Способы и СВЧ техника для дефростации и разогрева молозива животных
Способы и СВЧ техника для дефростации и разогрева молозива животных
Аннотация
Материалы и методы. Выработанные требования к технологическому оборудованию для размораживания и разогрева молозива животных предусматривают возможность обеспечения оптимального протекания технологического процесса при оптимальном конструировании установки с учетом критериев оптимизации параметров, отражающих как техническое, так и технологическое функционирование оборудования.
Результаты и обсуждение. Приведены СВЧ дефростеры с одними и двумя резонаторами, предназначенные для фермерских хозяйств. При дефростации измельченного замороженного сырья преимущественнее использование СВЧ установки с одним коаксиальным резонатором, содержащим в кольцевом пространстве электроприводной диэлектрический ротор с многоярусными перфорированными эллипсоидными камерами, позволяющими за счет центробежной силы отделить жидкую часть при фазовом переходе. Установка обеспечивает без экранирующего корпуса электромагнитную безопасность и обладает достаточно высокой собственной добротностью (8500) в связи с тем, что внутренний цилиндр коаксиального резонатора заменен шнеком, обладающим намного меньшим площадью поверхности, чем цилиндр. Использование трех магнетронов воздушного охлаждения со сдвигом на 120 градусов по периметру наружного цилиндра повышает надежность установки в случае длительной непрерывной работы, и обеспечивает равномерное распределение электромагнитного поля.
Заключение. При выборе эффективных методов замораживания молозива животных следует анализировать технические особенности и возможности ферм КРС. В теплофизическом аспекте рациональные условия и методы замораживания и дефростации молозива надо искать в повышении интенсивности теплоотдачи и сокращения продолжительности процесса дефростации и разогрева, путем уменьшения размеров замороженных частиц и использования СВЧ энергоподвода в один объемный резонатор. Электродинамическая система обеспечивает заданные параметры ЭМП, а именно необходимую мощность (2,4-3,0 кВт) и выполнение требований к введению технологического процесса дефростации и разогрева сырья при реализации необходимых температурных режимов и достаточной напряженности электрического поля (0,6-1,2 кВ/см) для обеспечения снижения бактериальной обсемененности продукта до ПДК.
1. Введение
Способы дефростации молозива животных довольно разнообразны, их выбор зависит от того в какой таре заморожено молозиво, от этого зависит режимы воздействия ЭМПСВЧ. Наиболее распространенный способ замораживания молозива в условиях фермерских хозяйств, это в пластиковых бутылках разного объема. Поэтому разработанные рабочие камеры в виде объемных резонаторов рассчитаны на реализацию технологии размораживания и разогрева сырья, замороженного в пластиковых бутылках
, , . Особенность такого способа размораживания и разогрева молозива состоит в использовании для реализации процесса, с учетом фазового перехода сырья, двухрезонаторной СВЧ установки (рис. 1).
Рисунок 1 - СВЧ-размораживатель непрерывно-поточного действия с состыкованными коаксиальным и коническим резонаторами для дефростации и разогрева молозива животных (патент № 2761810)
2. Методы и принципы исследования
На основе обзора литературы
, , и практического опыта коллектива научной школы , , , выработаны требования к технологическому оборудованию для размораживания и разогрева молозива животных:1. Обеспечить оптимальное протекание технологического процесса. При разработке дефростера проводят оптимальное конструирование, когда в число критериев оптимизации входят все параметры, отражающие как техническое, так и технологическое функционирование оборудования;
2. Иметь хорошую технико-экономическую эффективность (снижение затрат на единицу продукции, рост производительности труда)
, , ;3. Должно быть технически совершенно (соответствует современному уровню техники) и надежно (сохранять эксплуатационные показатели в заданных пределах);
4. Должно быть технологичным (конструкция должна соответствовать оптимальным способом изготовления);
5. Максимальное применение стандартных деталей и изделий. Это повысит технологичность и серийность установки, ускорить проектирование и снизить ремонтную сложность, что удешевляет производство;
6. Должно состоять из несложно соединяемых узлов и блоков, что облегчает разборку и сборку при монтаже и ремонте;
7. Рабочие органы должны обладать высокой износостойкостью;
8. Детали внутри резонатора должны быть из фторопласта;
9. Должно обеспечит электромагнитную безопасность и соблюдение производственной санитарии.
Трехмерное проектирование конструкционных исполнений установок проводили с помощью программы SolidWorks, Компас 3D V20.
3. Основные результаты
Молозиво животных во всех фермах КРС замораживают до – 10 оС в пластиковых бутылках с целью обеспечения продолжительного хранения и сохранения максимальной степени их питательной ценности. Методы и оборудование для замораживания разнообразные, но преимущественно – это морозильные камеры. Перспективнее технология замораживания в псевдоожиженном слое, с получением продукта россыпью. В этом случае высокая эффективность аппаратов обусловлена коэффициентом теплоотдачи молозива – до 180 Вт/(м2∙оС)
. При этом воздушный поток играет роль воздушной подушки и пронизывает целиком слой молозива в морозильной камере и замороженный продукт россыпью высокого качества. Такие аппараты существуют для замораживания различных фруктов и овощей. Для замораживания молозива животных с получением россыпью находится на стадии разработки из-за высоких требований к стерильности воздуха, обеспечивающего псевдоожижения. При использовании замороженного молозива россыпью, продолжительность его размораживания и разогрева в СВЧ установке и эксплуатационные затраты на технологический процесс на много уменьшится, и кормовая ценность сохранится. Ниже приведены некоторые СВЧ дефростеры с одними и двумя резонаторами, предназначенные для фермерских хозяйств. Первая установка выполнена с коаксиальным и коническим резонаторами (рис. 1). В кольцевом пространстве перемещается электроприводной конвейер с замороженным сырьем в пластиковых бутылках. На основании коаксиального резонатора, со средним периметром, кратным половине длины волны, имеется загрузочный патрубок 13, выполняющий функцию запредельного волновода. Перфорированное основание 4 конического резонатора диаметром менее четверти длины волны.
Рисунок 2 - СВЧ-размораживатель с состыкованными вершинами конических резонаторов (патент № 2775137)
Примечание: 1 − верхний усечённый конический резонатор, 2 − диэлектрический контейнер с отсеками; 4 − магнетроны на основании верхнего усеченного конического резонатора; 5 − диэлектрический вал для вращения диэлектрического контейнера; 6 − цилиндрическая неферромагнитная муфта; 7 − нижний усечённый конический резонатор; 8 − диэлектрическая направляющая в виде усеченного конуса; 9 − диэлектрическая коническая направляющая; 10 − диэлектрический конический накопитель; 11 − шаровой кран; 12 − магнетроны на основании нижнего усеченного конического резонатора; 13 − опорные ролики; 14 − замороженное сырье без пластиковой бутылки; 15 − запредельный волновод
Рисунок 3 - СВЧ-размораживатель молозива животных с соосно расположенными тороидальным и цилиндрическим резонаторами
Примечание: 1 − тороидальный резонатор; 2 − тороидальная часть резонатора; 3 - перфорированное основание; 4 − керамическая обечайка в виде усеченного конуса; 5 − конденсаторная часть тороидального резонатора; 6 − электроприводной диэлектрический перфорированный секционный диск; 7, 9 − магнетроны; 8 - окно для загрузки сырья, закрытое алюминиевой шторой; 10 − неферромагнитное основание; 11 − цилиндрический резонатор; 12 − патрубок с шаровым краном
Рисунок 4 - СВЧ-размораживатель молозива животных непрерывно-поточного действия с тороидальным резонатором
Примечание: заявка № 2022120392 (положительное решение)
Рисунок 5 - Размораживатель молозива животных непрерывно-поточного действия с СВЧ энергоподводом в коаксиальный резонатор
Примечание: 1 − неферромагнитный цилиндрический экранирующий корпус; 2 − коаксиальный резонатор; 3 − перфорированные радиопрозрачные эллипсоиды; 4 − радиопрозрачный перфорированный цилиндр; 5 − неферромагнитный винтовой шнек; 6 − зубчатый венец; 7 − электроприводная шестерня; 8, 10 − неферромагнитная емкость приемная; 9 − приемная емкость для разогретого молозива; 11 − приемная емкость для отходов; 12 − магнетроны воздушного охлаждения; 13 − неферромагнитная емкость загрузочная; 14 − измельчающий механизм
4. Заключение
1. Предварительные исследования показывают, что при выборе рациональных условий и эффективных методов замораживания молозива животных следует анализировать множество факторов: технические особенности и возможности ферм КРС;
2. В теплофизическом аспекте рациональные условия и методы замораживания и дефростации молозива надо искать в повышении интенсивности теплоотдачи и сокращения продолжительности процесса дефростации и разогрева, путем уменьшения размеров замороженных частиц и использования СВЧ энергоподвода в один объемный резонатор;
3. На данном этапе исследований к перспективной конструкции можно отнести СВЧ дефростер с коаксиальным резонатором, позволяющим размораживать и разогревать сырье в турбулентном режиме в процессе транспортирования с помощью винтового шнека, шагом не более две глубины проникновения волны в сырье . Установка обеспечивает без экранирующего корпуса электромагнитную безопасность и обладает достаточно высокой собственной добротностью (8500) в связи с тем, что внутренний цилиндр коаксиального резонатора заменен шнеком, обладающим намного меньшим площадью поверхности, чем цилиндр;
4. Электродинамическая система обеспечивает заданные параметры ЭМП, а именно необходимую мощность (2,4-3,0 кВт) и выполнение требований к введению технологического процесса дефростации и разогрева сырья при реализации необходимых температурных режимов и достаточной напряженности электрического поля (0,6-1,2 кВ/см) для обеспечения снижения бактериальной обсемененности продукта до ПДК;
5. Использование трех магнетронов воздушного охлаждения со сдвигом на 120 градусов по периметру наружного цилиндра повышает надежность установки в случае длительной непрерывной работы, и обеспечивает равномерное распределение электромагнитного поля бегущей волны в кольцевом пространстве, средний периметр которого кратен половине длины волны.