Результаты исследования динамики диэлектрического нагрева двухкомпонентного сырья
Creators: name: Просвирякова Марьяна Валентиновна
name: Орлова Ольга Ивановна
name: Романов Павел Николаевич
name: Котин Александр Иванович
name: Зайцев Сергей Петрович
Publisher: name: Вестник НГИЭИ
Year: 2022
Subjects: динамика нагрева
компоненты яйца
конвейерная яйцеварка
микроволновая технология
мощность диэлектрических потерь
скважность процесса
сферический резонатор
электрофизические параметры желтка и белка
энергозатраты
heating dynamics
egg components
conveyor egg cooker
microwave technology
dielectric loss power
electrophysical parameters of yolk and protein
spherical resonator
energy consumption
process continuity

description: Введение. В СВЧ-яйцеварках заложена инновационная идея, заключающаяся в том, что варка яиц, имеющих разные значения фактора диэлектрических потерь желтка и белка, находящихся в скорлупе, живое сечение пор которой не обеспечивает выделение пара в процессе эндогенного избирательного диэлектрического нагрева компонентов яйца, осуществляется с обеспечением скважности процесса воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) на яйца, менее чем 0,5. Материалы и методы. Диэлектрические параметры компонентов яйца анализировали по данным Рогова И. А. и представили их зависимости от температуры при частоте 2450 МГц в виде уравнения тренда. Плотность и теплоемкость компонентов яиц определяли из справочников теплофизических параметров веществ. Теоретические исследования динамики нагрева компонентов сырья проводили, пользуясь формулами, позволяющими оценить выделяемую в сырье мощность диэлектрических потерь. Обработка полученных результатов производилась в программе «MS Excel». Пространственное изображение узлов СВЧ-яйцеварки моделировали в системе трехмерного проектирования Компас-3D. Результаты и обсуждение. Для обоснования режимов работы СВЧ-яйцеварки проведены исследования динамики нагрева компонентов сырья при изменении их электрофизических параметров в процессе нагрева. Для реализации процесса термообработки яиц разработана СВЧ-установка непрерывно-поточного действия с тремя сферическими резонаторами и ячеистым ротором, содержащая в горизонтальной плоскости внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса сферические щелевые резонаторы, расположенные со сдвигом 120° по его периметру, и диэлектрический передвижной желоб с отверстиями, соединенный с диэлектрическим ободком, вращающимся от электропривода. Снизу передвижного желоба расположен стационарный диэлектрический желоб с выгрузным патрубком. Заключение. В разработанной СВЧ-яйцеварке удельные энергетические затраты на термообработку яиц составляют 0,217 кВт∙ч/кг, что на 32 % ниже, чем в СВЧ-яйцеварках периодического действия. Под действием ЭМПСВЧ желток эндогенно нагревается до температуры 125 °С за 130 с при напряженности электрического поля в резонаторе 200 В/см. При прохождении конвейера со средним периметром L = 252 см через три сферических резонатора диаметром 30,6 см скорость его движения равна 0,7 см/с, а один оборот конвейер выполняет за 360 с. Средняя производительность установки составляет 250 шт./ч. При таком режиме скважность процесса составляет 0,36, что меньше критической, равной 0,5. Экспериментальные исследования динамики нагрева яичной массы в стационарном режиме совпадают с достаточной доверительной вероятностью с теоретическими результатами и подтверждают, что яичная масса нагревается до 70–85 °С за 90–120 с при удельных мощностях 4–6 Вт/г.
description: Introduction. An innovative idea is laid in microwave egg cookers, which consists in the fact that the cooking of eggs with different values of the dielectric loss factor of yolk and protein, located in the shell, the live section of the pores of which does not provide steam release during endogenous selective dielectric heating of egg components, is carried out with ensuring the continuity of the process of exposure to an ultrahigh frequency electromagnetic field on eggs, less than 0.5. Materials and methods. The dielectric parameters of the egg components were analyzed according to the data of I. A. Rogov and presented their dependences on temperature at a frequency of 2450 MHz in the form of a trend equation. The density and heat capacity of the egg components were determined from the reference book of thermophysical parameters of substances. Theoretical studies of the heating dynamics of the raw materials components were carried out using formulas that allow estimating the dielectric loss power released in the raw materials. The processing of the obtained results was carried out in the program MS Excel. The spatial image of the microwave egg cooker nodes was modeled in the Compass-3D three-dimensional design system. Results and discussion. To substantiate the modes of operation of the microwave egg cooker, studies of the dynamics of heating of raw materials components when their electrophysical parameters change during heating are carried out. To implement the process of heat treatment of eggs, a continuous-flow microwave installation with three spherical resonators and a cellular rotor has been developed, containing in a horizontal plane inside a non-magnetic cylindrical shielding housing spherical slit resonators located with a shift of 120° along its perimeter, and a dielectric movable trough with holes connected to a dielectric rim rotating from an electric drive. At the bottom of the mobile chute there is a stationary dielectric chute with a discharge pipe. Conclusion. In the developed microwave egg cooker, the specific energy costs for heat treatment of eggs are 0,217 kWh/kg, which is 32 % lower than microwave egg cookers of periodic action. Under the action of EMPH, the yolk is endogenously heated to a temperature of 125 °C in 130 s at an electric field strength of 200 V/cm in the resonator. When a conveyor with an average perimeter of L = 252 cm passes through three spherical resonators with a diameter of 30.6 cm, its movement speed is 0.7 cm/s, and the conveyor performs one revolution in 360 s. The average capacity of the installation is 250 pcs/h. In this mode, the process duty cycle is 0.36, which is less than the critical value of 0,5. Experimental studies of the dynamics of heating the egg mass in stationary mode coincide with a sufficient confidence probability with theoretical results and confirm that the egg mass heats up to 70–85 °C in 90–120 s at specific capacities of 4–6 W/g.