ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЖИРОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
CENTRIFUGAL DEVICE FOR HEAT TREATMENT OF FAT-CONTAINING RAW MATERIALS IN ELECTROMAGNETIC FIELD OF ULTRAHIGH FREQUENCY

Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и предназначено для вытопки и обеззараживания жира из измельченного жиросодержащего сырья.
Известно оборудование для тепловой обработки жиросодержащего сырья периодического (котлы, автоклавы) и непрерывного (шнековые, барабанные, роторные) действия, а также имеются установки, совмещающие тепловую обработку и измельчение сырья. В этих установках сырье обрабатывается в больших объемах, соответственно длительность теплвой обработки увеличивается до 4…5 часов, а значит ухудшается качество жира и шквары. К тому же необходимо повышать температуру стерилизации сырья, так как в процессе его хранения при комнатной температуре происходит быстрое размножение бактериальной микрофлоры, что неблагоприятно сказывается на качестве готового продукта. В некоторых аппаратах непрерывного действия (виброэкстракторах) процесс теплового извлечения жира интенсифицируется вибрацией теплопередающей среды (воды).
Известно, что измельченное мякотное жиросодержащее сырье перерабатывают сухим способом в герметичном котле, в рубашку которого под давлением 0,3…0,4 МПа подается пар. Затем сырье варят и стерилизуют в котле при давлении 0,1…0,15 МПа. Степень извлечения жира при применении данного способа достигает 75% [1, стр. 330].
Аналогами являются центробежные машины для обработки шерстных и слизистых субпродуктов. Например, машина МОС-1 имеет цилиндрический корпус и диск-ротор, а также электродвигатель с передаточным механизмом [1, стр. 243…246].
Известны установки для термообработки измельченного сырья воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) [2].
Предлагаемое изобретение предназначено для вытопки и обеззараживания жира (из измельченного жиросодержащего сырья: свиного жира, мездры, кости).
Технологической задачей изобретения является интенсификация процесса извлечения и обеззараживания жира из жиросодержащего сырья и улучшение качества жира и шквары при сниженных энергетических затратах.
Технический результат достигается тем, что центробежная установка содержит (фиг. 3) неподвижный цилиндрический экранирующий корпус 1 из неферромагнитного материала. В крышке 3 корпуса 1 имеется патрубок 4 и смотровое окно. Корпус 1, поддон 10 и электродвигатель с передаточными механизмами 12 установлены на станине 13. Внутри экранирующего корпуса 1 имеется коаксиально расположенный цилиндр 15 из неферромагнитного материала, а также горизонтально расположенный диск-ротор 2. На последнем по периферии установлены нижние перфорированные полусферы 9 резонаторных камер. Под крышкой 3 экранирующего корпуса по концентрической окружности расположены верхние полусферы 8 резонаторных камер. В каждой из верхних полусфер по центру установлена диэлектрическая втулка 7, внутрь которой направлен соответствующий излучатель 6 от СВЧ генераторных блоков 5. Цилиндр 15 жестко прикреплен к крышке 3 экранирующего корпуса 1. Приемный патрубок 4 расположен над нижней перфорированной полусферой 9 резонаторной камеры, а выпускной патрубок 11 состыкован с поддоном 10 через боковую поверхность экранирующего корпуса 1. Поддон 10 содержит усеченный конус 14, диаметр верхнего основания которого равен диаметру цилиндра 15. Диск-ротор 2 приводится в движение от электродвигателя 12. Кольцевое пространство между экранирующим корпусом 1 и цилиндром 15 образует тороидальный волновод 16.
На фиг. 1 изображена центробежная установка для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 1 - экранирующий цилиндрический корпус; 2 - перфорированный диск-ротор; 3 - крышка экранирующего корпуса со смотровым окном; 4 - приемный патрубок; 5 - СВЧ генераторные блоки; 6 - излучатель; 7 - диэлектрическая втулка; 8 - верхние (стационарные) полусферы резонаторных камер; 9 - нижние (передвижные) перфорированные полусферы резонаторных камер; 10 - поддон; 11 - выпускной патрубок; 12 - электродвигатель с передаточными механизмами; 13 - станина; 14 - усеченный конус; 15 - цилиндр; 16 - тороидальный волновод.
На фиг. 2 показан вид сверху центробежной установки для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 1 - экранирующий цилиндрический корпус; 2 - перфорированный диск-ротор; 3 - крышка экранирующего корпуса со смотровым окном; 4 - приемный патрубок; 5 - СВЧ генераторные блоки; 6 - излучатель; 7 - диэлектрическая втулка; 8 - верхние (стационарные) полусферы резонаторных камер; 9 - нижние (передвижные) перфорированные полусферы резонаторных камер; 10 - поддон; 11 - выпускной патрубок; 12 - электродвигатель с передаточными механизмами; 13 - станина; 15 - цилиндр; 16 - тороидальный волновод.
На фиг. 3 изображен разрез А-А центробежной установки для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 1 - экранирующий цилиндрический корпус; 2 - перфорированный диск-ротор; 9 - нижние (передвижные) перфорированные полусферы резонаторных камер; 11 - выпускной патрубок; 15 - цилиндр.
На фиг. 4 приведено схематическое изображение центробежной установки для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты: 1 - экранирующий цилиндрический корпус; 2 - перфорированный диск-ротор; 3 - крышка экранирующего корпуса со смотровым окном; 4 - приемный патрубок; 5 - СВЧ генераторные блоки; 6 - излучатель; 7 - диэлектрическая втулка; 8 - верхние (стационарные) полусферы резонаторной камеры; 9 - нижние (передвижные) перфорированные полусферы резонаторной камеры; 10 - поддон; 11 - выпускной патрубок; 12 - электродвигатель с передаточными механизмами; 13 - станина; 14 - усеченный конус; 15 - цилиндр; 16 - тороидальный волновод.
Центробежная установка для термообработки жиросодержащего сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (фиг. 1) содержит станину 13 для монтажа комплектующих узлов. На станину установлены: неподвижный цилиндрический экранирующий корпус 1 (из неферромагнитного материала) с приемным патрубком 4 и смотровым окном на крышке 3, поддон 10 и электродвигатель 12 с передаточными механизмами. На крышке 3 экранирующего корпуса 1 (фиг. 1, 2) установлены сверхвысокочастотные генераторные блоки 5 так, что их излучатели 5 направлены внутрь полусфер 8 резонаторных камер через отверстия в экранирующем корпусе 1. Сферические резонаторные камеры представлены в виде двух полусфер 8, 9. Причем верхние полусферы 8 жестко закреплены под крышкой 3 (стационарные части сферических резонаторных камер), а нижние передвижные части 9 - перфорированы. Внутри экранирующего корпуса 1 горизонтально расположен диск-ротор 2 (фиг. 1), на который по периферии установлены нижние перфорированные полусферы 9 (фиг. 1, 3) резонаторных камер. По центру диска-ротора 2, коаксиально корпусу 1 установлен неферромагнитный цилиндр 15. Он жестко прикреплен основанием к крышке 3 (с внутренней стороны) экранирующего корпуса 1. В кольцевом пространстве находятся резонаторные камеры (стационарные 8 и передвижные полусферы 9). В промежутке между крышкой 3 экранирующего корпуса 1 и перфорированными полусферами 9, по концентрической окружности, расположены верхние полусферы 8 резонаторных камер.
В центре каждой из верхних полусфер содержится диэлектрическая втулка 7, внутрь которой направлен соответствующий излучатель 6 от СВЧ генераторного блока 5 (фиг.4). Втулки исключают коронирование между излучателем 6 и поверхностью крышки 3 экранирующего корпуса 1. Приемный патрубок 4 расположен на крышке 3 корпуса 1 и над перфорированной полусферой 9. Выпускной патрубок 11 расположен на боковой поверхности экранирующего корпуса 1 и состыкован с поддоном 10. Внутри поддона 10 имеется усеченный конус 14 (для ограждения опорных элементов от продукта), диаметр верхнего основания которого равен диаметру цилиндра 15. Ротор-диск 2 приводится в движение от электродвигателя 12. Смотровое окно выполнено из неферромагнитной мелкоячеистой сетки, покрытой термостойким стеклом, защищающим от утечки токов СВЧ.
Нижние перфорированные полусферы резонаторных камер расположены вертикально открытой частью в сторону верхних стационарных полусфер (фиг.4). Зазор между полусферами, а также зазор между диском 2 и цилиндром 15 менее четверти длины волны сверхвысокочастотного диапазона. Диск-ротор 2 выполнен из неферромагнитного материала, и его кольцевая часть перфорирована.
Количество СВЧ генераторных блоков 5 влияет на производительность установки. Под каждым генераторным блоком 5 расположены верхние полусферы резонаторных камер. Их количество отличается от количества нижних перфорированных полусфер резонаторных камер 5.
Кольцевое пространство является тороидальным волноводом 16 прямоугольного сечения.
Рабочий процесс в машине происходит следующим образом.
Включают электродвигатель 12 для вращения диск-ротора 2. Вместе с ротором перемещаются нижние перфорированные полусферы 9. Измельченное жиросодержащее сырье загружают в перфорированные полусферы 9 через патрубок 4, установленный в отверстие на крышки 3 экранирующего корпуса 1. Загрузка происходит в процессе перемещения перфорированных полусфер 9. После заполнения всех перфорированных полусфер 9 включают все СВЧ генераторные блоки 5.
При стыковании верхней 8 и нижней полусфер 9 образуется объемный резонатор, заполненный жиросодержащим сырьем, где генерируется эндогенное тепло за счет воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ). При этом сверхвысокочастотная энергия подводится от СВЧ генераторного блока 5, содержащего магнетрон с излучателем 6, направленным через диэлектрическую втулку 7 в центр верхней полусферы 8. Жиросодержащее сырье, находящееся в нижней перфорированной полусфере 9, в процессе передвижения подвергается воздействию ЭМП СВЧ при стыковании со стационарной частью резонаторной камеры, т.е. с верхней полусферой 8. За счет диэлектрического нагрева измельченного сырья происходит вытопка жира.
В процессе воздействия ЭМП СВЧ на сырье, через перфорации в полусферах 9 и через зазор между полусферами 8 и 9 резонаторной камеры (излучающие щели) происходит распространение волн СВЧ диапазона за пределами объемного резонатора, т.е. электромагнитные волны распространяются в тороидальном волноводе 16 прямоугольного сечения, образованном в кольцевом пространстве между экранирующим корпусом 1 и цилиндром 15. При этом поток бегущей волны в волноводе 16 поглощается с сырьем, находящимся в нижних перфорированных сферах 9, не стыкованных с верхними полусферами 8. Таким образом, увеличивается добротность электродинамической системы «СВЧ генератор - объемный резонатор в волноводе - жиросодержащее сырье».
Шквара измельчается следующим образом. При вращении диска-ротора 2 сырье увлекается полусферой 9 в движение и под действием центробежных сил, сил инерции и силами трения отбрасывается к периферии, за счет чего измельчается. Вытопленный жир и измельченная шквара выходят через перфорацию полусферы 9 и накапливается в поддоне 10, вылетая через перфорацию диска-ротора 2. Элементы привода и опорные стойки защищены от попадания вытопленного жира с помощью усеченного конуса 14, закрепленного на основании поддона 10.
о
Через выпускной патрубок 11 с помощью шестеренного насоса, предназначенного для вязких продуктов, расплавленная жировая масса (жир и шквара) температурой 75…80С перекачивается из поддона в тару.
Приемный 4 и выпускной 11 патрубки выполняют функции запредельных волноводов, их длина и диаметр согласованы с длиной волны (12,4 см) так, что ограничивает излучение до допустимого уровня для обслуживающего персонала.
При обеспечении высокой напряженности электрического поля СВЧ (1…10 кВ/см) продукт полностью обеззараживается.
Подача исходного жиросодержащего сырья через приемный патрубок 4 в перфорированные полусферы 9, мощность СВЧ генераторов 5 и частота вращения диск-ротора регулируются.
Установка позволяет снизить энергетические затраты на обеззараживание и вытопку жира из измельченного жиросодержащего сырья, улучшить их энергетическую ценность. Под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) происходит поляризация диполей, за счет чего в сырье генерируется эндогенное тепло. Капиллярная влага интенсивно переходит в пар, вызывая резкий рост давления в сырье. Переход влаги в парообразное состояние и ее выталкивание на поверхность сырья происходит в результате избыточного давления. Содержание водорастворимых веществ увеличивается, что положительно влияет на органолептические свойства и консистенцию продукта. Благодаря многократному импульсному воздействию ЭМП СВЧ (малой продолжительности), практически полностью сохраняется витаминный комплекс продукта.
Источники информации
1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. - М.: Колос, 2001. - 552 с.
2. Патент №2409915 РФ, МПК H05B 6/64. Установка для диатермической обработки измельченного сырья / Т.М. Григорьева, М.В Белова, Г.В. Новикова; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). - №2010101203/07 (001598); заявл. 15.01.2010; опубл. 20.01.2011. Бюл. №2. - 12 с.