Установка для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ
INSTALLATION FOR SEPARATING THE SHELL OF RAPE SEEDS IN THE PROCESS OF EXPOSURE TO EMF MICROWAVE

Предлагаемое изобретение относится агропромышленному комплексу, в частности к зерноперерабатывающему оборудованию, предназначенному для шелушения зерна.
Известно, что рапсовое масло, произведенное из не шелушенных семян без глубокой переработки, не рекомендуется использовать для пищевых целей. Поэтому подготовка семян рапса к отжиму масла путем отделения семенной оболочки от масличного ядра нетрадиционным методом, позволяющим повысить качество рапсового масла и жмыха, является актуальной задачей.
С помощью существующих шелушильных машин для зерновых культур шелушить семян рапса не удается из-за особых физических свойств: хрупкости, низкой влажности (4-6%), мелких семян (1 мм). В этих машинах предусмотрены следующие три способа шелушения: сжатием и сдвигом; многократным ударом; истиранием оболочек [1]. В настоящее время шелушение семян рапса на предприятиях проводят в вальцовых мельницах, где происходит измельчение масляных ядер в большом количестве и отделение всего 50% лузги. Для снижения хрупкости ядра и выхода дробленых фракций, семена рапса подвергают гидротермической обработке.
К процессу шелушения семян рапса предъявляют два основных требования: качественное отделение лузги от ядра; сохранность целостности ядра. Основные фракции - это шелушенное ядро, оболочка (лузга) и мучка (мелкие частицы ядра и лузги). Ниже проанализированы прототипы установок для шелушения семян рапса.
Известна установка для шелушения рапса в ЭМПСВЧ (патент №2710063) [2]. В цилиндрическом корпусе, имеющем прорезь вдоль боковой поверхности и содержащем загрузочную емкость с заслонкой и с распылителем, соосно установлен шлифовальный лепестковый барабан. В цилиндрический перфорированный резонатор, соосно установлены поярусно расположенные вращающиеся диски из мелкозернистого абразивного материала.
Первый модуль обеспечивает распыление воды и предварительное шлифование рапса с помощью лепестков из абразивного материала, установленных на барабане.
Второй модуль обеспечивает:
- возбуждение ЭМПСВЧ в резонаторе;
- истирание оболочки рапса с помощью мелкозернистого абразивного диска в процессе диэлектрического нагрева;
- шелушение оболочки рапса при многократном ударе о перфорированный резонатор, за счет центробежной силы при вращении диска;
- отделение и удаление лузги от ядра за счет перфорации резонатора;
- высыпание, за счет обеспечения определенного угла наклона модуля, шелушенного ядра через запредельный волновод;
- электромагнитную безопасность за счет экранирующего корпуса и запредельных волноводов, используемых вместо подающих и выгрузных патрубков.
В данной установке согласовать производительность между модулями очень сложно.
Известны ударные шелушители JHI, предназначенные для шелушения масличных культур, у которых ядро плотно не прилегает к шелухе (конопля, подсолнечник и т.п.). Если ядро плотно прилегает к оболочке, то рекомендуют шелушитель JHP. [3]. Энергетические затраты при этом составляют 20-25 кВт ч/т. Такое оборудование достаточно дорогое для агропредприятий и не позволяет качественно шелушить хрупкие семена рапса.
Анализ существующих технологий и технических средств шелушения семян масличных культур показывает, что наиболее прогрессивным методом в настоящее время является экструзионно-прессовый способ переработки рапса [4]. Но потребляемая мощность установки достаточно высокая.
Нами предлагается инновационная идея - совмещать три способа шелушения семян с воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) с одновременным распылением воды. Суть заключается в том, что при диэлектрическом нагреве увлажненная до 5-6% оболочка семян рапса отделяется от ядра, так как градиенты влажности, температуры и давления направлены с центра ядра к периферии, при этом происходит сохранение целостности ядра при многократном ударе, а оболочка отделяется и истирается об абразивные материалы.
Технической задачей является разработка установки для отделения оболочки увлажненных семян рапса за счет истирания об абразивные транспортирующие поверхности и многократного механического удара в процессе воздействия ЭМПСВЧ с последующим удалением лузги.
Научную новизну представляют:
- способ шелушения семян рапса, совмещенный с микроволновой технологией, позволяющий максимально отделить оболочку от ядра с сохранением целостности при низких эксплуатационных затратах;
- конструкционное исполнение взаимосвязанных трех модулей установки, реализующих совмещение способов шелушения многократного удара и истирания увлажненных оболочек рапса с процессом воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Технический результат достигается тем, что установка для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ содержит поярусно расположенные модули, первый из которых представлен в виде загрузочного бункера с заслонкой над вертикально расположенным цилиндрическим корпусом с мелкоячеистым ситовым основанием, под которым прикреплено сплошное основание со сливным патрубком,
при этом с боковой поверхности корпуса по спирали установлены распылительные форсунки,
а второй модуль состоит из вертикально расположенного цилиндрического объемного резонатора из неферромагнитного материала, на боковую поверхность которого по спирали со сдвигом на 90 градусов, установлены маломощные магнетроны с воздушным охлаждением, излучатели которых направлены внутрь,
а внутри резонатора соосно расположен фторопластовый шнек с электроприводом и с направляющими диэлектрическими патрубками между первым и третьим модулями,
причем третий модуль выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндра с выгрузным патрубком и соосно расположенным комплектом вентиляторных лопастей, вращающихся от электропривода,
при этом винтовая поверхность фторопластового шнека и вентиляторные лопасти покрыты мелкозернистым абразивным материалом.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлено:
схематическое изображение установки для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ (фиг. 1);
пространственное изображение первого модуля установки для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ (фиг. 2;
пространственное изображение второго модуля установки для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ (фиг. 3).
схематическое изображение третьего модуля (фиг. 4).
Установка для отделения оболочки семян рапса в процессе воздействия ЭМПСВЧ содержит:
цилиндрический корпус 1; загрузочный бункер 2; форсунки 3; ситовое основание 4; сплошное основание со сливным патрубком 5; цилиндрический объемный резонатор 6; маломощные магнетроны с воздушным охлаждением 7; фторопластовый шнек 8; направляющие неферромагнитные патрубки 9 и 14; цилиндрический корпус 10; выгрузной патрубок 11; комплект лопастей 12 на валу электропривода 13.
Установка состоит из трех поярусно установленных модулей (фиг. 1).
Первый модуль представлен в виде загрузочного бункера 2 с заслонкой над вертикально расположенным цилиндрическим корпусом 1 с мелкоячеистым ситовым основанием 4, под которым прикреплено сплошное основание 5 со сливным патрубком. С боковой поверхности цилиндрического корпуса по спирали установлены распылительные форсунки 3.
Второй модуль состоит из вертикально расположенного цилиндрического объемного резонатора 6 из неферромагнитного материала, на боковую поверхность которого по спирали со сдвигом на 90 градусов, установлены маломощные магнетроны 7 с воздушным охлаждением, излучатели которых направлены внутрь резонатора 6.
Внутри объемного резонатора 6 соосно расположен фторопластовый шнек 8 с электроприводом и с направляющими патрубками 9, 14 между первым 1 и третьим 10 модулями из неферромагнитного материала. Причем винтовая поверхность фторопластового шнека 8 покрыта мелкозернистым абразивным материалом.
Третий модуль выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндра 10 с выгрузным патрубком 11 и соосно расположенным комплектом вентиляторных лопастей 12, покрытых мелкозернистым абразивным материалом и вращающихся от электропривода 13.
Установка работает следующим образом.
Первый модуль. Включить электропривод 13 вентиляторных лопастей 12. Далее включить электропривод диэлектрического шнека 8. Включить распылительные форсунки 3, для увлажнения семян с регулируемой производительностью. Загрузить бункер 2 семенами рапса и открыть заслонку, позволяющую регулировать поток. В процессе передвижения семян рапса с загрузочного бункера через первый модуль происходит увлажнение семян до 6-7% водой. Далее увлажненное сырье попадает через направляющий неферромагнитный патрубок 14 во второй модуль, а остатки воды стекают через ситовое основание 4 на сплошное основание 5 и выводятся за пределы корпуса 1 через сливной патрубок. Если семена рапса в объемном резонаторе 6 есть, то можно включить магнетроны 7.
Второй модуль. Увлажненные в первом модуле семена рапса с помощью фторопластового шнека 8 определенной скоростью транспортируется вдоль цилиндрического резонатора 6, подвергаются воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) (2450 МГц, длина волны 12,24 см). Доза воздействия регулируется изменением мощности генераторов 7 и производительности шнека 8. Размещение нескольких магнетронов со сдвигом на 90 градусов по высоте объемного резонатора позволяет увеличить равномерность нагрева семян рапса во фторопластовом шнеке 8 за счет увеличения числа возбуждаемых видов колебаний в резонаторе 6. Для избежания передачи СВЧ энергии из одного волновода в другой, магнетроны размещали на боковой поверхности со сдвигом по периметру и высоте резонатора (по спирали). В связи с тем, что оболочка семян рапса увлажнена в первом модуле, значит, градиент влажности с оболочки направлен в сторону ядра. Одновременно под воздействием ЭМПСВЧ градиенты влажности, температуры и давления будут направлены с центра ядра рапса к периферии (к оболочке). Такое противоположное направление градиентов влажности в компонентах семян рапса способствует отделению оболочки от ядра, которое становится менее хрупкой. Причем покрытая мелкозернистым абразивным материалом винтовая поверхность фторопластового шнека способствует истиранию оболочки. Цилиндрический резонатор 6, выполняет одновременно функцию экранирующего корпуса.
Третий модуль. Частично шелушенные семена рапса и лузга через направляющий неферромагнитный патрубок 9 попадает в третий модуль. Он предназначен для шелушения оболочки рапса за счет многократного удара и истирания, отделения лузги от ядра. Так как вентиляторные лопасти 12 покрыты мелкозернистым абразивным материалом, поэтому в процессе их вращения происходит окончательное шелушение рапса за счет многократного удара и истирания. Лопасти обеспечивают турбулентное завихрение потока воздуха. Шелушенные семена рапса и лузги удаленные через патрубок 11 подлежат к сепарированию.
Итак, разработано конструкционное исполнение установки для шелушения семян рапса путем истирания и многократного удара в процессе воздействия ЭМПСВЧ на увлажненные семена, позволяющего отделения оболочки от ядра за счет избирательного диэлектрического нагрева. Такая технология шелушения позволяет сохранить органолептические показатели, а, следовательно, питательную ценность, так как под воздействием высокой температуры рапс находится всего 10-15 с во втором модуле. При этом за счет высокой напряженности электрического поля в резонаторе, рапс обеззараживаются.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Бутковский, В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства / В.А. Бутковский, Е.М. Мельников. - М.: Агропромиздат, 1989. - С. 67-72.
2. Патент №2710063 РФ, МПК ВО2В 3/00. Установка для шелушения рапса в электромагнитном поле сверхвысокой частоты / Шамин Е.А., Михайлова О.В., Белова М.В., Анисимова М.А., Коробков А.Н.; заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - №2019109760; заявл. 15.03.2019. Бюл. №36 от 24.12.19.
3. JHI Ударные шелушители - JK Machinery s.r.o [электронный ресурс]. - Режим доступа: [jk-machinery.ru>mashiny/jhi-udarnye-shelushiteli/], (дата обращения 16.03.2021).
4. Современные технологии переработки рапса.[электронный ресурс]. - Режим доступа: [oilbranch.com>publ/view/191.html], (дата обращения 16.03.2021).