Установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья Российский патент 2024 года по МПК A22C17/00 C11B13/00 

Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки, обеззараживания и нейтрализации запахов жиросодержащих мясных отходов с сохранением потребительских свойств жира и шквары.

На агропредприятиях осуществляют убой животных, но при этом возникает проблема переработки вторичного мясного сырья на кормовую продукцию, в том числе слизистых субпродуктов, куда относятся и камеры желудков жвачных животных (рубец, сетка, книжка, сычуг). Это сырье жиросодержащее, поэтому при его термообработке следует отделить вытопленный жир от шквары и использовать в качестве технического жира и кормовой мясной муки.

На предприятиях мясной промышленности термообработку такого сырья проводят в котлах разной конструкции конвективным нагревом при непосредственном контакте сырья с острым паром. Оборудование периодического действия, и продолжительность процесса достаточно большая (4…4,5 ч), из-за чего ухудшается качество жира и шквары. При этом расход пара на варку 125…300 кг/ч, горячей воды до 0,7 м³/ч [1, стр. 328].

В условиях фермерских хозяйств целесообразнее вторичное мякотное жиросодержащее сырье перерабатывать сухим способом, а именно микроволновой технологией. Разработано достаточно много СВЧ установок с разными конструкциями нестандартных резонаторов для термообработки сырья животного происхождения в непрерывном режиме [2, 3]. Но в них не предусмотрены возможности нейтрализации неприятного запаха при термообработке вторичных мясных отходов.

Возникает проблема нейтрализации неприятного запаха при термообработке вторичного жиросодержащего мясного сырья для сохранения потребительских свойств белкового корма при низких эксплуатационных затратах.

Поэтому, в условиях фермерских хозяйств, нейтрализация запаха при термообработке вторичного жиросодержащего мясного сырья является актуальной задачей.

Аналогом является СВЧ установка для термообработки жиросодержащего сырья [4]. Она содержит горизонтально расположенный резонатор в виде усеченного конуса с экспоненциальной образующей. При этом на его большое основание соосно установлено вогнутое керамическое зеркало. Вдоль резонатора размещен диэлектрический винтовой шнек. На боковой поверхности резонатора размещена загрузочная емкость со шлюзовым затвором. Магнетроны установлены по периметру боковой поверхности резонатора. Установка позволяет улучшить качество жира за счет высокой напряженности электрического поля. Эта установка также не позволяет нейтрализовать неприятный запах в процессе термообработки слизистых субпродуктов.

Технологической задачей изобретения является термообработка, обеззараживания и нейтрализация запаха жиросодержащих мясных отходов с извлечением жира и сохранением потребительских свойств жира и шквары.

Задача решается разработкой СВЧ установки с усеченным коническим резонатором, содержащим магнетроны с волноводами и вентиляторами, электроприводной спиральный шнек и лампы бактерицидного потока УФ лучей, запитанные от генераторов килогерцовой частоты, обеспечивающие коронный разряд.

Для достижения заявленного технического результата установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья (фиг. 1−8) содержит

перевернутый усеченный конический резонатор, внутри которого соосно расположена перфорированная труба, диаметром менее, чем глубина проникновения волны сантиметрового диапазона в жиросодержащее сырье,

причем над перфорированной трубой размещена загрузочная емкость с задвижкой, а внутри трубы установлен электроприводной спиральный шнек, так, что над его последним витком расположена приемная емкость,

при этом над усеченной частью конического резонатора установлено перфорированное вогнутое кольцевое зеркало, и к усеченной части конического резонатора пристыкован патрубок с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран,

причем на основании усеченного конического резонатора, по периметру равномерно расположены магнетроны с волноводами и вентиляторами, а под основанием расположена кольцевая поверхность с коронирующими иглами, под которыми радиально установлены электрогазоразрядные лампы бактерицидного потока УФ лучей, источники питания которых, расположены с наружной стороны боковой поверхности усеченного конического резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- схематическое изображение установки с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья (фиг. 1);

- пространственное изображение установки с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья, общий вид (фиг. 2);

- пространственное изображение установки с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья общий вид, в разрезе (фиг. 3);

- пространственное изображение установки с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья, общий вид, в разрезе, с позициями (фиг. 4);

- усеченный конический резонатор (фиг. 5);

- перфорированная труба (фиг. 6);

- коронирующие иглы (фиг. 7)

- электроприводной спиральный шнек (фиг. 8);

- перфорированное вогнутое кольцевое зеркало (фиг. 9).

Установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья (фиг. 1-9) содержит:

- загрузочную емкость 1 с задвижкой;

- электроприводной шредер 2;

- усеченный конический резонатор 3;

- магнетроны 4 с волноводами и вентиляторами;

- коронирующие иглы 5;

- электрогазоразрядные лампы 6 бактерицидного потока УФ лучей;

- перфорированную трубу 7;

- электроприводной спиральный шнек 8;

- перфорированное вогнутое кольцевое зеркало 9;

- патрубок 10;

- приемную емкость 11;

- запредельный волновод 12.

Причем загрузочная емкость 1 с задвижкой, усеченный конический резонатор 3, коронирующие иглы 5 на кольцевой поверхности, патрубок 10, приемная емкость 11 выполнены из неферромагнитного материала (алюминия). Электроприводной спиральный шнек 8, перфорированная труба 7 выполнены из фторопласта. Кольцевое вогнутое зеркало 9 выполнено из керамики.

Установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного мясного сырья (фиг. 1−9) содержит перевернутый усеченный конический резонатор 3. Внутри усеченного конического резонатора 3 соосно расположена перфорированная труба 7 диаметром менее, чем глубина проникновения волны сантиметрового диапазона в жиросодержащее сырье.

Над перфорированной трубой 7 размещена загрузочная емкость 1 с задвижкой и электроприводным шредером 2, а в внутрь трубы 7 установлен электроприводной спиральный шнек 8, так, что над его последним витком расположена приемная емкость 11.

Над усеченной частью конического резонатора 3 установлено перфорированное вогнутое кольцевое зеркало 9, и к усеченной части конического резонатора пристыкован патрубок 10 с запредельным волноводом 12, содержащим шаровой кран.

На основании усеченного конического резонатора 3, по периметру равномерно расположены магнетроны 4 с волноводами и вентиляторами, а под основанием расположена кольцевая поверхность с коронирующими иглами 5, под которыми радиально установлены электрогазоразрядные лампы 6 бактерицидного потока УФ лучей, источники питания которых, расположены с наружной стороны боковой поверхности усеченного конического резонатора 3.

Технологический процесс термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья в установке с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе происходит следующим образом. Загрузить вторичное жиросодержащее мясное сырье в загрузочную емкость 1 при закрытой задвижке. Включить электропривод спирального шнека 8 и источники питания (генераторы килогерцовой частоты, 110 кГц), от которых запитаны электрогазоразрядные лампы 6. После этого электрогазоразрядные лампы 6 бактерицидного потока УФ лучей загораются и начинают коронировать о коронирующие иглы 5. За счет коронного разряда происходит озонирование воздуха в объеме усеченного конического резонатора 3. После этого открыть задвижку в загрузочной емкости 1 и включить электроприводной шредер 2. Измельченное вторичное жиросодержащее мясное сырье после электроприводного шредера 2 попадает в перфорированную трубу 7, где с помощью витков электроприводного спирального шнека 8 медленно перемещается вниз.

Далее включить магнетроны 4 с волноводами и вентиляторами. Так как излучатели от магнетронов 4 направлены через волноводы в усеченный конический резонатор 3, то в нем возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Частота ЭМПСВЧ 2450 МГц, длина волны 12,24 см, Измельченное вторичное жиросодержащее мясное сырье подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты, а также озонированию. За счет токов поляризации каждая элементарная частица сырья нагревается равномерно, так как диаметр перфорированной трубы 7 не более, чем глубина проникновения волны в жиросодержащее сырье (глубина проникновения сантиметровой волны жиросодержащее сырье 11,2 см [5, стр. 107]). Вытопленный жир стекает через перфорацию трубы 7, обеззараживается озоном и бактерицидным потоком ультрафиолетовых лучей, мощность потока которых усиливается за счет электрического поля высокой напряженности в усеченном коническом резонаторе 3. Жир дальше стекает через перфорацию вогнутого кольцевого зеркала 9 в кольцевой объем между патрубком 10 и перфорированной трубой 7, оттуда можно слить в специальную емкость, открывая шаровой кран в запредельном волноводе 12. Шквара из перфорированной трубы 7 с помощью электроприводного спирального шнека 8 попадает в приемную емкость 11. Концентрация энергии электромагнитного поля в объеме усеченного конического резонатора и уменьшение потерь на излучение достигается благодаря применению перфорированного вогнутого кольцевого зеркала 9, выполненного из керамики, обладающей высоким значением диэлектрической проницаемости (более 30) [6, стр. 360 ] и малыми диэлектрическими потерями (менее 0,001). Поэтому в конической части усеченного конического резонатора 3, где расположено перфорированное вогнутое кольцевое зеркало 9, напряженность электрического поля стоячей волны высокая, достаточная для обеззараживания вторичного жиросодержащего сырья при комплексном воздействии ЭМПСВЧ, бактерицидного потока УФ лучей и озона, позволяющие еще и нейтрализовать неприятный запах.

Продолжительность термообработки измельченного вторичного жиросодержащего мясного сырья регулируется частотой вращения электроприводного спирального шнека 8. Удельная мощность СВЧ генератора регулируется количеством и мощностью магнетронов 4 и объемом загрузки сырья в усеченный конический резонатор, изменяя частоту вращения электроприводного шредера 2. Мощность бактерицидного потока УФ лучей регулируется изменением мощности источников питания (генераторов килогерцовой частоты), от которых они запитаны. Концентрация озона регулируется изменением зазора между электрогазоразрядными лампами 6 бактерицидного потока УФ лучей и коронирующими иглами 5. Размеры усеченного конического резонатора 3 согласованы с длиной волны, причем конический резонатор усечен на уровне критического сечения, от которой падающая волна отражается внутрь резонатора. В течении всего процесса следует контролировать мощность потока излучений около установки, она не должна превышать 10 мкВт/см² [7, стр. 65].

По окончании технологического процесса термообработки вторичного жиросодержащего сырья выключить электропривод шредера 2 и закрыть задвижку. Когда в перфорированной трубе 7 еще находится остаточная часть продукта, выключить магнетроны 4 и вентиляторы. Далее выключить электропривод спирального шнека 8, слить вытопленный жир через запредельный волновод 12 с помощью шарового крана. Последнюю очередь следует выключить источники питания (генераторы килогерцовой частоты, 110 кГц) электрогазоразрядных ламп 6 бактерицидного потока УФ лучей, чтобы полностью нейтрализовать запах. Удалить шквару из приемной емкости 11. Далее провести санитарную обработку.

Выводы:

1. В данном конструктивном исполнении установки выполняются следующие процессы:

- тонкое измельчение вторичного жиросодержащего мясного сырья с помощью электроприводного шредера 2;

- равномерное передвижение измельченного сырья, толщиной, не превышающей глубину проникновения волны сантиметрового диапазона, и со скоростью согласованной с продолжительностью нагрева, при которой вытопится жир и сварится шквара в непрерывном режиме;

- концентрация энергии электрического поля высокой напряженности за счет перфорированного вогнутого кольцевого зеркала;

- термообработка, обеззараживание продукта и нейтрализация запаха комплексным воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты, бактерицидного потока УФ лучей и озона;

- отделение вытопленного жира от шквары через перфорированную трубу;

- выгрузка шквары из перфорированной трубы;

- слив вытопленного жира через запредельный волновод;

- ограничение излучений без дополнительного экранирующего корпуса из усеченного конического резонатора, за счет усечения конуса на уровне критического сечения и использования запредельного волновода.

2. Комплексное воздействие электрофизических факторов на вторичное жиросодержащее сырье в непрерывном режиме интенсифицирует процесс термообработки, обеспечивает снижение бактериальной обсемененности до предельно допустимого уровня и нейтрализует неприятный запах 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. (стр. 328).

2. Новикова Г.В., Михайлова О.В., Просвирякова М.В., Тихонов А.А., Федоров М.Е. Разработка и обоснование параметров плавителя жирового сырья с СВЧ-энергоподводом // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 2 (100). С. 119-124. https://elibrary.ru/item.asp?id=50822467.

3. Новикова Г.В., Михайлова О.В., Просвирякова М.В., Тихонов А.А. и др.

Разработка установки с СВЧ-энергоподводом для измельчения и плавления жиросырья в нестандартном резонаторе // Вестник НГИЭИ. 2023. № 1 (140). С. 34-43. https://elibrary.ru/item.asp?id=50492432.

4. Патент № 2808076 РФ. МПК С11В1/12. СВЧ установка для термообработки жиросодержащего сырья / Тихонов А.А., Новикова Г.В., Басонов О.А., Меженина Е.Н., Просвирякова М.В., Михайлова О.В.; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). № 2022118194; заявл. 04.07.2022. Бюл. № 33 от 23.11.2023.– 15 с.

5 Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / Под ред. И. А. Рогова – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. − 288 с. (стр. 107).

6. Стрекалов А. В., Стрекалов Ю. А. Электромагнитные поля и волны. – М.: РИОР; ИНФРА-М, 2014. − 375 с. (стр. 360).

7. Пчельников Ю. Н., Свиридов В. Т. Электроника сверхвысоких частот. – М.: Радио и связь, 1981. − 96 с. (стр. 65).

Изобретение относится к мясной промышленности. Установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья содержит перевернутый усеченный конический резонатор, внутри которого соосно расположена перфорированная труба диаметром менее, чем глубина проникновения волны сантиметрового диапазона в жиросодержащее сырье, причем над перфорированной трубой размещена загрузочная емкость с задвижкой и электроприводным шредером, а внутри трубы установлен электроприводный спиральный шнек, так, что над его последним витком расположена приемная емкость, при этом над усеченной частью конического резонатора установлено перфорированное вогнутое кольцевое зеркало, и к усеченной части конического резонатора пристыкован патрубок с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран, причем на основании усеченного конического резонатора по периметру равномерно расположены магнетроны с волноводами и вентиляторами, а под основанием расположена кольцевая поверхность с коронирующими иглами, под которыми радиально установлены электрогазоразрядные лампы бактерицидного потока УФ-лучей, источники питания которых расположены с наружной стороны боковой поверхности усеченного конического резонатора. Изобретение позволяет термообработать, обеззаразить и нейтрализовать запах жиросодержащих мясных отходов с извлечением жира и сохранением потребительских свойств жира и шквары. 9 ил.

Установка с источниками электрофизических факторов в усеченном коническом резонаторе для термообработки вторичного жиросодержащего мясного сырья содержит

перевернутый усеченный конический резонатор, внутри которого соосно расположена перфорированная труба диаметром менее, чем глубина проникновения волны сантиметрового диапазона в жиросодержащее сырье,

причем над перфорированной трубой размещена загрузочная емкость с задвижкой и электроприводным шредером, а внутри трубы установлен электроприводный спиральный шнек, так, что над его последним витком расположена приемная емкость,

при этом над усеченной частью конического резонатора установлено перфорированное вогнутое кольцевое зеркало, и к усеченной части конического резонатора пристыкован патрубок с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран,

причем на основании усеченного конического резонатора по периметру равномерно расположены магнетроны с волноводами и вентиляторами, а под основанием расположена кольцевая поверхность с коронирующими иглами, под которыми радиально установлены электрогазоразрядные лампы бактерицидного потока УФ-лучей, источники питания которых расположены с наружной стороны боковой поверхности усеченного конического резонатора.