Многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции
MULTI-MODULE CENTRIFUGAL ULTRAHIGH-FREQUENCY PLANT FOR HEAT TREATMENT OF RAW MATERIAL OF ANIMAL ORIGIN AND SEPARATION OF LIQUID FRACTION

Предлагаемое изобретение относится к техническим средствам для переработки сырья животного происхождения, в частности можно использовать при производстве кормов для животных из отходов переработки продукции птицеводства и животноводства, а также для обезжиривания измельченных костей, для извлечения жира из мягкой или твердой жиросодержащей ткани. Сырьем может служить также тушки больной павшей птицы и животных, брак колбасного и консервного цехов, непищевое жиросодержащее сырье, отходы инкубации и т.д.
Известно, что цеха по переработке продукции животноводства и птицеводства постоянно сталкиваются с проблемой переработки непищевых отходов. Это ярко проявляется на малых фермерских хозяйствах, где количество голов скота не очень высокое, но требуется продуманный подход к переработке отходов и эффективное использование продукции в качестве белкового корма. Непищевые отходы это смесь твердых частиц, жидкости и жира. Решение проблемы переработки отходов убоя животных заключается в том, чтобы отделить твердые частицы прежде, чем их загрязняющие окружающую среду элементы вступят в химическую реакцию (растворятся) в жидкости, т.е сепарировать и обеззараживать.
3
Технология переработки такого сырья предусматривает мойку, измельчение, варку, стерилизация, отделение жидкой фазы от общей массы. Для выполнения этих операций применяют отдельные машины. Процессы переработки указанного сырья энергоемки. Для тепловой обработки такого сырья применяют конвективный или кондуктивный метод подвода теплоты. При термообработке применяют котлы и аппараты разных конструкций [1, стр. 323…333]. При этом качество готовой продукции зависит от максимальной температуры и продолжительности ее воздействия. При обработке указанного сырья повышение температуры среды выше 120…130°С нежелательно, так как это приводит к ухудшению качества конечной продукции. Расход горячей воды на варку непищевых отходов при производительности 125…300 кг/ч составляет 0,6…0,7 м/ч. Поэтому совмещение процессов варки, стерилизации и отделение жидкой фракции в одном устройстве, актуальная задача.
Известны жироотделители предназначенные для обработки отходов с боен, со степенью извлечения жира до 75…80%, где нагрев осуществляется острым паром до температуры 125 в течение 2,5…3 ч с непрерывным отводом жира. При этом происходит разварка и стерилизация продукта.
Известны волчки-варильники, рушители-плавители, измельчители-плавители. Они имеют различную конструкцию и в них совмещаются процессы измельчения и тепловой обработки сырья [1]. К недостаткам таких аппаратов относятся большая продолжительность контакта сырья с высокотемпературным теплоносителем, что снижает качество жира и шквары.
Аналогом рабочей камеры служит соковыжималка «Нептун», состоящий из конической терки, дисковой терки, ситовой тарелки с прорезами, поддона и электропривода. Устройство разделяет сырье на жидкие и твердые фракции.
Нами предлагается совмещать процессы измельчения, варки, стерилизации, отделение жидкой фазы от общей массы в установке, разрабатываемой на базе соковыжималки с применением источника сверхвысокочастотной энергии. Высокая интенсивность теплообмена в разрабатываемой установке достигается путем совмещения процессов измельчения сырья в центробежном поле и эндогенного нагрева.
Технический результат достигается тем, что многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции содержит цилиндрический экранирующий корпус, внутри которого, по периферии расположены рабочие камеры, каждая из которых состоит из верхней и нижней частей,
причем верхняя часть камеры из неферромагнитного материала представлена как соосно стыкованные периметрами большого и малого диаметров усеченные конические корпуса, при этом в внутреннем усеченном коническом корпусе к образующей пристыкована усеченная коническая часть резонатора, выполненная в виде терки с внутренней насечкой, а также установлен измельчающий механизм от волчка, расположенного на крышке экранирующего корпуса, а в нижней части рабочей камеры, соосно расположены тарелка и поддон, в виде усеченных конусов и установленных на вал электродвигателя,
причем образующая диэлектрической тарелки имеет прорези, а к кольцевому основанию неферромагнитного поддона, расположенного под наклоном, пристыкован сливной патрубок, и по центру имеется подставка в виде усеченного цилиндра, куда горизонтально установлена диэлектрическая тарелка с ребрами жесткости,
при этом в тарелку уложена и закреплена с помощью зажимного винта дисковая терка, как основание конического резонатора,
при этом через нижнее основание цилиндрического экранирующего корпуса проходят валы индивидуальных электродвигателей, прикрепленных на монтажный каркас,
причем сливные патрубки от всех рабочих камер направлены к центру экранирующего корпуса, где расположена емкость для приема жидкой фракции, а емкости для твердой фракции пристыкованы к образующей цилиндрического корпуса с наружной стороны в тех местах, где на верхних краях поддонов имеются вырезы.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение многомодульной центробежной сверхвысокочастотной установки для термообработки сырья и отделения жидкой фракции (вид сверху): 1 - цилиндрический экранирующий корпус; 2 - рабочие камеры; 3 - сверхвысокочастотные генераторные блоки; 4 - сливные патрубки; 5 - емкость для жидкой фракции; 6 - измельчители «Волчек»; 7 - емкости для твердой фракции.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение многомодульной центробежной сверхвысокочастотной установки для термообработки сырья и отделения жидкой фракции (вид сбоку): 1 - цилиндрический экранирующий корпус; 2 - рабочие камеры; 3 - сверхвысокочастотные генераторные блоки; 4 - сливные патрубки; 7 - емкость для твердой фракции; 8 - электродвигатели; 11 - конические части резонаторов; 12 - дисковые части резонаторов.
На фиг. 3 приведено схематическое изображение рабочей камеры: 3 -сверхвысокочастотный генераторный блок; 9 - верхняя часть рабочей камеры; 10 - измельчающий механизм (нож и решетка, нагнетательный шнек); 11 - коническая часть резонатора (усеченный конус); 12 - дисковая часть резонатора; 13 - нижняя часть рабочей камеры; 14 - коническая тарелка из диэлектрического материала; 15 - поддон конический из неферромагнитного материала; 16 - отверстие для фиксатора тарелки и диска, выполненные в виде терки; 17 - отверстие для вала электродвигателя.
На фиг. 4 приведено пространственное изображение общего вида рабочей камеры установки: 3 - сверхвысокочастотный генераторный блок; 9 - верхняя часть рабочей камеры; 10 - измельчающий механизм (нож и решетка, нагнетательный шнек); 13 - нижняя часть рабочей камеры; 15 - поддон конический из неферромагнитного материала.
На фиг. 5 приведено пространственное изображение рабочей камеры установки (в разрезе): 3 - сверхвысокочастотный генераторный блок; 4 - сливной патрубок; 9 - верхняя часть рабочей камеры; 10 - измельчающий механизм (нож и решетка, нагнетательный шнек); 11 - коническая часть резонатора (усеченный конус); 12 - дисковая часть резонатора; 13 - нижняя часть рабочей камеры; 14 - коническая тарелка из диэлектрического материала; 15 - поддон конический из неферромагнитного материала; 16 - отверстие для фиксатора тарелки и диска; 17 - отверстие для вала электродвигателя.
На фиг. 6 приведено пространственное изображение верхней части рабочей камеры из неферромагнитного материала с коническим корпусом в центре, куда соосно в плотную установлена коническая часть резонатора: 11 - коническая часть резонатора.
На фиг. 7 приведено пространственное изображение конической тарелки с прорезами на образующей и ребрами жесткости на основании, выполненной из диэлектрического материала.
На фиг. 8 приведено пространственное изображение поддона, кольцевая плоскость его основания расположена с наклоном в сторону сливного патрубка: 4 - сливной патрубок.
На фиг. 9 приведено пространственное изображение дисковой терки (дисковая часть резонатора).
Многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции содержит: цилиндрический экранирующий корпус 1, внутри которого по периферии расположены рабочие камеры 2 (фиг. 1, 2, 3). На крышке экранирующего корпуса 1 расположены сверхвысокочастотные генераторные блоки 3. Каждая рабочая камера 2 состоит из двух частей: - верхняя и нижняя. Нижняя часть содержит сливной патрубок 4 из неферромагнитного материала, выполняющий функцию запредельного волновода. Все сливные патрубки соединены с емкостью 5 для сбора жидкой фракции. Для этого рабочие камеры установлены по периферии цилиндрического экранирующего корпуса так, что сливные патрубки 4 направлены в центр, где расположена емкость 5. Через крышку экранирующего корпуса 1 и корпуса верхней части 9 рабочей камеры 2 проложен корпус нагнетательного шнека от измельчителя «Волчек» 6. Причем измельчающий механизм (решетка и нож) 10 вставлен в боковую поверхность конического корпуса и конической части резонатора 11. С боковой стороны экранирующего корпуса 1 (снаружи) установлены емкости 7 для сбора твердой фракции. Каждая рабочая камера 2 имеет индивидуальный электроприводной блок 8, установленный под основанием экранирующего корпуса 1, и прикрепленный к монтажному каркасу (фиг. 2).
В верхней части рабочей камеры 2 (фиг. 3, 4, 6) имеется коническая часть 11 резонатора, выполненная в виде терки с внутренней насечкой и фиксированная в плотную к коническому корпусу из неферромагнитного материала с помощью специального фиксатора. Причем, этот конический корпус направлен соосно в нижнюю часть 13 рабочей камеры 2. Нижняя часть 13 рабочей камеры 2 состоит из конической диэлектрической тарелки 14. (фиг. 7) и конического поддона 15 из неферромагнитного материала (фиг. 8). Основание конического поддона с малым диаметром, выполненный под наклоном и содержащий сливной патрубок 4 для слива жидкой фракции продукта, устанавливается на электроприводной блок 8. При этом на вал электродвигателя жестко фиксируется, с помощью зажимного винта, коническая диэлектрическая тарелка 14 с прорезами на образующей и дисковая часть резонатора в виде терки 12, расположенная на основании тарелки 14. На верхнем крае конического поддона 15 имеется вырез для выгрузки твердой фракции продукта.
Коническая часть резонатора (усеченный конус) 11, выполнена в виде терки с внутренней насечкой. Дисковая часть резонатора12 выполнена также в виде терки (фиг. 9). Размеры конического резонатора с насечкой согласованы с длиной волны. Коническая диэлектрическая тарелка 14 и дисковая часть 12 резонатора устанавливаются на вал электродвигателя с помощью зажимного винта, что позволяет легко демонтировать узлы. Дисковая часть резонатора 12 выполнена в виде терки и по центру имеет отверстие 16. Образующая конической диэлектрической тарелки 14 выполнена с прорезами (фиг.). На основании тарелки (фиг. 7) по центру имеется отверстие 16 для вала электродвигателя. Конический поддон 14 по центру имеет подставку для конической тарелки 14 и отверстие 17 для вала электродвигателя. Все эти отверстия 16, 17 расположены соосно.
Технологический процесс термообработки, обеззараживания и разделения на фракции непищевых отходов происходит следующим образом. Установить на вал электродвигателя поддон 15, коническую тарелку 14 с дисковой теркой 12 и зафиксировать с помощью специального зажимного винта. Дисковая терка 12 должна быть прижата к горизонтальным ребрам конической тарелки 14, образуя центрифугу. Коническая терка 11 (коническая часть резонатора) крепится внутри конического корпуса верхней части рабочей камеры за счет защелок. Верхняя часть рабочей камеры 9 фиксируется на поддоне 15 ее поворотом так, чтобы выступы на поддоне вошли в пазы на верхней части рабочей камеры 9. Установить емкости для твердой фракции в местах, где имеются вырезы на верхних краях конических поддонов 15 (фиг. 4, 5). Сливные патрубки 4 направить в емкость для жидкой фракции 5 (фиг. 1). Закрыть крышку экранирующего корпуса 1. Подключить установку к сети, включить электродвигатели 8 центрифуг (привода дисковых терок 12 с коническими тарелками 14). Включить электродвигатели волчков 6, которые подают в резонаторную камеру (11, 12) измельченное сырье, где начинаются процессы центрифугирования. Далее после включения сверхвысокочастотных генераторов 3 сырье нагревается в электромагнитном поле. Конический резонатор выполнен в виде терки. В связи с тем, что резонатор представлен в виде конической терки (стационарная часть) и дисковой терки (вращающаяся часть) одновременно происходит тонкое измельчение сырья, эндогенный нагрев, вытопка жира. В рабочей камере происходит разделения сырья на жидкую и твердую фракции за счет создания избыточного давления между конической тарелкой с прорезями 14 и образующей поддона 15 области отжима. Рабочая камера, содержащая две терки, устроена таким образом, что позволяет перерабатывать непищевые отходы разной консистенции, после предварительного измельчения с помощью «Волчка». Диэлектрическая коническая тарелка 14 с прорезями выполняет функцию центрифуги.
Рабочая камера измельчения, термообработки и отжима сырья позволяет вести переработку неограниченное время за счет эффективного удаления твердой фазы, т.е. не требуется периодической очистки прорезей тарелки 14. Такая конструкция рабочей камеры обеспечивает повышенную эффективность термообработки и обеззараживания сырья, разделение сырья на жидкую и твердую фракцию. Для осуществления указанных технологических процессов необходимо разрушить белковую структуру сырья измельчением. Принцип работы основан на измельчении в центрифуге сырья терками и отжимании измельченных масс центробежными силами на прорезях тарелки - центрифуги. Вид и состояние исходного сырья для переработки может быть довольно многообразным. Расплавленная жировая масса стекает через дисковую терку 12 в сливной патрубок 4, далее в емкость для жидкой фракции 5.
В установке используется надежный, асинхронный электродвигатель, способный выдерживать длительную непрерывную нагрузку.
Дисковая терка (фиг. 9), выполненная из прочной нержавеющей стали, измельчает сырье в кашицу, затем, попадая в центрифугу, «кашица» выделяет жидкую фракцию под действием больших оборотов. Для жидкой и твердой фракций предусмотрены две раздельные емкости. Измельченное сыре, центробежными силами прижимается к тарелке с прорезами. Например, тонкоизмельченное жиросодержащее сырье за 15…30 с нагревается до 85…95°С и плавится, а шквара собирается вверх и выносится через прорези в тарелке.
Скорость вращения дисковой терки и тарелки, объем измельченного сырья в коническом резонаторе, структура сырья влияют на производительность установки. Установка обеспечивает непрерывность процесса при широком диапазоне свойств исходного сырья. Процесс термообработки и обеззараживания сырья автоматизирован и температура контролируется. Производительность установки зависит от количества и мощности сверхвысокочастотных генераторов, электрофизических параметров сырья. Для получения желаемой степени отжима твердой фракции следует устанавливать конусную тарелку с прорезями с определенным размером. На производительность установки влияют: размер прорезей, содержание твердой фракции в сырье, температура нагрева.
Конечный продукт имеет высокое качество, так как полностью обеззараживается. За счет улучшения микробиологических показателей увеличивается срок годности продукта. Установка работает в непрерывном режиме, она оборудована панелью управления с регулятором мощности излучения, таймером, кнопками включения и отключения генераторов, привода диска и «Волчка», сигнальными лампами и т.п.
Отсепарированная жидкая фракция направляется в накопитель для выделения технического жира, а вареная твердая фракция непищевых отходов направляется для использования в качестве кормовой белковой добавки животным. Оптимальный вариант загрузки в измельчитель «Волчек» зависит от консистенции непищевого отхода убоя животных.
В рабочей камере происходит тонкое измельчение, варка, стерилизация и разделение твердой и жидкой фракции. Причем твердая фракция это пористая, рассыпчатая масса с низкой адгезией, в ней превосходное движение воздуха, удаляющего неприятный запах, темно-коричневым цветом.
Источники информации: 1. Ивашов, В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Часть 1. Оборудование для убоя и первичной обработки. - М.: Колос, 2001. - 552 с (С. 332).