XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Температурная обработка зерна является основополагающей операцией от способа осуществления которой зависит качество готового продукта. Кроме того, способ, положенный в основу технологического процесса определяет энергоэффективность производства. В данной работе рассматривается оценка использования диэлектрического и индукционного нагрева зерновой продукции.

Технологический процесс термообработки происходит следующим образом; Из загрузочного патрубка 1 через заслонку 2 фуражное зерно поступает в отсеки барабана 4 после его включения с помощью мотора-редуктора 8 в соответствии с рисунком 1. Между цилиндрическим корпусом 3 и отсеками барабана 4 из неферромагнитного материала, покрытыми фторопластом, имеется минимальный зазор, обеспечивающий свободное вращение барабана.

Рисунок 1 — СВЧ-индукционная установка

1 – патрубок, 2 – заслонка, 3 – корпус, 4 – барабан, 5 – вал, 6 – индукционные плиты, 7 – регулятор мощности, 8 – мотор-редуктор, 9 – стол, 10 – желоб, 11 – СВЧ генератор, 12 – регулятор мощности

 Этот зазор должен быть менее чем четверть длины волны для сохранения добротности емкости передвижных резонаторных камер. Вал 5 барабана выполнен также из неферромагнитного материала. Далее включают СВЧ генераторы 11 и индукционные плиты 6. Индукционные плиты 6 за счет индуктора нагревают нижнее основание круглого цилиндрического корпуса 3, так как оно выполнено из ферромагнитного материала. Фуражное зерно в отсеках барабана (в передвижных резонаторных камерах) транспортируется с определенной скоростью внутри круглого цилиндрического корпуса 3, закрепленного на монтажном столе 9. Во время передвижения фуражного зерна с помощью резонаторных камер происходит одновременное воздействие на него потока энергии электромагнитного излучения от СВЧ генераторов 11 и от индукционных плит 6. Их мощности регулируются с помощью регуляторов 12 и 7 соответственно.

Одновременный эндо-экзогенный нагрев зерна происходит в циклическом режиме «нагрев-пауза», со скважностью 0,5 из-за того, что источники расположены через условно разделенные секторы (сектор с источниками, пустой сектор и т.д.). Из-за того, что СВЧ-генераторы на верхнем основании и индукционные плиты под нижним основанием расположены напротив друг друга, происходит одновременное воздействие эндогенного, кондуктивного (нагретый сектор нижнего основания) и индукционного нагрева. Это обеспечивает специфическое воздействие на фуражное зерно.

В «капсуле» зерна осуществляется переход воды из жидкого состояния в парообразное. Образовывающееся в «капсуле» зерна избыточное давление приводит к «взрыву». За счет циклического воздействия высокой температуры (порядка 85…100 ºС) и из-за высокого давления внутри зерна и происходит механическое разрушение. Структура зерна становится более пористой, рыхлой. Наряду с этим, за счет высокой напряженности электрического поля СВЧ диапазона происходит и полное уничтожение как внешней, так и внутренней микрофлоры. Толщину слоя фуражного зерна в отсеках барабана регулируют с помощью заслонки 2, находящейся в загрузочном патрубке, что позволяет регулировать удельную мощность потока излучений СВЧ-диапазона и соответственно скорость нагрева зерна. Обработанное зерно выгружается через патрубок 10 с помощью заслонки. Круглый цилиндрический корпус 3 одновременно выполняет функцию экрана, а заслонки 2, 10 препятствуют отрицательному воздействию электрического поля СВЧ на обслуживающий персонал. Для этого зазор на основаниях корпуса для загрузки и выгрузки зерна не должен быть больше четверть длины волны. Секционный барабан 4 приводится в движение за счет мотора-редуктора 8. СВЧ генераторы установлены равномерно на верхнем круглом основании цилиндрического корпуса 3. Количество СВЧ- генераторов и плит индукционных зависит от необходимой производительности установки. Емкость резонаторной камеры оптимизирована в соответствии с частотой электромагнитного излучения и необходимой напряженностью электрического поля. Высокая напряженность электрического поля позволяет обеззараживать фуражное зерно, т.е. уничтожить бактериальную микрофлору вегетативной формы. Размеры зазоров для загрузки и выгрузки зерна согласованы кратностью четверть длины волны с целью ограничения электромагнитного излучения. Доза воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на зерно и индукционного нагрева регулируется мощностью соответствующего источника и продолжительностью процесса. Конструкционно-технологические параметры СВЧ индукционной установки для термообработки и обеззараживания фуражного зерна воздействием энергией электромагнитных излучений и экзогенного нагрева. Установка содержит контрольно-измерительную аппаратуру, в том числе датчики начальной и конечной температуры продукта, расходомер зерна. Технология микронизации зерна основана на эффекте декстринизации зерен крахмала (расщепление полисахаридов крахмала и переход их в усвояемые питательные вещества). Ожидается увеличение степени декстринизации и энергосодержания корма.

Обоснование узлов СВЧ генератора сводится к определению добротности и ёмкости, а также к вычислению напряженности электрического поля. [1, 2, 3, 4]. Технический результат заключается в ускорении процесса термообработки, предназначенной для повышения кормовой ценности фуражного зерна за счет многократного комбинированного воздействия экзо- эндо- генного нагрева в соответствии с рисунком 1.

При индукционном нагреве электрическая энергия преобразуется трижды: сначала при помощи индуктора она преобразуется в энергию переменного магнитного поля, которая в ферромагнитном основании корпуса превращается в энергию электрического поля.

Л и т е р а т у р а

1.               Гунькин, В.А. Оптимизация режимов ИК обработки зерна ржи по ком- плексу биохимических показателей: дис. канд. биолог, наук. − М.: 1992.− 174 с.

2.               Гусак, А.А. Математический анализ и дифференциальные уравнения  / А.А. Гусак // Справочное пособие к решению задач. – Минск: Тетра Си- стемс, 2003. – 416 с.

3.               Патент № 2488271 РФ, МПК А21В 1/00. СВЧ – индукционная установка для выпечки творожных изделий / О.В., Науменко, М.В. Белова, А.А. Бе- лов, Г.В. Новикова; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). – № 2012100570/13; заявл. 10.01.2012. Бюл. № 20 от 20.07.2013. – 10 с.

4.               Патент № 2489068 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-индукционная установка барабанного типа для микронизации зерна / Н.К. Кириллов, М.В. Белова, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова, А.А. Белов; заявитель и патентооблада- тель ЧГСХА (RU).– № 2012100432; заявл.10.01.2012 . Бюл. № 22 от 10.08.2013. – 11 с.