиндрическими резонаторами для термообработки воскового сырья в непрерывном режиме / Новикова Г.В., Михайлова О.В., Сторчевой В.Ф. Просвирякова М.В., Шевелев А.В.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2020108478; заявл. 28.02.2020. Бюл. №2 от 11.01.2021.

Предлагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ вытопки пасечного воска с отделением меда осуществляют в сверхвысокочастотной установке путем передвижения сырья с помощью перфорированного диэлектрического шнека со скоростью 0,25-0,4 см/с через полусферические резонаторы. Скорость передвижения согласована с удельной мощностью 0,9 Вт/г в первом резонаторе и 1,15 Вт/г во втором резонаторе. Равномерность распределения ЭМПСВЧ в резонаторе достигается путем расположения магнетронов воздушного охлаждения со сдвигом по периметрам каждого полусферического резонатора, при этом продолжительность этой обработки составляет 3,25 мин. Равномерность нагрева сырья обеспечивается согласованием глубины проникновения волны 4-5 см в сырье с шагом нагнетательного шнека 4 см в первом резонаторе и 2,5 см во втором резонаторе при частоте вращения шнека 6 об/мин. Использование запредельных волноводов диаметром 2-3 см и длиной 10 см обеспечивает соблюдение электромагнитной безопасности 10 мкВт/см², при непрерывном режиме работы установки производительностью до 40-45 кг/ч и энергетическими затратами 0,06-0,07 кВт⋅ч/кг. Изобретение позволяет разработать способ вытопки воскового сырья с отделением меда воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты с сохранением продуктовой ценности. 5 ил.

Способ вытопки пасечного воска с отделением меда, характеризующийся тем, что его осуществляют в сверхвысокочастотной установке путем передвижения сырья с помощью перфорированного диэлектрического шнека со скоростью 0,25-0,4 см/с через полусферические резонаторы,

причем скорость передвижения сырья согласована с удельной мощностью генератора 0,9 Вт/г в первом резонаторе и 1,15 Вт/г во втором резонаторе, где равномерность распределения электромагнитного поля достигается путем расположения магнетронов воздушного охлаждения со сдвигом по периметрам полусферических резонаторов,

а равномерность нагрева сырья обеспечивается согласованием глубины проникновения волны 4-5 см в сырье с шагом нагнетательного шнека 4 см в первом резонаторе и 2,5 см во втором резонаторе при частоте вращения шнека 6 об/мин,

причем использование запредельных волноводов диаметром 2-3 см и длиной 10 см обеспечивает соблюдение электромагнитной безопасности 10 мкВт/см², при непрерывном режиме работы установки производительностью до 40-45 кг/ч и энергетическими затратами 0,06-0,07 кВт⋅ч/кг.