СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ ЖИРА
MICROWAVE PLANT FOR MELTING FAT

Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию предприятий мясной промышленности и предназначено для вытопки и обеззараживания жира из жиросодержащего сырья.
Для вытопки жира из жиросодержащего сырья глухим и острым паром имеются вакуумные котлы разной конструкции и производительности. Они различаются удельной площадью поверхности теплопередачи, конструкциями мешалок, системами вакуумирования и автоматизации процессов. К недостаткам котлов относятся большая продолжительность контакта сырья с высокотемпературным теплоносителем, что снижает качество жира и шквары [1, стр. 332].
Известны установки для термообработки измельченного сырья воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) [2].
В некоторых СВЧ устройствах применяются не отдельные резонаторы, а цепочка резонаторов [3, стр. 77].
Предлагаемое изобретение предназначено для переработки всех видов мягкого жиросодержащего сырья.
Технологической задачей изобретения является интенсификация процесса извлечения и обеззараживания жира из жиросодержащего сырья и улучшение качества жира и шквары.
Технический результат достигается тем, что сверхвысокочастотная установка для плавления жира содержит на монтажном каркасе цилиндрический экранирующий корпус с конусным дном, внутри которого жестко закреплена резонаторная камера из неферромагнитного материала, выполненная из перфорированных сфер, закрепленных равномерно по периметру к боковой поверхности цилиндра, имеющей окна, стыкованные с окнами на соответствующих сферах, при этом размеры окон, параметры цилиндра и диаметр сферы согласованы с длиной волны, а их количество - с количеством сфер, причем СВЧ генераторные блоки прикреплены к боковой поверхности экранирующего корпуса с наружной стороны так, что излучатели направлены через диэлектрические втулки в соответствующие сферы, причем на верхнее основание врезана решетка измельчающего механизма, содержащего ножи и нагнетательный шнек, связанный с приемной емкостью, расположенной на верхнем основании экранирующего корпуса, при этом внутри цилиндра соосно расположен диэлектрический лопастной питатель, выполняющий функцию дисектора, электродвигатель которого расположен с наружной стороны экранирующего корпуса, коническое дно которого содержит сливной патрубок, соединенный с насосом.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение сверхвысокочастотной установки для плавления жира (вид спереди): 1 - экранирующий корпус в виде цилиндра с коническим дном; 2 - цилиндрическая часть резонаторной камеры; 3 - сферическая часть резонаторной камеры; 4 - СВЧ генераторный блок; 5 - излучатель от магнетрона; 6 - фторопластовый лопастной питатель с электродвигателем (дисектор); 7, 8 - измельчающий механизм (ножи и решетки); 9 - нагнетательный шнек; 10 - приемная емкость; 11 - патрубок с вентилем; 12 - насос для отвода расплавленной жиромассы.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение сверхвысокочастотной установки для плавления жира (вид сверху): 1 - экранирующий корпус в виде цилиндра с коническим дном; 2 - цилиндрическая часть резонаторной камеры; 3 - сферическая часть резонаторной камеры; 4 - СВЧ генераторный блок; 5 - излучатель от магнетрона; 6 - диэлектрический лопастной питатель с электродвигателем (дисектор); 7, 8 - измельчающий механизм (ножи и решетки); 9 - нагнетательный шнек; 10 - приемная емкость.
Разработана новая конструкция резонаторной камеры СВЧ установки, позволяющая достичь максимальной добротности и обеспечивающая поточность технологического процесса переработки сырья без сложных систем ограничения излучения через экранирующий корпус, с применением маломощных магнетронов.
Назначение такой конструкции резонаторной камеры - способствовать наилучшему взаимодействию полей сверхвысокой частоты с электронными потоками. Это взаимодействие будет тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля. При конструировании таких резонаторов стремятся сделать так, чтобы подводимые к ним СВЧ колебания при распространении имели наибольшую амплитуду электрического поля в местах прохождения электронного потока.
Разработанная сверхвысокочастотная установка для плавления жира (фиг. 1) содержит:
- экранирующий корпус 1 в виде цилиндра с коническим дном из неферромагнитного материала (алюминия), установленный на монтажном каркасе;
- резонатррную камеру, состоящую из двух частей: цилиндрической части 2 и сферических частей 3;
- СВЧ генераторные блоки 4;
- излучатели 5, направленные в сферические части 3 резонаторной камеры через диэлектрические втулки;
- лопастной питатель 6, позволяющий переместить измельченное сырье из цилиндрической части резонаторной камеры в сферические части камеры и одновременно выполняющий функцию дисектора, способствуя выравниванию электромагнитного поля в цилиндрическом объеме 2 резонаторной камеры;
- измельчающий механизм (ножи 8 и решетки 7), предназначенный для измельчения до мелких частиц жиросодержащего сырья, поступившего в приемную емкость 10;
- нагнетательный шнек 9 позволяющий проталкивать измельченное сырье в цилиндрическую часть 2 резонаторной камеры;
- приемную емкость 10 для загрузки жиросодержащего сырья;
- сливной патрубок 11 с вентилем, соединенный с перекачивающим насосом;
- насос 12 для отвода растопленной жиромассы;
- сферические 3 части резонаторной камеры образованы перфорированными полусферами 14 и выполнены из неферромагнитного материала;
- цилиндрическую часть 2 резонаторной камеры, на верхнем основании 15 которой по центру имеется патрубок для стыковки с измельчающим механизмом 7, 8, 9, а по центру нижнего основания установлен электродвигатель фторопластового лопастного питателя 6 (дисектора).
На монтажном каркасе установлен цилиндрический экранирующий корпус 1 из неферромагнитного материала с коническим дном. Внутри корпуса 1 соосно расположена жестко закрепленная резонаторная камера, выполненная из цилиндрической части 2 и сферических частей 3. Каждая сферическая часть 3 резонаторной камеры выполнена из неферромагнитного материала и представлена из двух полусфер 14. Причем нижняя часть каждой сферы 3 перфорирована. На боковой поверхности цилиндрической части 2 резонаторной камеры имеются окна, размеры которых согласованы с длиной волны, а их количество равно количеству СВЧ генераторов. Параметры цилиндра и диаметр сферы согласованы с длиной волны. Таким же размером имеется окно на каждой сфере 3 со стороны внутренних полусфер, которые жестко закреплены к цилиндрической части 2 резонаторной камеры, так, что окна состыкованы. Наружные полусферы жестко закреплены к боковой поверхности экранирующего корпуса 1 с внутренней стороны. С наружной стороны экранирующего корпуса 1 пристыкованы СВЧ генераторные блоки 4, так, что излучатель через диэлектрические втулки направлен внутрь сферы 3. Причем СВЧ генераторные блоки 5 могут быть пристыкованы не к каждой сфере, а с чередованием. Внутри цилиндрической части резонаторной камеры 2 соосно расположен питатель 6 (одновременно выполняющий функцию дисектора для выравнивания электромагнитного поля СВЧ в цилиндре). По центру нижнего основания цилиндра 2 установлен электродвигатель фторопластового лопастного питателя 6 (дисектора). На верхнем основании цилиндра 2 по центру имеется приемный патрубок, пристыкованный к решетке 7 измельчающего механизма (7, 8, 9). Приемная емкость 10 расположена над нагнетательным шнеком 9. Измельчающий механизм предназначен для измельчения жиросодержащего сырья до мелких частиц, поступившего в приемную емкость 10. При этом нагнетательный шнек 9, позволяет проталкивать измельченное сырье в цилиндрическую часть 2 резонаторной камеры. Коническое дно экранирующего корпуса 1 содержит сливной патрубок 11 с вентилем, соединенный с перекачивающим насосом 12. Насос предназначен для перекачивания расплавленной жиромассы из накопительного конического дна в специальную емкость для дальнейшей переработки.
Рабочий процесс в сверхвысокочастотной установке для плавления жира происходит следующим образом. Загружают жиросодержащее сырье в приемную емкость 10. Включают электродвигатель измельчающего узла, в котором жиросодержащее сырье из приемной емкости 10 с помощью нагнетательного шнека 9 попадает на вращающиеся ножи 8, измельчается, продавливается через решетку 7. Решетка имеет отверстия для тонкого измельчения сырья. Частота вращения шнека и ножей измельчителя регулируется. При продавливании жиросодержащего сырья через отверстия решетки происходит разрушение жировых клеток. Измельченная жировая масса поступает в цилиндрическую емкость 2, т.е. в пространство между двумя дисками, расстояние между ними согласовано с длиной волны. Одновременно с электродвигателем измельчающего механизма включают электродвигатель диэлектрического лопастного питателя 6 (дисектора). Он обеспечивает центробежное поле в цилиндрической части резонаторной камеры 2. Измельченные частицы центробежной силой прижимаются к боковой стенке цилиндрической емкости 2. Быстровращающимся диэлектрическим лопастным питателем 6 (дисектором) измельченные частицы жиросодержащего сырья направляются в сферические части 3 резонаторной камеры. За счет центробежной силы измельченные частицы перемещаются к периферии цилиндра 2, и через окна на его боковой поверхности попадают в сферические части 3 резонаторной камеры.
Включают СВЧ генераторы 4, 5 на определенную мощность. Под воздействием ЭМПСВЧ происходит поляризация диполей, за счет чего в сырье генерируется эндогенное тепло, вследствие чего происходит плавление жира из жиросодержащего сырья в процессе его перемешивания. Извлеченный жир вытекает через перфорацию сферических частей 3 резонаторной камеры. За счет больших оборотов лопастного питателя 6 (дисектора) шквара разрушается до мелких частиц, которые проходят через перфорацию сфер 3. Открывая вентиль сливного патрубка 11 можно перекачать с помощью насоса 12 смесь шквары и жира. Поток излучения через перфорацию сфер и отверстия решетки 7 измельчающего механизма будет замыкаться в вытопленном жире, накопленном в коническом дне экранирующего корпуса 1.
Тонкоизмельченное жировое сырье находится во взвешенном состоянии и эндогенно нагревается в резонаторной камере 2, 3 и плавится. Расплавленная жировая масса поступает в накопительную емкость 1 (коническое дно экранирующего корпуса) через перфорацию в полусферах 2. Далее насосом 12 перекачивается через сливной патрубок на дальнейшую обработку. Высокая интенсивность теплообмена в установке достигается путем совмещения процессов измельчения сырья при обеспечении центробежного поля с помощью диэлектрического лопастного питателя 6 (дисектора) и равномерного нагрева в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
Установка, простая по конструкции, имеет небольшую удельную металлоемкость, обеспечивают интенсификацию и непрерывность процесса переработки путем перемешивания измельченного жиросодержащего сырья и диэлектрического нагрева. Нагрев сырья, находящегося во взвешенном состоянии, и кратковременность обработки создают условия для рационального использования энергии ЭМПСВЧ, при обеспечении высокого качества жира. Имеющиеся откидные крышки на верхних основаниях цилиндра 2 и экранирующего корпуса позволяют очищать установку.
Установка содержит много сферических резонаторов, связанных друг с другом через отверстия в общей боковой стенке цилиндра 2. Если возбудить один сферический резонатор 3, то СВЧ энергия через отверстие в боковой стенке попадает во внутреннюю часть цилиндра 2, а затем в соседнюю сферу. Электронный поток, проходя через отверстия в близко расположенных стенках резонатора, возбуждает в нем электромагнитные колебания. Малое расстояние между основаниями цилиндра 2 позволяет сократить время пролета электронов в резонаторе, а это очень важно при генерировании и усилении колебаний СВЧ. Форма профиля резонатора определяет структуру возбуждаемых электромагнитных полей. Электрическое поле в основном концентрируется во внутренней части резонатора (в цилиндрической части), где расстояние между основаниями невелико. Эта часть резонатора имеет преимущественно емкостной характер. Значение удельной энергии, выделяемой в элементарных объемах цилиндрической части резонаторной камеры 2, может изменяться в 10…15 раз. В связи с этим диэлектрические лопасти питателя одновременно выполняют функцию дисекторной системы, способствуя выравниванию электромагнитного поля в цилиндрическом объеме 2 резонаторной камеры.
Количество СВЧ генераторных блоков 4, 5 влияет на производительность установки. Сливной патрубок 11 и приемный патрубок 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 продукт (смесь жира со шкварой) полностью обеззараживается, а качество продукта остается высоким.
Подача исходного жиросодержащего сырья в резонаторную камеру 2, 3, мощность СВЧ генераторов 4, частота вращения диэлектрического лопастного питателя 6 (дисектора) регулируются. Установка позволяет снизить энергетические затраты на обеззараживание и плавление жира из жиросодержащего сырья, улучшить их энергетическую ценность.
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 Н05В 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.
3. Воскобойник М.Ф. Техника и приборы СВЧ. - М.: Радио и связь, 1982. - 208 с.