Установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов Российский патент 2024 года по МПК C11B13/00 

Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки жиросодержащих мясных отходов с отделением вытопленного жира.

Технология термообработки жиросодержащих мясных отходов энергозатратная и должна обеспечивать сохранение кормовой ценности готового продукта [1]. Для реализации данной технологии на агропредприятиях функционирует различное оборудование, при помощи которого интенсифицируют работу за счет повышения температуры теплопередающей среды, изменения условий теплообмена, увеличения поверхности передачи теплоты при постоянной массе сырья. Однако повышение температуры среды выше 120°С приводит к ухудшению кормовой ценности готового продукта. Поэтому для фермерских хозяйств эффективнее микроволновая технология, позволяющая преобразовать энергию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) в тепловую энергию внутри сырья, т.е. нагревать его эндогенно (изнутри). Что и приводит к экономии энергии и ускорению процесса.

Известна сверхвысокочастотная установка для выделения расплавленного жира из жиросодержащего сырья [2], внутри цилиндрического экранирующего корпуса, соосно установлен цилиндрический перфорированный ротор. Внутри ротора расположен барабан, выполняющий функцию резонатора. В кольцевом пространстве между ротором и резонатором расположен шнек. В резонаторе расположен конический ограничитель излучений. Недостаток. Даная установка имеет сложную конструкцию и содержит экранирующий корпус, что повышает балансовую стоимость.

Известна СВЧ установка с квазистационарным тороидальным резонатором для вытопки обеззараженного жира из измельченного жиросодержащего сырья в непрерывном режиме [3]. Она содержит объемный резонатор в виде тора, верхним кольцевым основанием и конденсаторной частью, где установлен диэлектрический электроприводной скребок. С тыльной стороны перфорированного основания тороидального резонатора пристыкована неферромагнитная накопительная емкость со сливным краном. В центральной части резонатора соосно установлена неферромагнитная приемная емкость в виде усеченного конуса так, что малое его основание, с диаметром менее четверти длины волны, состыковано с отверстием, имеющимся на центральном круглом основании резонатора. Излучатели от магнетронов направлены в конденсаторную часть. На уровне перфорированного основания установлен запредельный волновод.

Недостаток. Объем сырья через приемную емкость в виде усеченного конуса невозможно регулировать и сырье не может без дополнительного перемешивающего устройства в ней попасть в конденсаторную часть тороидального резонатора.

Технологической задачей изобретения является интенсификация процесса термообработки жиросодержащих мясных отходов с извлечением жира и сохранением потребительских свойств жира и шквары. Задача решается путем разработки установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор с электроприводным центральным цилиндром.

Для достижения заявленного технического результата установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов (фиг. 1-9) содержит

соосно расположенный в неферромагнитном наружном цилиндре неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр так, что между их неферромагнитными основаниями образована конденсаторная часть неферромагнитного тороидального резонатора, в которую направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения, расположенных по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов,

а над перфорированным его основанием расположен диэлектрический электроприводной диск с радиальными отсеками, на уровне которых имеется отверстие на боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, к которой пристыкован неферромагнитный патрубок с шаровым краном,

причем на боковой поверхности неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра, по всей высоте радиально расположены вогнутые керамические отсеки, так что размер поперечного сечения между ними не превышает две глубины проникновения волны,

а между неферромагнитным кольцевым основанием и основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра имеется зазор не более четверти длины волны,

причем под неферромагнитным перфорированным основанием наружного цилиндра расположена неферромагнитная накопительная емкость с неферромагнитным патрубком и с шаровым краном,

при этом над неферромагнитным кольцевым основанием неферромагнитного наружного цилиндра, где предусмотрен открытый сегмент, расположена неферромагнитная загрузочная емкость с электроприводным шредером,

при этом средний периметр кольцевого объема между неферромагнитными наружным и внутренним цилиндрами кратен половине длины волны, а зазор между их основаниями в конденсаторной части неферромагнитного тороидального резонатора не менее четверти длины волны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов (фиг. 1);

- разрез А-А схематического изображения установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов фиг. 2);

разрез В-В схематического изображения установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов (фиг. 3);

- пространственное изображение установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов, общий вид (фиг. 4);

- пространственное изображение установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов, общий вид в разрезе (фиг. 5);

- пространственное изображение установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов, общий вид в разрезе с позициями (фиг. 6);

- боковая поверхность наружного неферромагнитного цилиндра с перфорированным основанием и накопительной емкостью, в разрезе (фиг. 7);

- неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр с керамическими вогнутыми отсеками (фиг. 8);

- неферромагнитный тороидальный резонатор (фиг. 9).

Установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов (фиг. 1-9) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1;

- электроприводной шредер 2;

- неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр 3;

- вал 4 электропривода неферромагнитного внутреннего цилиндра 3;

- керамические вогнутые отсеки 5;

- неферромагнитное кольцевое основание 6 неферромагнитного наружного цилиндра 7;

- магнетроны 8 воздушного охлаждения с волноводами и вентиляторами;

- неферромагнитный патрубок 9 с шаровым краном для выгрузки шквары;

- диэлектрический электроприводной диск 10 с радиальными отсеками;

- диэлектрический вал 11 электропривода диэлектрического диска 10;

- неферромагнитная накопительная емкость 12 с неферромагнитным патрубком и с шаровым краном 13;

- неферромагнитное перфорированное основание 14 неферромагнитного наружного цилиндра 7;

- конденсаторную часть 15 неферромагнитного тороидального резонатора.

Установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов (фиг. 1-9) содержит соосно расположенный в неферромагнитном наружном цилиндре 6, 7, неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр 3, 4. Неферромагнитные цилиндры 3, 7 расположены так, что между их неферромагнитными основаниями образована конденсаторная часть 15 неферромагнитного тороидального резонатора, в которую направлены излучатели от магнетронов 8 воздушного охлаждения через волноводы, расположенных по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 7 со сдвигом на 120 градусов. Между неферромагнитным кольцевым основанием 6 и основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра 3 имеется зазор не более четверти длины волны.

На боковой поверхности неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра 3, по всей высоте расположены вогнутые керамические отсеки 5, имеющие низкий коэффициент рассеивания, обладающие малым значением тангенса угла диэлектрических потерь и выдерживающие высокие механические нагрузки. Размеры неферромагнитного тороидального резонатора согласованы с длиной волны, при этом средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным наружным 7 и неферромагнитным внутренним 3 цилиндрами кратен половине длины волны, а зазор между их неферромагнитными основаниями в конденсаторной части 15 неферромагнитного тороидального резонатора не менее четверти длины волны. Линейные размеры неферромагнитного тороидального резонатора в 5-6 раз превышают длину волны, поэтому в нем возбуждаются только определенные виды колебаний, а интерференция их приводит к равномерному распределению электрического поля бегущей волны высокой напряженности в конденсаторной части 15 неферромагнитного тороидального резонатора [4, 5]. Над неферромагнитным перфорированным основанием 14 неферромагнитного наружного цилиндра расположен диэлектрический электроприводной диск 10 с радиальными отсеками. На уровне отсеков имеется отверстие на боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра 7, к которому пристыкован неферромагнитный патрубок 9 с шаровым краном. Под неферромагнитным перфорированным основанием 14 наружного неферромагнитного цилиндра 6, 7 расположена неферромагнитная накопительная емкость 12 с неферромагнитным патрубком, содержащим шаровой кран 13. Неферромагнитные патрубки 9 и 13 служат запредельными волноводами, так как их диаметры и длины согласованы с допустимым уровнем излучения 10 мкВт/см² [5].

Над неферромагнитным кольцевым основанием 6 неферромагнитного наружного цилиндра 7, где предусмотрен открытый сегмент, расположена неферромагнитная загрузочная емкость 1, внутри которой предусмотрен электроприводной шредер 2.

Технологический процесс термообработки жиросодержащих мясных отходов в установке с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор происходит следующим образом. Загрузить жиросодержащие мясные отходы в неферромагнитную загрузочную емкость 1. Включить электропривод (4) неферромагнитного внутреннего цилиндра 3 с керамическими вогнутыми отсеками. Включить электропривод (11) диэлектрического диска 10 с радиальными отсеками. Включить электропривод шредера 2. Как только сырье окажется в керамических вогнутых отсеках 5 неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра 3, включить магнетроны 8 с вентиляторами. Так как излучатели от магнетронов 8 через волноводы направлены в конденсаторную часть 15 неферромагнитного тороидального резонатора (3, 6, 7, 14), в нем возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (частота 2450 МГц; длина волны 12,24 см; глубина проникновения волны 2…11 см, в зависимости от вида сырья) [6]. В конденсаторной части 15 неферромагнитного тороидального резонатора, где возбуждается электромагнитное поле бегущей волны, измельченное сырье при перемешивании равномерно эндогенно нагревается, вытопленный жир стекает через неферромагнитное перфорированное основание 14 неферромагнитного наружного цилиндра 7 в неферромагнитную накопительную емкость 12. Открывая шаровой кран 13 можно слить жир в емкость готовой продукции.

При вращении диэлектрического электроприводного диска 10 с радиальными отсеками шквара удаляется через неферромагнитный патрубок 9, где предусмотрена сетка с ячейками для определенных размеров частиц.

По окончании технологического процесса термообработки жиросодержащего сырья выключить электропривод шредера 2. Когда в конденсаторной части еще находится остаточная часть продукта, выключить магнетроны 8. Выключить электропривод (4) неферромагнитного внутреннего цилиндра 3. После выгрузки остатков шквары с помощью электроприводного диэлектрического диска 10, выключить электродвигатель (11). Слить вытопленный жир через неферромагнитный патрубок с шаровым краном 13 из накопительной емкости. Далее провести санитарную обработку.

Выводы:

1. В данном конструктивном исполнении установки с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор выполняются следующие процессы:

- тонкое измельчение вторичного мясного сырья вне неферромагнитного тороидального резонатора;

- равномерное распределение электрического поля высокой напряженности в тороидальном резонаторе за счет интерференции бегущей волны в конденсаторной части, куда через волноводы направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения;

- равномерная загрузка измельченного сырья, толщиной согласованной с глубиной проникновения волны за счет электроприводного внутреннего цилиндра с керамическими отсеками;

- отделение вытопленного жира через неферромагнитное перфорированное основание неферромагнитного тороидального резонатора;

- выгрузка шквары и жира через неферромагнитные патрубки, выполняющие функции запредельных волноводов;

- ограничение электромагнитных излучений без экранирующего корпуса,

2. Неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр с керамическими вогнутыми отсеками обеспечивает непрерывный режим работы установки, при равномерной загрузке сырья в неферромагнитный тороидальный резонатор. В нем возбуждается поле бегущей волны высокой напряженности электрического поля, а это интенсифицирует процесс термообработки жиросодержащего сырья с вытопкой жира, следовательно снижаются эксплуатационные затраты при сохранении потребительских свойств жира и шквары.

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 № 2605355 РФ, МПК С11В1/12. СВЧ установка для выделения расплавленного жира из жиросодержащего сырья / М. В. Белова, О. В. Михайлова, И. Г. Ершова и др.; заявитель и патентообладатель АНОВО «АТУ» (RU). - № 2015138179/13; заявл. 2.08.2015. Бюл. № 35 от 20.12.2016. - 10 с.

3. Патент № 2726565 РФ, МПК С11В1/12 СВЧ установка с квазистационарным тороидальным резонатором для вытопки обеззараженного жира из измельченного жиросодержащего сырья в непрерывном режиме / А. А. Тихонов, А. В. Казаков, Г. В. Новикова, М. В. Белова, О. В. Михайлова; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). - № 2019122928; заявл. 16.07.2019. Бюл. № 20 от 14.07.2020. - 14 с.

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

5. Пчельников Ю. Н., Свиридов В. Т. Электроника сверхвысоких частот. - М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.

6. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Под ред. И. А. Рогова - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.

Изобретение относится к мясной промышленности и масложировой промышленности. Установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов содержит в неферромагнитном наружном цилиндре соосно расположенный неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр, они установлены так, что между неферромагнитным нижним основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра и нижним неферромагнитным перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра имеется зазор не менее четверти длины волны, и образуют конденсаторную часть неферромагнитного тороидального резонатора, причем в конденсаторную часть направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения, расположенных по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов, а над нижним неферромагнитным перфорированным основанием расположен диэлектрический электроприводной диск с радиальными отсеками, на уровне которых имеется отверстие на боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, куда пристыкован неферромагнитный патрубок с шаровым краном, причем на боковой поверхности неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра, по всей высоте, радиально расположены керамические вогнутые отсеки, так что размер поперечного сечения между ними не превышает две глубины проникновения волны, а между неферромагнитным кольцевым основанием и основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра имеется кольцевой зазор не более четверти длины волны, причем под неферромагнитным перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра расположена неферромагнитная накопительная емкость с неферромагнитным патрубком, содержащим шаровой кран, при этом над неферромагнитным кольцевым основанием неферромагнитного наружного цилиндра, где предусмотрен открытый сегмент, расположена неферромагнитная загрузочная емкость с электроприводным шредером, при этом средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним электроприводным цилиндром кратен половине длины волны. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс термообработки жиросодержащих мясных отходов с извлечением жира и сохранением потребительских свойств жира и шквары. 9 ил.

Установка с СВЧ энергоподводом в тороидальный резонатор для термообработки жиросодержащих мясных отходов содержит в неферромагнитном наружном цилиндре соосно расположенный неферромагнитный внутренний электроприводной цилиндр,

они установлены так, что между неферромагнитным нижним основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра и нижним неферромагнитным перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра имеется зазор не менее четверти длины волны, и образуют конденсаторную часть неферромагнитного тороидального резонатора,

причем в конденсаторную часть направлены излучатели от магнетронов воздушного охлаждения, расположенных по периметру боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра со сдвигом на 120 градусов,

а над нижним неферромагнитным перфорированным основанием расположен диэлектрический электроприводной диск с радиальными отсеками, на уровне которых имеется отверстие на боковой поверхности неферромагнитного наружного цилиндра, куда пристыкован неферромагнитный патрубок с шаровым краном,

причем на боковой поверхности неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра, по всей высоте, радиально расположены керамические вогнутые отсеки, так что размер поперечного сечения между ними не превышает две глубины проникновения волны, а между неферромагнитным кольцевым основанием и основанием неферромагнитного внутреннего электроприводного цилиндра имеется кольцевой зазор не более четверти длины волны,

причем под неферромагнитным перфорированным основанием неферромагнитного наружного цилиндра расположена неферромагнитная накопительная емкость с неферромагнитным патрубком, содержащим шаровой кран, при этом над неферромагнитным кольцевым основанием неферромагнитного наружного цилиндра, где предусмотрен открытый сегмент, расположена неферромагнитная загрузочная емкость с электроприводным шредером,

при этом средний периметр кольцевого объема между неферромагнитным наружным цилиндром и неферромагнитным внутренним электроприводным цилиндром кратен половине длины волны.