СВЧ-установка со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме Российский патент 2024 года по МПК C11B1/12 C11B13/00 H05B6/64 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в фермерских хозяйствах для вытопки жира из измельченного жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме.

На мясоперерабатывающих предприятиях накапливается до 25 % вторичного сырья от общей массы туш забиваемых животных [1, 2, 3]. К такому сырью относятся мясо и субпродукты, непригодные в пищу и отбракованные при ветеринарно-санитарной экспертизе на предприятиях мясной промышленности при послеубойном осмотре туш скота и тушек птицы. Из этого сырья производят белковый корм с использованием паровых котлов. Для этого имеются установки периодического действия − это котлы и автоклавы, и непрерывного действия, содержащие для перемещения сырья в рабочей камере шнеки, барабаны, роторы, вибраторы, а также измельчители. Тем не менее, общая продолжительность процесса термообработки с помощью этих установок составляет 4-4,5 часа. При этом расход пара на варку от 125 до 300 кг/ч, горячей воды от 0,6 до 0,7 м³/ч [1 стр. 322-323]. Расход на переработку 1 тонны сырья: пара 600-800 кг, воды 11-22 м³. Для стерилизации сырья в герметизированном котле создают кратковременно высокое давление 0,1-0,15 МПа, а давление пара в рубашке котла равно 0,3-0,4 МПа. Анализ технических характеристик этих установок показывает, что они работают при достаточно высоких эксплуатационных затратах. При такой продолжительности процесса ухудшается качество вытопленного жира и кормовая ценность шквары. А при долгом хранении вторичного сырья и конфискатов при комнатной температуре растет бактериальная обсемененность, появляется опасность загрязнения среды. Поэтому следует искать инновационные пути интенсификации процесса термообработки

сырья в условиях фермерских хозяйств с сохранением кормовой ценности, например, с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ).

Задачей является сохранение кормовой ценности шквары и вытопка жира при переработке мясных отходов в условиях фермерских хозяйств.

Существует множество СВЧ-установок, предназначенных для термообработки мясного сырья в нестандартных конструкциях резонаторов. Но проблема обеспечения равномерного распределения в них электромагнитного поля сверхвысокой частоты, равномерного диэлектрического нагрева многокомпонентного мясного сырья при высокой собственной добротности резонатора и высокой напряженности электрического поля без дополнительных механизмов, удорожающих конструкцию, остается нерешенной.

Аналогом является СВЧ-установка [2], в биконическом резонаторе с соосно расположенными пакетами фторопластовых тарелок, обеспечивает высокую напряженность электрического поля. Внутренний пакет терочных электроприводных тарелок со спиральным диэлектрическим шнеком в нижней конической обечайке осуществляет измельчение сырья в непрерывном режиме. Верхняя перфорированная обечайка соосно расположена в экранирующем усеченном конусе, а по периметру нижнего основания установлен желоб. Недостатком данной конструкции является неравномерность распределения электромагнитного поля сверхвысокой частоты в объеме биконического резонатора, вследствие чего усложняется дополнительными узлами.

Научная проблема – низкая энергоэффективность технических средств для термообработки мясных отходов решается за счет вытопки жира из измельченного жиросодержащего мясного сырья в сферическом резонаторе с сверхвысокочастотным энергоподводом.

Целью научных исследований является разработка технологии и техники для термообработки мясных отходов с сверхвысокочастотным энергоподводом при сниженных эксплуатационных затратах с сохранением их кормовой ценности.

Техническая задача – разработать конструктивное исполнение радиогерметичной установки с сверхвысокочастотным энергоподводом в сферический резонатор, содержащий электроприводные узлы, обеспечивающие равномерность термообработки сырья в непрерывном режиме.

Для достижения заявленного технического результата СВЧ-установка со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1−12) содержит

неферромагнитный сферический резонатор, на верхней его половине соосно установлены верхние поярусно расположенные фторопластовые перфорированные электроприводные усеченные конусы без оснований малого диаметра, и с соприкосновением периметров верхних перфорированных оснований с поверхностью неферромагнитного сферического резонатора,

причем на нижней половине неферромагнитного сферического резонатора соосно с соприкосновением к поверхности резонатора, установлены нижние фторопластовые обечайки усеченных конусов, состыкованные по периметру большого диаметра, где на уровне их стыковки расположен фторопластовый перфорированный электроприводной диск с радиальными направляющими,

при этом в центре неферромагнитного сферического резонатора установлена фторопластовая цилиндрическая муфта, диаметром, равным диаметру усеченной части последнего фторопластового перфорированного электроприводного усеченного конуса, жестко состыкованная с периметром малого диаметра фторопластовой обечайки усеченного конуса,

причем на муфту стационарно установлена керамическая обечайка усеченного конического отражателя, так, что периметр большого диаметра соприкасается с поверхностью неферромагнитного сферического резонатора, причем на этом уровне соприкосновения, с наружной стороны неферромагнитного сферического резонатора, жестко установлен неферромагнитный кольцевой желоб,

а неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой установлена над верхним фторопластовым перфорированным электроприводным усеченным конусом, имеющим центральное отверстие на основании большого диаметра, причем на уровне фторопластового перфорированного электроприводного диска, к поверхности неферромагнитного сферического резонатора прикреплен запредельный волновод с шаровым краном,

а под усеченным основанием нижней фторопластовой обечайки усеченного конуса, где на поверхности неферромагнитного сферического резонатора имеется отверстие, установлена неферромагнитная накопительная емкость,

при этом по вертикальной оси неферромагнитного сферического резонатора размещен фторопластовый вал электропривода верхних фторопластовых поярусно расположенных перфорированных усеченных конусов и фторопластового перфорированного диска, а магнетроны с волноводами и вентиляторами расположены со сдвигом на 120 градусов по перпендикулярно расположенным периметрам неферромагнитного сферического резонатора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1);

пространственные изображения:

- СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме, общий вид (фиг. 2);

- СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме, общий вид в разрезе (фиг. 3);

- СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме, общий вид, поперечный разрез (фиг. 4);

- СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме, общий вид в разрезе, с позициями (фиг. 5);

- верхнего фторопластового перфорированного усеченного конуса без основания малого диаметра, верхних поярусно расположенных фторопластовых перфорированных электроприводных усеченных конусов (фиг. 6);

- промежуточного фторопластового перфорированного усеченного конуса без основания малого диаметра, верхних поярусно расположенных фторопластовых перфорированных электроприводных усеченных конусов (фиг. 7);

- нижнего фторопластового перфорированного усеченного конуса без основания малого диаметра, верхних поярусно расположенных фторопластовых перфорированных электроприводных усеченных конусов (фиг. 8);

- фторопластовой цилиндрической муфты (фиг. 9);

- керамической обечайки усеченного конического отражателя (фиг. 10);

- нижней фторопластовой усеченной конической обечайки с периметром малого диаметра вверх (фиг. 11);

- нижней фторопластовой усеченной конической обечайки с периметром малого диаметра вниз (фиг. 12);

- фторопластовый перфорированный электроприводной диск с радиальными направляющими (фиг. 13);

СВЧ-установки со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме (фиг. 1−13) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1 с неферромагнитной задвижкой;

- неферромагнитный сферический резонатор 2;

- верхние поярусно расположенные фторопластовые перфорированные усеченные конусы без оснований малого диаметра 3;

- фторопластовую цилиндрическую муфту 4;

- керамический усеченный конический отражатель 5;

- неферромагнитный кольцевой желоб 6;

- запредельный волновод 7 с шаровым краном;

- нижние фторопластовые обечайки усеченных конусов 8, 9, состыкованные по периметру большого диаметра;

- фторопластовый перфорированный электроприводной диск 10 с радиальными направляющими;

- фторопластовый вал 11 электропривода верхних фторопластовых усеченных конусов 3 без оснований малого диаметра и фторопластового перфорированного диска 10 с радиальными направляющими;

- неферромагнитную накопительную емкость 12;

- магнетроны воздушного охлаждения 13 с волноводами и вентиляторами.

Сверхвысокочастотная (СВЧ) установка со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме содержит неферромагнитный сферический резонатор 2 (фиг. 1-13). На верхней половине резонатора соосно установлены поярусно расположенные фторопластовые перфорированные электроприводные перевернутые усеченные конусы 3 без оснований малого диаметра. На нижней половине сферического резонатора 2 соосно с соприкосновением к его поверхности, установлены нижние фторопластовые обечайки усеченных конусов 8, 9, состыкованные по периметру большого диаметра, где на уровне их стыковки расположен фторопластовый перфорированный электроприводной диск 10 с радиальными направляющими. К периметру малого диаметра фторопластовой обечайки усеченного конуса 8 жестко закреплена фторопластовая цилиндрическая муфта 4, где стационарно установлена керамическая обечайка усеченного конического отражателя 5, так, что периметр большого диаметра соприкасается с поверхностью сферического резонатора. На этом уровне соприкосновения, с наружной стороны резонатора, жестко установлен неферромагнитный кольцевой желоб 6, который закрывает щель по периметру сферического резонатора, размером менее четверти длины волны. Неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой установлена над первым фторопластовым перфорированным электроприводным усеченным конусом 3, имеющим центральное отверстие в основании большого диаметра. На уровне фторопластового перфорированного электроприводного диска 10, к поверхности неферромагнитного сферического резонатора 2 прикреплен запредельный волновод 7 с шаровым краном. А под усеченным основанием нижней фторопластовой обечайки усеченного конуса 9, где на поверхности неферромагнитного сферического резонатора 2 имеется отверстие, установлена неферромагнитная накопительная емкость 12. По вертикальной оси неферромагнитного сферического резонатора 2 размещен фторопластовый вал 11 электропривода верхних фторопластовых перфорированных усеченных конусов 3 и фторопластового перфорированного диска 10. Магнетроны 13 с волноводами и вентиляторами расположены со сдвигом на 120 градусов по перпендикулярно расположенным периметрам неферромагнитного сферического резонатора.

Технологический процесс происходит следующим образом. Загрузить предварительно измельченное жиросодержащее мясное сырье в емкость 1 при закрытой задвижке. Включить электропривод 11 фторопластового перфорированного диска и поярусно расположенных фторопластовых перфорированных усеченных конусов 3. Открыть задвижку и при попадании измельченного сырья в усеченные конусы 3 включить все СВЧ-генераторы (магнетроны 13). После чего в сферическом резонаторе возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны 5-11см). Измельченное сырье во вращающихся фторопластовых перфорированных усеченных конусах перемешивается, а за счет токов поляризации нагревается [3]. За счет центробежной силы сырье ударяется об обечайки конусов, и расплавленный жир просачивается через их перфорированные обечайки. Далее по поверхности керамического усеченного конического отражателя 5 стекает через щель по периметру резонатора в неферромагнитный кольцевой желоб 6, оттуда в специальную емкость для жира. Не вытопленное сырье через фторопластовую муфту 4 попадает на фторопластовый перфорированный электроприводной диск 10 с радиальными направляющими. При вращении диска 10 сырье продолжает нагреваться, вытопленный жир через перфорацию вытекает и попадает в накопительную емкость 12. Шквара радиальными направляющими электроприводного диска 10 сбрасывается через запредельный волновод 7 с шаровым краном в специальную емкость для шквары. Электромагнитная безопасность обеспечивается, во-первых, неферромагнитной задвижкой в загрузочной емкости 1, позволяющей открывать не более четверти длины волны; во-вторых – запредельным волноводом 7 и неферромагнитным желобом 6.

Выводы. Сферический резонатор с кольцевым желобом обладает высокой собственной добротностью (9800-10000), термический коэффициент полезного действия достигает до 0,75-0,78. Равномерность нагрева многокомпонентного измельченного вторичного сырья обеспечивается за счет нахождения во взвешенном состоянии во фторопластовых электроприводных поярусно расположенных усеченных конусах и равномерного распределения электромагнитного поля в сферическом резонаторе. Обеззараживание вытопленного жира и шквары до допустимого уровня достигается путем концентрации энергии от шести магнетронов керамическими отражателями до высокой напряженности электрического поля 1,5-2 кВ/см. Производительность установки 70-100 кг/ч, энергетические затраты 0,14 кВт·ч/кг; температура нагрева сырья 110-120 °С.

Источники информации

1. Ивашов В. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. − М.: Колос, 2001. – 552 с.

2. Патент № 2803127 РФ, МПК А47j29/06. СВЧ-установка с биконическим резонатором и пакетами тарелок для термообработки мясокостных конфискатов / Воронов Е. В., Тихонов А. А., Михайлова О. В., Просвирякова М. В., Сергеев Ю. А., Сторчевой В. Ф. /заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). – № 2023115058; заявл. 08.06.2023. Бюл. № 25 от 06.09.2023.

3. Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. – М.: РИОР; ИНФРА-М, 2014. − 375 с.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме. СВЧ-установка содержит неферромагнитный сферический резонатор 2. В верхней части соосно установлены поярусно расположенные фторопластовые перфорированные электроприводные усеченные конусы 3 с соприкосновением периметров верхних перфорированных оснований с поверхностью резонатора 2. На нижней половине резонатора 2 соосно с соприкосновением к поверхности резонатора установлены нижние фторопластовые обечайки усеченных конусов 8, 9, состыкованные по периметру большого диаметра, где на уровне их стыковки расположен фторопластовый перфорированный электроприводной диск 10 с радиальными направляющими. В центре резонатора установлена фторопластовая цилиндрическая муфта, жестко состыкованная с периметром малого диаметра обечайки 8. На муфту установлена керамическая обечайка усеченного конического отражателя 5 так, что периметр большого диаметра соприкасается с поверхностью резонатора 2. На уровне соприкосновения с наружной стороны резонатора 2 жестко установлен неферромагнитный кольцевой желоб 6. Неферромагнитная загрузочная емкость 1 с неферромагнитной задвижкой установлена над первым усеченным конусом 3. На уровне диска 10 к поверхности резонатора 2 прикреплен запредельный волновод 7 с шаровым краном. Под усеченным основанием нижней обечайки 9, где на поверхности резонатора 2 имеется отверстие, установлена неферромагнитная накопительная емкость 12. По вертикальной оси резонатора 2 размещен фторопластовый вал 11 электропривода усеченных конусов 3 и диска 10. Магнетроны 13 с волноводами и вентиляторами расположены со сдвигом на 120 градусов по перпендикулярно расположенным периметрам неферромагнитного сферического резонатора. Технический результат – устранение неравномерности электромагнитного поля. 13 ил.

СВЧ-установка со сферическим резонатором для вытопки жира из измельченных жиросодержащих мясных отходов в непрерывном режиме содержит

неферромагнитный сферический резонатор, на верхней половине которого соосно установлены верхние поярусно расположенные фторопластовые перфорированные электроприводные усеченные конусы без оснований малого диаметра и с соприкосновением периметров верхних перфорированных оснований с поверхностью неферромагнитного сферического резонатора,

причем на нижней половине неферромагнитного сферического резонатора соосно с соприкосновением к поверхности резонатора установлены нижние фторопластовые обечайки усеченных конусов, состыкованные по периметру большого диаметра, где на уровне их стыковки расположен фторопластовый перфорированный электроприводной диск с радиальными направляющими,

при этом в центре неферромагнитного сферического резонатора установлена фторопластовая цилиндрическая муфта диаметром, равным диаметру усеченной части последнего фторопластового перфорированного электроприводного усеченного конуса, жестко состыкованная с периметром малого диаметра фторопластовой обечайки усеченного конуса,

причем на муфту стационарно установлена керамическая обечайка усеченного конического отражателя так, что периметр большого диаметра соприкасается с поверхностью неферромагнитного сферического резонатора, причем на этом уровне соприкосновения, с наружной стороны неферромагнитного сферического резонатора, жестко установлен неферромагнитный кольцевой желоб,

а неферромагнитная загрузочная емкость с неферромагнитной задвижкой установлена над верхним фторопластовым перфорированным электроприводным усеченным конусом, имеющим центральное отверстие на основании большого диаметра, причем на уровне фторопластового перфорированного электроприводного диска к поверхности неферромагнитного сферического резонатора прикреплен запредельный волновод с шаровым краном,

а под усеченным основанием нижней фторопластовой обечайки усеченного конуса, где на поверхности неферромагнитного сферического резонатора имеется отверстие, установлена неферромагнитная накопительная емкость,

при этом по вертикальной оси неферромагнитного сферического резонатора размещен фторопластовый вал электропривода верхних фторопластовых перфорированных усеченных конусов и фторопластового перфорированного диска, а магнетроны с волноводами и вентиляторами расположены со сдвигом на 120 градусов по перпендикулярно расположенным периметрам неферромагнитного сферического резонатора.