СВЧ-ПЛАВИТЕЛЬ ЖИРОВОГО СЫРЬЯ С БАРАБАННЫМ РЕЗОНАТОРОМ Российский патент 2024 года по МПК C11B1/12 

Изобретение относится к перерабатывающей мясной промышленности и может быть использовано в цехах по переработке жирового сырья.

Известен шнековый плавитель жира, состоящий из цилиндрического корпуса снабженного паровой рубашкой, и шнекового барабана [1, стр. 332 Ивашов]. Нагрев сырья происходит кондуктивным методом подвода тепла через стенку от глухого пара. Недостаток. Использование такого плавителя в цехах фермерских хозяйств из-за необходимости производства пара не всегда оправдано. Процесс очень длительный. Поэтому разработка плавителя с СВЧ-энергоподводом, позволяющего интенсифицировать процесс вытопки жира из измельченного жиросодержащего сырья, актуальна.

Известна СВЧ-установка с квазистационарным тороидальным резонатором для вытопки жира из измельченного жиросодержащего сырья в непрерывном режиме [2]. Установка состоит из тора с верхним кольцевым основанием и конденсаторной части. К нижнему основанию резонатора прикреплена накопительная емкость, а в центральной части резонатора установлен неферромагнитный усеченный конус, в качестве загрузочной емкости. Излучатели от магнетронов направлены в конденсаторную часть. Недостатками являются трудности равномерной загрузки сырья в конденсаторную часть без специально транспортирующего механизма и выгрузки шквары через запредельный волновод.

Научная инновационная идея реализации способа вытопки жира из жиросодержащего сырья с использованием СВЧ энергии заключается в том, что в экранирующем неферромагнитном цилиндрическом корпусе с керамическим перфорированным желобом установлен резонатор, выполненный в виде неферромагнитного перфорированного вращающегося цилиндра в виде барабана, внутри которого соосно установлена стационарная диэлектрическая спиральная лента.

Наиболее близкой по технической сущности является известный барабанный сепаратор А1-БЗО. Некоторые узлы СВЧ-плавителя жирового сырья с барабанным резонатором схожи с узлами барабанного сепаратора А1-БЗО. Его основным рабочим органом является цилиндрическое сито, размещенное в корпусе, где предусмотрен наклонный лоток и стационарная спиральная лента [3, стр. 107].

Техническим результатом изобретения является - интенсификация процесса извлечения жира из жиросодержащего сырья путем применения сверхвысокочастотной энергии сантиметрового диапазона (2450 МГц, 12,24 см) в рабочей камере с резонатором, выполненным в виде перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания и стационарной диэлектрической спиральной ленты.

Для решения технической проблемы и достижения заявленного технического результата СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными загрузочной и приемной емкостями с неферромагнитными электроприводными спиральными шнеками,

причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса соосно закреплен со стороны его основания консольно на электроприводном валу перфорированный неферромагнитный цилиндр без основания в виде барабана, а внутри его стационарная диэлектрическая спиральная лента, внутри которой под наклоном к ее оси керамический перфорированный желоб,

при этом стационарная диэлектрическая спиральная лента выполнена с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром, менее чем диаметр внутренней поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана, образующего с основанием цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса объемный резонатор,

причем керамический перфорированный желоб жестко прикреплен одним концом к неферромагнитной загрузочной емкости, установленной на стыке боковой поверхности цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса и его основания, содержащего по периметру со сдвигом на 120 градусов волноводы с магнетронами воздушного охлаждения,

при этом под неферромагнитным цилиндрическим экранирующим корпусом прикреплена приемная емкость для шквары и приемная емкость для жира с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- пространственное изображение СВЧ-плавителя жирового сырья с барабанным резонатором (общий вид), (фиг. 1);

- СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором (общий вид в разрезе, с позициями), (фиг.2);

- технологическая схема СВЧ-плавителя жирового сырья с барабанным резонатором, (фиг. 3);

- пространственное изображение перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана, в разрезе, (фиг. 4);

- пространственное изображение стационарной диэлектрической спиральной ленты (фиг.5);

СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором содержит (фиг. 1-5):

- неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 1;

- перфорированный неферромагнитный цилиндр без основания в виде барабана 2; (резонатор);

- электроприводной вал 3;

- стационарная диэлектрическая спиральная лента 4;

- перфорированный керамический желоб 5;

- неферромагнитная загрузочная емкость 6;

- электроприводные неферромагнитные спиральные шнеки 7, 10;

- волноводы с магнетронами воздушного охлаждения 8;

- неферромагнитная приемная емкость для шквары 9;

- неферромагнитная приемная емкость для плавленого жира 11;

- запредельный волновод с шаровым краном 12.

СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором (фиг. 1-5) содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус 1 с неферромагнитными загрузочной 6 и приемной 9 емкостями. Внутри каждой емкости установлен неферромагнитный электроприводной спиральный шнек 7, 10.

Внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса 1 консольно соосно прикреплен со стороны его основания на электроприводном валу 3 перфорированный неферромагнитный цилиндр без основания в виде барабана 2. Этот цилиндр-барабан содержит только одно основание, к которому прикреплен электроприводной вал 3. Внутри перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана стационарно размещена стационарная диэлектрическая спиральная лента 4. Внутри спирали 4 под наклоном к ее оси жестко установлен керамический перфорированный желоб 5.

Стационарная диэлектрическая спиральная лента 4 выполнена с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром, менее чем диаметр внутренней поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана 2, образующего с основанием цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса 1 объемный резонатор.

Керамический перфорированный желоб 5 жестко прикреплен одним концом к неферромагнитной загрузочной емкости 6, установленной на стыке боковой поверхности цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса 1 и его основания. Через одно основание цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса вмонтирован электроприводной вал 3 привода барабана, а на противоположное основание корпуса установлены по периметру со сдвигом на 120 градусов волноводы с магнетронами 8 воздушного охлаждения.

Под цилиндрическим неферромагнитным экранирующим корпусом 1 прикреплены неферромагнитные приемная емкость 9 для шквары и приемная емкость 11 для жира с запредельным волноводом 12, содержащим шаровой кран.

Технологический процесс вытопки жира из измельченного жирового сырья происходит следующим образом. Загрузочную емкость, с закрытой заслонкой, заполняют измельченным жировым сырьем. Включают электропривод 3 неферромагнитного перфорированного цилиндрического барабана 2 (резонатора). Включают неферромагнитный электроприводной спиральный шнек 7, после чего включить электропривод неферромагнитного спирального шнека 10. Измельченное жировое сырье после открытия заслонки поступает равномерно через загрузочную емкость 6 по перфорированному керамическому желобу 5 внутрь перфорированного неферромагнитного цилиндрического резонатора 2. Далее включить вентиляторы с магнетронами 8 воздушного охлаждения. В резонаторе происходит преобразование СВЧ энергии в тепловую энергию, выделяемую в объеме сырья. Для обеспечения равномерного выделения тепла по объему сырья оптимизированы: размеры и конструкция резонатора; количество и месторасположение магнетронов; скорость перемещения сырья в объеме резонатора с регулированием его частоты вращения; диаметр и шаг спирального шнека путем согласования с глубиной проникновения волны в сырье.

Размеры цилиндрического резонатора в 5-6 раз превышают длину волны генератора (12,24 см), поэтому в резонаторе возбуждается более 10 различных видов колебаний, т.е. резонатор будет многомодовым. Электромагнитные поля различных видов колебаний в различных точках объема цилиндрического резонатора интерферируются, и электромагнитное поле будет неравномерным. Поэтому размеры резонатора выбраны кратным половине длины волны, и в нем возбуждаются только определенные виды колебаний, а интерференция электромагнитных волн от трех генераторов с фиксированной длиной волны приводит к равномерности воздействия электромагнитного поля по объему резонатора.

В электромагнитном поле сверхвысокой частоты за счет токов поляризации сырье начинает нагреваться при движении по перфорированному желобу 5. Часть вытопленного жира обеспечивает скольжение сырья и способствует его передвижению по желобу в резонатор 2. В связи с тем, что резонатор вращается, сырье начинает перемещаться между витками стационарной диэлектрической спиральной ленты 4. Так как шаг витков не более двух глубин проникновения волны в сырье, он нагревается равномерно по толщине и плавится. Расплавленный жир стекает через перфорацию резонатора в приемную емкость 11, откуда через запредельный волновод 12 при помощи шарового крана сливается.

Шквара за счет вращения барабана и стационарной диэлектрической спиральной ленты передвигается до неферромагнитной приемной емкости 9, и с помощью неферромагнитного спирального шнека 10 выгружается. Неферромагнитные спиральные шнеки 7, 10 одновременно ограничивают излучение, так как их диаметр и шаг рассчитан по условиям конструирования замедляющей системы [4, стр. 99; 5, стр. 16].

Управление эффективными режимами облегчается за счет возможности регулирования мощности СВЧ-генераторов, частоты вращения барабанного резонатора, объема загрузки сырья в резонатор путем изменения частоты вращения спирального неферромагнитного шнека 7. Перфорированный керамический желоб 5 позволит концентрировать энергию излучений в сырье.

Качество плавленого жира зависит от температуры, дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты, напряженности электрического поля. Равномерность распределения сырья в объеме барабанного резонатора и равномерность нагрева его обеспечивается за счет того, что шаг спиральной ленты не более двух глубин проникновения волны в сырье (3-4 см).

Уменьшение потерь на излучение через перфорацию цилиндрического резонатора 2 достигается за счет выполнения перфорированного желоба 5 из керамики, обладающего малыми диэлектрическими потерями [6, стр. 360]. Собственная добротность резонатора с керамическим перфорированным желобом выше, чем с фторопластовым желобом, т.е. КПД плавителя выше.

Транспортировка измельченного жиросырья из загрузочной емкости 6 в объем цилиндрического резонатора 2 осуществляется электроприводным спиральным шнеком 7, далее керамическим перфорированным желобом 5.

СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором простой по конструкции, имеет небольшую удельную металлоемкость, обеспечивает интенсификацию и непрерывность процесса диэлектрического нагрева путем перемещения жиросырья в объеме резонатора, термообработки измельченного жирового сырья тонким слоем и отделение плавленого жира.

Особенностью спирального шнека (7, 10), выполняющего одновременно функцию замедляющей системы (ограничение излучений через емкости для подачи и выгрузки сырья) является, то, что замедление электромагнитной волны в направлении продольной оси спирального шнека не зависит от частоты электромагнитного поля, а зависит только от длины витка и шага спирали.

Источники информации:

1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. 4.1. Оборудование для убоя и первичной обработки. М.: Колос, 2001. 552 с.

2. Патент №2726565 РФ, МПК С11В 1/12 / 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.

3. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование предприятий производства растительных масел. - СПб: ГИОРД, 2001. 368 с.

4. Баскаков С.И. Электродинамика распространения волн: М.: URSS. 416 с.

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

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

Изобретение относится к перерабатывающей мясной промышленности. СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором, характеризующийся тем, что содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными загрузочной и приемной емкостями с неферромагнитными электроприводными спиральными шнеками, причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса консольно соосно прикреплен со стороны его основания на электроприводном валу перфорированный неферромагнитный цилиндр без основания в виде барабана, а внутри него стационарная диэлектрическая спиральная лента, внутри которой под наклоном к ее оси расположен керамический перфорированный желоб, при этом стационарная диэлектрическая спиральная лента выполнена с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром, менее чем диаметр внутренней поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана, образующего с основанием цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса объемный резонатор, причем керамический перфорированный желоб жестко прикреплен одним концом к неферромагнитной загрузочной емкости, установленной на стыке боковой поверхности цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса и его основания, содержащего по периметру со сдвигом на 120 градусов волноводы с магнетронами воздушного охлаждения, при этом под цилиндрическим неферромагнитным экранирующим корпусом прикреплены неферромагнитные приемная емкость для шквары и приемная емкость для жира с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс извлечения жира из жиросодержащего сырья. 5 ил.

СВЧ-плавитель жирового сырья с барабанным резонатором, характеризующийся тем, что содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус с неферромагнитными загрузочной и приемной емкостями с неферромагнитными электроприводными спиральными шнеками,

причем внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса консольно соосно прикреплен со стороны его основания на электроприводном валу перфорированный неферромагнитный цилиндр без основания в виде барабана, а внутри него стационарная диэлектрическая спиральная лента, внутри которой под наклоном к ее оси расположен керамический перфорированный желоб,

при этом стационарная диэлектрическая спиральная лента выполнена с шагом не более двух глубин проникновения волны в сырье и диаметром, менее чем диаметр внутренней поверхности перфорированного неферромагнитного цилиндра без основания в виде барабана, образующего с основанием цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса объемный резонатор,

причем керамический перфорированный желоб жестко прикреплен одним концом к неферромагнитной загрузочной емкости, установленной на стыке боковой поверхности цилиндрического неферромагнитного экранирующего корпуса и его основания, содержащего по периметру со сдвигом на 120 градусов волноводы с магнетронами воздушного охлаждения,

при этом под цилиндрическим неферромагнитным экранирующим корпусом прикреплены неферромагнитные приемная емкость для шквары и приемная емкость для жира с запредельным волноводом, содержащим шаровой кран.