СВЧ установка для шелушения семян рапса Российский патент 2023 года по МПК B02B3/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к зерноперерабатывающему оборудованию, предназначенному для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты.

Подготовка семян рапса к отжиму масла методом отделения семенной оболочки от масличного ядра, позволяющим повысить качество рапсового масла и жмыха, является актуальной задачей.

Из-за особых физических свойств: хрупкости, низкой влажности (4-6%), мелких семян (1 мм) применение существующих шелушителей зерновых культур затруднительно [1]. В настоящее время шелушение семян рапса на предприятиях проводят в вальцовых мельницах, где происходит измельчение масляных ядер в большом количестве и отделение всего 50% лузги. Для снижения хрупкости ядра и выхода дробленых фракций, семена рапса подвергают гидротермической обработке.

К процессу шелушения семян рапса предъявляют два основных требования: качественное отделение лузги от ядра; сохранность целостности ядра. Основные фракции - это шелушенное ядро, оболочка (лузга) и мучка (мелкие частицы ядра и лузги).

Для шелушения масличных культур, у которых ядро плотно прилегает к оболочке, применяют шелушитель марки JHP [2]. При этом энергетические затраты достаточно высокие (20-25 кВт ч/т), оборудование дорогое для агропредприятий и не позволяет качественно шелушить хрупкие семена рапса.

Известна установка для шелушения рапса в ЭМПСВЧ (патент №2710063) [3]. Она содержит цилиндрический корпус, загрузочную емкость с распылителем; цилиндрический резонатор с магнетронами и соосно установленными вращающимися дисками из мелкозернистого абразивного материала.

Недостатком является сложность согласования производительность между модулями. Шелушенные семена рапса и лузги удаленные через патрубок подлежат сепарации.

Известна шелушильная установка (патент № 2769134) с поярусно расположенными модулями [4]. Первый модуль представлен в виде загрузочного бункера над цилиндрическим корпусом с мелкоячеистым ситовым основанием и распылительными форсунками. Второй модуль состоит из резонатора с фторопластовым шнеком, винтовая поверхность которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом. Третий модуль выполнен в виде цилиндра с соосно расположенными лопастями, покрытыми мелкозернистым абразивным материалом. Недостаток: модули между собой соединены патрубками, что снижает производительность и увеличивает металлоемкость и габаритные размеры.

Известна технология, предусматривающая мягкую тепловую обработку с увлажнением рапсовых семян в пропарочно-увлажнительном шнековом транспортере. Установка содержит электрический нагреватель и форсунки для подачи воды. Семена рапса во время передвижения шнеком нагреваются до 90°С и увлажняются до 9-10% [5].

Недостаток: конвективный способ подвода тепла к семенам рапса не позволяет эффективно отделить оболочку от ядра, так оба градиента - температуры и влажности направлены от поверхности семян к центру ядра.

Существующие технологии и технические средства имеют существенные недостатки, поэтому нами предлагается инновационная идея - совмещения двух способов шелушения зерновых культур (гидромеханическое разрушение и истирание оболочек) с воздействием ЭМПСВЧ в одной установке.

Нами предлагается увлажненные семена рапса перемещать через резонатор, где возбуждено ЭМПСВЧ, с помощью шнека, поверхность витков которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом, позволяющим реализовать способ шелушения истиранием. При диэлектрическом нагреве увлажненная до 5-7% оболочка семян рапса отделяется от ядра, так как градиенты температуры и давления направлены с центра ядра к периферии. При этом происходит сохранение целостности ядра, а оболочка отделяется и истирается с помощью абразивного материала на поверхности витков шнека.

Технической задачей является разработка установки для отделения оболочки увлажненных семян рапса за счет истирания об абразивные транспортирующие поверхности и многократного механического удара в щадящем режиме о диэлектрический сеточный усеченный конус в процессе воздействия ЭМПСВЧ с последующим удалением лузги.

Научную новизну представляет конструкционное исполнение СВЧ установки, позволяющей за счет тепломеханического воздействия на увлажненные семена рапса, отделить оболочку от ядра с сохранением целостности в процессе передвижения через резонатор.

Техническим результатом изобретения является отделение оболочки семян рапса от ядра с сохранением целостности при низких эксплуатационных затратах.

С целью решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата установка для шелушения семян рапса в процессе воздействия на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты содержит вертикально расположенный неферромагнитный резонатор, в виде перевернутого усеченного конуса, с соосно расположенным сеточным диэлектрическим усеченным конусом, внутри которого соосно установлен диэлектрический шнек, витки которого покрыты мелкозернистым абразивным материалом,

при этом на поверхности резонатора установлены магнетроны воздушного охлаждения,

а к концам диэлектрического вала шнека прикреплены неферромагнитные замедляющие спирали, расположенные по центру в верхнем и нижнем неферромагнитных патрубках,

причем в верхнем неферромагнитном патрубке, установленном над большим основанием резонатора, соосно боковой поверхности уложен перфорированный шланг,

при этом к верхнему неферромагнитному патрубку прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость с заслонкой, а нижний неферромагнитный патрубок, расположенный соосно в неферромагнитном патрубке, прикрепленном к усеченной части резонатора, пристыкован к усеченной части сеточного диэлектрического конуса.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:

- общий вид СВЧ установки для шелушения семян рапса (пространственное изображение) (фиг. 1);

- общий вид СВЧ установка для шелушения семян рапса в разрезе с позициями (пространственное изображение) (фиг. 2);

- пространственное изображение шнека 7, поверхность витков которого покрыта мелкозернистым абразивным материалом (фиг. 3);

- пространственное изображение мелкоячеистого диэлектрического усеченного конуса 10 (фиг. 4);

- пространственное изображение перфорированного шланга 3 (фиг. 5);

- пространственное изображение неферромагнитного патрубка 2 для увлажнения семян (фиг. 6);

- пространственное изображение патрубка для выгрузки лузги 12 (фиг. 7);

- пространственное изображение замедляющей спирали 4 (фиг. 8);

- пространственное изображение замедляющей спирали 14 (фиг. 9);

- пространственное изображение загрузочной емкости 1 (фиг. 10).

СВЧ установка для шелушения семян рапса содержит (фиг. 1-10):

- загрузочную емкость 1 с задвижкой;

- неферромагнитный патрубок 2 для увлажнения семян;

- перфорированный шланг 3 для распыления воды;

- неферромагнитная замедляющая спираль 4;

- электропривод 5 с диэлектрическим валом 6;

- диэлектрический шнек 7;

- мелкозернистый абразивный материал 8;

- неферромагнитный резонатор 9 в виде усеченного конуса;

- диэлектрический сеточный усеченный конус 10;

- магнетроны воздушного охлаждения 11;

- неферромагнитный патрубок 12 для выгрузки лузги и мучки;

- неферромагнитный патрубок 13 для выгрузки шелушенных семян (ядра);

- неферромагнитная замедляющая спираль 14.

СВЧ установка для шелушения семян рапса (фиг. 1-10) (установка для шелушения семян рапса в процессе воздействия на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты) содержит в вертикальной плоскости неферромагнитный резонатор в виде перевернутого усеченного конуса с соосно расположенным сеточным диэлектрическим усеченным конусом 10, внутри которого соосно установлен диэлектрический шнек 7, витки которого покрыты мелкозернистым абразивным материалом 8. На поверхности резонатора установлены магнетроны воздушного охлаждения.

К концам диэлектрического вала 6 шнека 7 прикреплены неферромагнитные е замедляющие спирали 4, 14, расположенные по центру в верхнем 2 и нижнем 13 неферромагнитных патрубках. Диэлектрический шнек и замедляющие неферромагнитные спирали вращается от электропривода 5, расположенного за пределами резонатора. В верхнем неферромагнитном патрубке 2, установленном над большим основанием резонатора 9, соосно боковой поверхности уложен перфорированный шланг 3. К верхнему неферромагнитному патрубку 2 прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с заслонкой, а нижний неферромагнитный патрубок 13, расположенный соосно в неферромагнитном патрубке 12, прикрепленном к усеченной части резонатора 9, пристыкован к усеченной части сеточного диэлектрического конуса 10.

Технологический процесс шелушения семян рапса происходит следующим образом. Засыпать семена рапса в загрузочную емкость 1, закрыв предварительно ее заслонку и заслонку на выгрузном патрубке 13. Включить электропривод 5, диэлектрического шнека 6, 7, после чего витки шнека и замедляющие неферромагнитные спирали 4, 14 приводятся в движение. Включить кран для подачи воды определенным напором и объемом в перфорированный шланг 3. Открыть заслонку на загрузочной емкости 1, позволяющую регулировать поток. Как только увлажненные равномерно семена рапса до определенной влажности (6-7%) с помощью замедляющей спирали 4 начинают попадать в неферромагнитный резонатор 9, включить магнетроны 11.

Тогда в резонаторе 9 возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты, увлажненные семена подвергаются диэлектрическому нагреву, оболочка семян рапса отделяется от ядра, так как градиенты давления и температуры направлены от центра к периферии, а влажность оболочки выше, чем влажность ядра. Такое противоположное направление градиентов влажности в компонентах семян рапса способствует отделению оболочки от ядра, которое становится менее хрупкой. Целостность ядра сохраняется. Оболочка семян истирается мелкозернистым абразивным материалом на поверхности витков шнека, при передвижении и перемешивании. Скорость вращения диэлектрического шнека согласована с продолжительностью воздействия ЭМПСВЧ и мощностью генераторов. Отделенная оболочка в виде лузги и мучки (лузга и мелкие частицы ядра) проходит через диэлектрический сеточный усеченный конус 10 и высыпается через неферромагнитный патрубок 12. Ядра рапса выгружаются через неферромагнитный патрубок 13 при помощи вращающейся неферромагнитной спирали 14.

Установка обеспечивает электромагнитную безопасность без экранирующего корпуса за счет замедляющих неферромагнитных спиралей 4, 14, одновременно выполняющих функции перемешивания и перемещения.

Итак, разработанное конструкционное исполнение СВЧ установки непрерывно-поточного действия позволяет отделить оболочки от ядра семян рапса за счет избирательного диэлектрического нагрева и истирания оболочки мелкозернистым абразивным материалом в процессе перемещения с помощью диэлектрического винтового шнека.

В усеченном коническом резонаторе обеспечивается высокая напряженность электрического поля (1,8-2 кВ/см), достаточная для обеззараживания семян рапса. Неферромагнитные спирали в патрубках, диаметры которых не превышают половины длины волн (12,24 см) обеспечивают радиогерметичность, если резонатор усечен на уровне критического сечения.

В проектируемом варианте из шелушенных и обеззараженных семян рапса можно получить до 50% масла, пригодной к применению пищевой промышленности.

Источники информации

1. Бутковский В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства / В.А. Бутковский, Е.М. Мельников. - М.: Агропромиздат, 1989. - С. 67-72.

2. JHI Ударные шелушители - JK Machinery s.r.o. [электронный ресурс]. - Режим доступа: [jk-machinery.ru›mashiny/jhi-udarnye-shelushiteli/], (дата обращения 16.03.2021).

3. Патент №2710063 РФ, МПК ВО2 В3/00. Установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / Шамин Е.А., Михайлова О.В., Белова М.В., Анисимова М.А., Коробков А.Н.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2019109760; заявл. 15.03.2019. Бюл. №36 от 24.12.19.

4. Патент №2769134 РФ, МПК ВО2 В3/00. Установка для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ / Новикова Г.В., Просвирякова М.В., Булатов В.А., Михайлова О.В. / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2021126132 от 06.09.2021. Бюл. №10 от 28.03.2022.

5. Современные технологии переработки рапса [электронный ресурс]. - Режим доступа: [biagroferm.ru›raps/sovremennyie-tehnologii-…], (дата обращения 10.10.2022).

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложена установка для шелушения семян рапса в процессе воздействия на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты, который содержит вертикально расположенный неферромагнитный резонатор в виде перевернутого усеченного конуса, с соосно расположенным сеточным диэлектрическим усеченным конусом, внутри которого соосно установлен диэлектрический шнек, витки которого покрыты мелкозернистым абразивным материалом. На поверхности резонатора установлены магнетроны воздушного охлаждения. К концам диэлектрического вала шнека прикреплены неферромагнитные замедляющие спирали, расположенные по центру в верхнем и нижнем неферромагнитных патрубках. Изобретение обеспечивает высокую эффективность в процессе шелушения семян рапса. 10 ил.

Установка для шелушения семян рапса в процессе воздействия на них электромагнитного поля сверхвысокой частоты содержит вертикально расположенный неферромагнитный резонатор, в виде перевернутого усеченного конуса, с соосно расположенным сеточным диэлектрическим усеченным конусом, внутри которого соосно установлен диэлектрический шнек, витки которого покрыты мелкозернистым абразивным материалом,

при этом на поверхности резонатора установлены магнетроны воздушного охлаждения,

а к концам диэлектрического вала шнека прикреплены неферромагнитные замедляющие спирали, расположенные по центру в верхнем и нижнем неферромагнитных патрубках,

причем в верхнем неферромагнитном патрубке, установленном над большим основанием резонатора, соосно боковой поверхности уложен перфорированный шланг,

при этом к верхнему неферромагнитному патрубку прикреплена неферромагнитная загрузочная емкость с заслонкой, а нижний неферромагнитный патрубок, расположенный соосно в неферромагнитном патрубке, прикрепленном к усеченной части резонатора, пристыкован к усеченной части сеточного диэлектрического конуса.