СВЧ-УСТАНОВКА С КОНИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ПРИ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ ЖИРОСОДЕРЖАЩЕГО МЯСНОГО СЫРЬЯ В НЕПРЕРЫВНОМ РЕЖИМЕ Российский патент 2024 года по МПК C05F11/08 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в цехах по переработке жиросодержащего мясного сырья. Установка предназначена для термообработки и стерилизации всех видов мягкого жирового сырья с отделением жира от шквары.

Инновационная идея. Высокая интенсивность в установке достигается совмещением процессов измельчения жиросырья в центробежном поле и термообработки в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). Ротор из керамических дисков, концентрирующих энергию электромагнитных излучений в жиросырье, обеспечивающий тонкое измельчение за счет абразивной поверхности дисков и удара об образующую неферромагнитного резонатора, выполненного в виде терки, создает центробежное поле, в котором сырье перемешивается и равномерно эндогенно нагревается. Конический резонатор обеспечивает высокую напряженность электрического поля, достаточную (1,2…2 кВ/см) для стерилизации продукта.

Известны котлы с промежуточным теплоносителем, работающие в непрерывном режиме при атмосферном давлении [1, стр. 331], предназначенные для обработки отходов убоя животных. Внутри котла расположена мешалка, где установлены диски-перегородки с отверстиями, через которые проходит обрабатываемая масса. В начале 75% объема котла заполняют расплавленным жиром и нагревают глухим паром до 130…150°С, после чего подают обрабатываемое жиросодержащее сырье. Это позволяет равномерно нагревать подаваемое сырье, так как, попадая в горячий жир, влага в сырье испаряется, жировые клетки разрушаются, происходит варка и стерилизация.

Недостаток: большая продолжительность контакта сырья с высокотемпературным теплоносителем, что снижает качество жира и шквары [1, стр. 332]. Расплавленная жировая масса должна иметь температуру 75…80°С.

Имеются комбинированные аппараты (волчки-варильники, рушители-плавители, измельчители-плавители), где совмещены процессы измельчения и тепловой обработки жиросырья глухим паром [1, стр. 334].

Недостаток: очень сложная конструкция аппарата, связанная с теплоизоляцией, с патрубками для подачи пара и отвода конденсата, с паровым коллектором и т.п.

Известна СВЧ-установка непрерывно-поточного действия с коаксиальным резонатором для термообработки сырья в процессе измельчения (2, патент №2671710). Она представляет собой цилиндрический экранирующий корпус с амортизационными пружинами, внутри которого соосно расположен неферромагнитный цилиндр, выполненный в виде терки. Он жестко установлен на диск, образуя электроприводной ротор. Цилиндр и вал образуют коаксиальный резонатор. Измельченный и варенный мясной продукт проходит через боковую поверхность резонатора, накапливается в узком кольцевом пространстве, откуда через выгрузной патрубок транспортируется в циклон-разгрузитель. Недостаток: установка не позволяет отделить жир от шквары.

Для достижения заявленного технического результата СВЧ-установка с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-11) содержит

в горизонтальной плоскости неферромагнитный экранирующий корпус в виде усеченного конуса без основания малого диаметра, внутри которого соосно жестко размещен неферромагнитный конический резонатор без оснований с образующей в виде терки,

внутри которого установлен электроприводной ротор, собранный на фторопластовом валу, из двояковыпуклых керамических дисков покрытых крупнозернистым абразивным материалом, расположенных под наклоном и со сдвигом на расстоянии не более глубины проникновения волны, так, что часть площади их проекций перекрывают площадь смежного керамического диска, причем между образующей неферромагнитного конического резонатора и двояковыпуклыми керамическими дисками образованы равные зазоры уменьшением диаметров дисков в коническую сторону,

при этом через боковую поверхность неферромагнитного экранирующего корпуса, на образующую неферромагнитного конического резонатора со сдвигом по спирали установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения, излучатели которых направлены в неферромагнитный конический резонатор,

причем со стороны большого основания на боковой поверхности неферромагнитного экранирующего корпуса расположена неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, внутри которой установлен неферромагнитный электроприводной винтовой шнек, а неферромагнитная приемная емкость для жира с шаровым краном расположена под коническим неферромагнитным резонатором в виде терки,

при этом со стороны открытого конического торца неферромагнитного экранирующего корпуса на фторопластовом валу ротора установлен измельчающий механизм, содержащий неферромагнитные ножи, решетки и прижимное винтовое кольцо, где рядом установлена приемная емкость для шквары.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:

- технологическая схема СВЧ-установки с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1);

пространственные изображения:

- СВЧ-установки с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид (фиг. 2);

- СВЧ-установки с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид в разрезе, с позициями (вид с боку) (фиг. 3);

- СВЧ-установки с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме, общий вид в разрезе, с позициями (вид спереди) (фиг. 4);

- неферромагнитного экранирующего корпуса в виде усеченного конуса (фиг. 5);

- неферромагнитного конического резонатора с образующей в виде терки (фиг. 6);

- двояковыпуклого керамического диска, с крупнозернистой абразивной поверхностью (фиг. 7);

- неферромагнитной решетки (фиг. 8);

- неферромагнитного крестообразного ножа (фиг. 9);

- неферромагнитной загрузочной емкости с задвижкой (фиг. 10);

- неферромагнитной приемной емкости с шаровым краном (фиг. 11).

СВЧ-установка с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-11) содержит:

- неферромагнитную загрузочную емкость 1 с задвижкой 3;

- неферромагнитный электроприводной винтовой шнек 2;

- неферромагнитный экранирующий корпус 4 в виде усеченного конуса;

- неферромагнитный конический резонатор 5 с образующей в виде терки

- двояковыпуклые керамические диски 6, покрытые крупнозернистым абразивным материалом 7;

- фторопластовый вал ротора 8 с электроприводом;

- неферромагнитные ножи 9;

- неферромагнитную решетку 10;

- прижимное винтовое кольцо 11;

- приемную емкость 12 для шквары;

- магнетроны 13 воздушного охлаждения с вентиляторами 14 и волноводами 15;

- неферромагнитную приемную емкость 16 с шаровым краном 17.

СВЧ-установка с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме (фиг. 1-11) содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный экранирующий корпус 4 в виде усеченного конуса, внутри которого соосно жестко размещен неферромагнитный конический резонатор 5 с образующей в виде терки. Внутри неферромагнитного конического резонатора 5 с образующей в виде терки установлен фторопластовый вал ротора 8 с электроприводом, с двояковыпуклыми керамическими дисками 6, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, [3, стр. 307, рис. ХП-30], расположенными под наклоном и со сдвигом на расстояние не более одной глубины проникновения волны.

Двояковыпуклые керамические диски 6, покрытые крупнозернистым абразивным материалом 7 наклонены так, что площадь их проекции попадает на смежный керамический диск (т.е. перекрывая друг друга) и удерживает сырье до удара о терочную поверхность конического резонатора 5 с образующей в виде терки. Между неферромагнитным коническим резонатором 5 с образующей в виде терки и двояковыпуклыми керамическими дисками 6, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, имеются равные зазоры. Поэтому их диаметры уменьшаются в сторону меньшего основания конического резонатора 5 с образующей в виде терки. Через боковую поверхность неферромагнитного экранирующего корпуса 4, на образующую неферромагнитного конического резонатора 5 с образующей в виде терки, со сдвигом по спирали установлены магнетроны 13 воздушного охлаждения с вентиляторами 14 и волноводами 15, излучатели которых направлены в неферромагнитный конический резонатор 5 с образующей в виде терки. Со стороны большого основания на боковой поверхности неферромагнитного экранирующего корпуса 4 расположена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой 3, внутри которой установлен неферромагнитный электроприводной винтовой шнек 2, а неферромагнитная приемная емкость для жира 16 с шаровым краном 17 расположена под неферромагнитным коническим резонатором 5 с образующей в виде терки. Со стороны открытого конического торца неферромагнитного экранирующего корпуса 4 на фторопластовом валу ротора 8 с электроприво-дом; установлен измельчающий механизм, содержащий неферромагнитные ножи 9, неферромагнитные решетки 10 и прижимное винтовое кольцо 11, около которого установлена приемная емкость 12 для шквары.

Технологический процесс термообработки воздействием ЭМПСВЧ, обеззараживание и отделение жира от шквары при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме происходит следующим образом. Загрузить жиросодержащее мясное сырье в неферромагнитную загрузочную емкость 1, при закрытой задвижке 3. Включить электропривод ротора, представленного двояковыпуклыми керамическими дисками 6 покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, расположенными под наклоном на фторопластовом валу 9. Открыть задвижку 3 и включить электропривод неферромагнитного винтового шнека 2. После чего жиросодержащее сырье предварительно измельчается и попадает через отверстия на боковой поверхности неферромагнитного конического резонатора 5 с образующей в виде терки на вращающиеся наклонные двояковыпуклые керамические диски 6 покрытые крупнозернистым абразивным материалом 7.

Керамические диски концентрируют энергию электромагнитных излучений в жиросодержащем сырье, обеспечивают тонкое измельчение за счет абразивной поверхности и удара об образующую неферромагнитного резонатора. Концентрация энергии электромагнитного поля в объеме резонатора и уменьшение потерь на излучение достигается благодаря применению керамических дисков, обладающих высоким значением диэлектрической проницаемости (30) и малыми диэлектрическими потерями (тангенс угла диэлектрических потерь равен 0,001) [4, стр. 360]. При этом жиросодержащее сырье истирается об двояковыпуклые керамические диски 6 покрытые крупнозернистым абразивным материалом 7. Далее включить магнетроны 13 воздушного охлаждения, вентиляторы 14, тогда через волноводы 15 излучатель возбуждает электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Частота ЭМПСВЧ равна 2450 МГц, длина волны 12,24 см, глубина проникновения волны в жиросодержащее сырье 9... 11 см [5, стр. 107, табл. 1-126].

За счет центробежной силы сырье многократно ударяется о терочную поверхность неферромагнитного конического резонатора 5 с образующей в виде терки, происходит тонкое измельчение при термообработке в ЭМПСВЧ за счет токов поляризации. В коническом резонаторе обеспечивается высокая напряженность электрического поля (1,2...2 кВ/см) [6], что угнетает процессы размножения и роста микроорганизмов, разрушает их вегетативные формы, т.е. происходит обеззараживание продукта (шквары и жира).

В объеме между двояковыпуклыми керамическими дисками 6, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, толщина сырья не превышает одной глубины проникновения электромагнитной волны, на которой энергия снижается в 2,73 раз [5, стр. 105], поэтому сырье равномерно эндогенно нагревается и происходит вытопка жира. Вытопленный жир стекает через терочную поверхность неферромагнитного конического резонатора 5 с образующей в виде терки, в кольцевое пространство между ним и неферромагнитным экранирующим корпусом 4, далее попадает в неферромагнитную приемную емкость 16 для жира. Шквара продвигается с помощью наклонных двояковыпуклых керамических дисков 6, покрытых крупнозернистым абразивным материалом 7, к измельчающему механизму, содержащему неферромагнитные ножи 9, неферромагнитные решетки 10 и прижимное винтовое кольцо 11, откуда измельченная шквара высыпается в приемную емкость 12 для шквары.

Применяя несколько магнетронов, можно увеличить производительность установки и число возбуждаемых в заданном диапазоне видов колебаний для равномерного распределения электромагнитного поля в коническом резонаторе. Неферромагнитный экранирующий корпус 4, неферромагнитный электроприводной винтовой шнек 2 в загрузочной емкости, шаровой кран 17 в приемной емкости 16, неферромагнитный измельчающий механизм, содержащий неферромагнитные ножи 9, неферромагнитные решетки 10 и прижимное винтовое кольцо 11, обеспечивают электромагнитную безопасность в допустимых пределах, 10 мкВт/см [7, стр. 65].

Продолжительность воздействия ЭМПСВЧ регулируется в зависимости от вида жиросырья. При воздействии ЭМПСВЧ на многокомпонентное жиросодержащее сырье каждая элементарная частица сырья нагревается равномерно и избирательно в зависимости от его диэлектрических параметров, что повышает качество продукта.

Установка компактна, обеспечивает непрерывность процесса переработки при широком диапазоне свойств исходного жиросодержащего сырья. Установка имеет облегченный демонтаж узлов для обеспечения санитарной обработки после проведения термообработки жиросодержащего сырья.

Процесс термообработки автоматизирован. Использование данной установки дает возможность ускорить процесс термообработки сырья, снизить энергозатраты, повысить качество вытопленных жира и шквары.

Источники информации

1. Ивашов, В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности, 4.1. М.: Колос. - 2001. - 552 с.

2. Патент №2671710 РФ, МПК А22С 17/00. Микроволновая установка для термообработки сырья в процессе измельчения / Г.В. Новикова, Г.В. Жданкин, П.В. Зайцев, Е.Ю. Сергеева; заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). - №2017118717, заявл. 20.02.2017. Бюл. №31 от 06.11.2018. - 14 с.

3. Бутковский В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства / В.А. Бутковский, Е.М. Мельников. - М.: Агропромиздат, 1989. - 464 с.

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

5. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / И.А. Рогов. - М.: Легкая и пищевая промышленность. - 1981. - 288 с.

6. Патент №2161505 РФ, МПК A61L 2. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа / Ю.В. Корчагин - №99114320/13 от 1999.07.06. опубл. 2001.01.10.

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

Изобретение относится к области сельского хозяйства. СВЧ-установка с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный экранирующий корпус 4 в виде усеченного конуса, внутри которого соосно жестко размещен неферромагнитный конический резонатор 5 с образующей в виде терки. Внутри него установлен фторопластовый вал ротора 8 с электроприводом, с двояковыпуклыми керамическими дисками 6, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, расположенными под наклоном и со сдвигом на расстояние не более одной глубины проникновения волны. Двояковыпуклые керамические диски 6, покрытые крупнозернистым абразивным материалом 7, расположены под наклоном, перекрывая друг друга для удержания сырья до удара о терочную поверхность конического резонатора 5 с образующей в виде терки. Между неферромагнитным коническим резонатором 5 с образующей в виде терки и двояковыпуклыми керамическими дисками 6, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом 7, имеются равные зазоры. Поэтому диаметры двояковыпуклых керамических дисков 6 уменьшаются по направлению к конической части резонатора 5. Через боковую поверхность неферромагнитного экранирующего корпуса 4 на образующую неферромагнитного конического резонатора 5 со сдвигом по спирали установлены магнетроны 13 воздушного охлаждения с вентиляторами 14 и волноводами 15, излучатели которых направлены в неферромагнитный конический резонатор 5. Со стороны большого основания на боковой поверхности неферромагнитного экранирующего корпуса 4 расположена неферромагнитная загрузочная емкость 1 с задвижкой 3, внутри которой установлен неферромагнитный электроприводной винтовой шнек 2, а неферромагнитная приемная емкость для жира 16 с шаровым краном 17 расположена под неферромагнитным коническим резонатором 5 в виде терки. Со стороны открытого конического торца неферромагнитного экранирующего корпуса 4 на фторопластовом валу 8 ротора установлен измельчающий механизм, содержащий неферромагнитные ножи 9, решетки 10 и прижимное винтовое кольцо 11, около которого установлена приемная емкость 12 для шквары. Изобретение позволяет ускорить процесс термообработки сырья, снизить энергозатраты, повысить качество вытопленных жира и шквары. 11 ил.

СВЧ-установка с коническим резонатором для термообработки при измельчении жиросодержащего мясного сырья в непрерывном режиме содержит в горизонтальной плоскости неферромагнитный экранирующий корпус в виде усеченного конуса без основания малого диаметра, внутри которого соосно жестко размещен неферромагнитный конический резонатор без оснований с образующей в виде терки,

внутри которого установлен электроприводной ротор, собранный на фторопластовом валу, из двояковыпуклых керамических дисков, покрытых крупнозернистым абразивным материалом, расположенных под наклоном и со сдвигом на расстоянии не более одной глубины проникновения волны, так, что часть площади их проекций перекрывают площадь смежного керамического диска,

причем между неферромагнитным коническим резонатором с образующей в виде терки и двояковыпуклыми керамическими дисками, покрытыми крупнозернистым абразивным материалом, имеются равные зазоры с уменьшением диаметров дисков по направлению к меньшему основанию резонатора,

при этом через боковую поверхность неферромагнитного экранирующего корпуса на образующую неферромагнитного конического резонатора со сдвигом по спирали установлены волноводы с магнетронами воздушного охлаждения, излучатели которых направлены в неферромагнитный конический резонатор,

причем со стороны большого основания на боковой поверхности неферромагнитного экранирующего корпуса расположена неферромагнитная загрузочная емкость с задвижкой, внутри которой установлен неферромагнитный электроприводной винтовой шнек, а неферромагнитная приемная емкость для жира с шаровым краном расположена под коническим неферромагнитным резонатором в виде терки,

при этом со стороны открытого конического торца неферромагнитного экранирующего корпуса на фторопластовом валу ротора установлен измельчающий механизм, содержащий неферромагнитные ножи, решетки и прижимное винтовое кольцо, около которого установлена приемная емкость для шквары.