CC BY
9
териал попадает на верхние 2 и нижние 3 лопасти мешалки, состоящие из расположенных по винтовой линии спиц, происходит процесс смешивания, а затем затаривания.
Выводы. Результаты проведённого исследования по существующим технологиям приготовления комбикормов и выдвинутая гипотеза показали, что в условиях работы МФХ и ЛПХ необходимо создание универсального, недорогого, ресурсосберегающего технического средства, в котором совмещены технологические операции измельчения (дробления) и смешивания. Таковым является разработанный измельчитель-смеситель, который осуществляет процесс измельчения корма с одновременным его смешиванием. Эксплуатируя такое техническое средство, можно повысить производительность и снизить финансовые затраты.
Литература
1. Фролов В.Ю., Туманова М.И. Анализ факторов, влияющих на оптимальные конструктивно-режимные параметры раздатчика-измельчителя // Научное обеспечение агро-
промышленного комплекса / Отв. за выпуск: А.Г. Кощаев. 2016. С. 260-261.
2. Волошин М.И., Лебедь Д.В., Брусенцов А.С. Результаты интродукции нового бобового растения — гуара (cyamopsis tetragonoloba (l) taub) // Труды Кубанского государственного аграрного универстета. 2016. № 58. С. 84—91.
3. Откармливание бычков на мясо в домашних условиях. [Электронный ресурс]. URL://www://znaifermu.ru/korovy-krs/kormlenie/bychki-v-domashnih-usloviyah.html (дата обращения 27.08.2018).
4. Туманова М.И., Гаврилов М.Д. Совершенствование средств по приготовлению и раздаче кормов рулонной заготовки // Эффективное животноводство. 2015. № 10 (119). С. 20—21.
5. Кормление молодняка в послемолочный период. [Электронный ресурс]. URL://http://www.zoovet.ru/info/vet-knigi/107-zyvotnovodstvo/kormlenie-zhivotnykh-2/8743-13-3-kormlenie-molodnyaka-v-poslemolochnyj -period.
6. Брусенцов А. С. Сжатие вороха в молотильном устройстве комбайна // Сельский механизатор. 2015. № 2. С. 16—17.
7. Фролов В.Ю., Сысоев Д.П., Туманова М.И. Совершенствование технологий и технических средств приготовления и раздачи грубых кормов из рулонов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 99. С. 234—243.
8. Фролов В.Ю., Сысоев Д.П., Туманова М.И. Классификация раздатчиков-измельчителей кормов // Техника и оборудование для села. 2015. № 7. С. 18—20.
9. ФИПС [Электронный ресурс]. URL://www1.fips.ru>wps/wcm/ connect/content_ru/ (дата обращения 02.08.2018).
Разработка установки и микроволновой технологии термообработки непищевых отходов яиц
О.И. Орлова, ст. преподаватель, М.В. Белова, д.т.н, О.В. Михайлова, д.т.н., ГБОУ ВО Нижегородский ГИЭУ; Г.В. Жданкин, соискатель, ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА
Известно, что отходы яиц накапливаются после инкубации, сортировки и т.д. Эмбриональная гибель в первую неделю инкубации происходит из-за неправильной транспортировки и хранения на фермах, неправильных условий инкубации и т.п. Средний процент вывода цыплят в России составляет 84—85% [1]. После овоскопирования между 6-8-дневной инкубацией появляется выше 3% отходов категории «неоплодотворённые, кровь — кольцо». В настоящее время их направляют в вакуумный котёл для выработки кормов, предназначенный для утилизации непищевых отходов животного происхождения [2]. Качество белкового продукта при такой технологии переработки сырья очень низкое. В связи с этим разработка инновационной технологии и технического средства с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) для термообработки отходов яиц в непрерывном режиме для фермерских хозяйств актуальна.
Цель настоящей работы — улучшение качества белкового корма путём разработки радиогерметичной СВЧ-установки для термообработки и обеззараживания отходов яиц в непрерывном режиме.
Основные научные задачи: разработать технологию термообработки трёхкомпонентного вязкого
сырья в ЭМПСВЧ в непрерывном режиме при сниженных эксплуатационных затратах; разработать СВЧ-установку с нетрадиционным резонатором, содержащим тор с наклонным прямоугольным сечением и центральную часть в виде полусферы и тёрочного диска.
Объектом исследования являлся непрерывный технологический процесс термообработки измельчённого сырья, находящегося в турбулентном режиме в нетрадиционном тороидальном резонаторе СВЧ-установки. Предмет исследования — выявление закономерностей воздействия ЭМПСВЧ на взвеси яичной массы в процессе турбулизации и транспортирования их за счёт центробежных сил через резонатор.
Материал и методы исследования. В программе «Компас-3DV17» выполнено пространственное изображение установки и основных узлов. Оценку органолептических показателей белкового продукта проводили по ГОСТу 31720-2012 «Пищевые продукты переработки яиц сельскохозяйственной птицы. Методы отбора проб и органолептического анализа». Температуру нагрева сырья фиксировали с помощью измерителя FLUKE 62 Mini.
Результаты исследования. Для фермерских хозяйств нами предлагается установка с нетрадиционной рабочей камерой, реализующая микроволновую технологию термообработки и обеззараживания отходов яиц.
Технической задачей разработки является обеспечение высокой напряжённости электрического
поля для термообработки и обеззараживания белкового продукта, непрерывности технологического процесса при сохранении электромагнитной безопасности и достаточно высокой собственной добротности резонатора. Для разработки научной основы процесса взаимодействия электромагнитных излучений с многокомпонентным сырьём необходимо знать зависимость диэлектрических параметров каждого компонента от температуры нагрева при сантиметровом диапазоне волн. По данным И.А. Рогова, провели анализ изменения диэлектрических параметров желтка и белка куриных яиц в процессе нагрева при частоте 2450 МГц (рис. 1). С увеличением температуры от 20 до 60°С диэлектрическая проницаемость желтка и белка падает на 14,4 и 18,4%, а фактор потерь — на 30,8 и 4,4% соответственно. Это означает, что скорость нагрева желтка в электромагнитном поле в 5—7 раз выше, чем белка. Характер изменения фактора потерь компонентов яйца в зависимости от температуры объясняется тем, что по мере её возрастания (свыше 40°С) начинается денатурация белка, сопровождающаяся выделением воды [3]. При повышении температуры выше 60°С значение фактора потерь падает ещё сильнее из-за повышения температуры воды и испарения части воды.
Результаты анализа диэлектрических параметров компонентов сырья показывают, что яйца следует предварительно пропустить через измельчающий механизм, после чего подвергать нагреву при высокой напряжённости электрического поля в процессе тонкого измельчения и перемешивания. Причём СВЧ-установка должна содержать высокодобротный резонатор, обеспечить непрерывный режим термообработки с сохранением электромагнитной безопасности. С учётом таких критериев проектирования и анализа существующих резонаторов [4—9] нами разработана СВЧ-установка (рис. 2) с рабочей камерой, выполненной как разновидность квазистационарного тороидального резонатора с прямоугольным сечением.
Квазистационарный тороидальный резонатор характеризуются тем, что центральный участок
(конденсаторный участок) ограничен двумя поверхностями, и в этом участке сконцентрировано почти всё электрическое поле резонатора, а в других участках электрическое поле отсутствует. Магнитным полем в конденсаторном участке можно пренебречь. Магнитное и электрическое поля квазистационарного резонатора разделены в пространстве. Наличие зауженного участка в центральной части резонатора обеспечивает высокую напряжённость электрического поля [10]. Нами вместо прямоугольного сечения тора предлагается тор с наклонным прямоугольным сечением, а центральная часть тороидального резонатора (конденсаторная часть) заменена полусферой и терочным диском, обеспечивающим перемешивание сырья в турбулентном режиме и передвижение термо-обработанного продукта в непрерывном режиме через резонатор. На базе теории тороидального резонатора разработана установка для термообработки и обеззараживания непищевых отходов яиц при производстве белкового корма.
СВЧ-установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц содержит монтажный каркас 14, на котором установлены электродвигатель (вал 4), основные узлы тороидального резонатора 1, приёмная 11 и накопительная 9 ёмкости. Тороидальный резонатор выполнен с наклонным прямоугольным сечением в виде двух соосно расположенных усечённых конусов с малыми основаниями вниз из неферромагнитного материала. При этом вместо малого основания внутреннего усечённого конуса установлена полусфера 5 из неферромагнитного материала, выпуклостью (вершиной) вверх, диаметром, равным кратной половине длины волны. Между двух усечённых конусов соосно установлена на вал 4 электродвигателя коническая тарелка 2 из диэлектрического материала. Внутри конической тарелки соосно основанию также на вал 4 закреплён диск 3 тёрочный без перфорации из неферромагнитного материала. Вал электропривода 4 проложен через основание наружного усечённого конуса. В верхней точке полусферы 5 и на дне приёмной ёмкости 11 для отходов яиц имеются отверстия для стыковки
*
3 10
0,01
30 40
Температура, °С
а)
Рис. 1 - Диэлектрические характеристики желтка (а) и белка (б) куриных яиц от температуры нагрева при частоте 2450 МГц
1
10
20
50
60
70
запредельного волновода 8 между ними. На запредельном волноводе 8 имеется шаровой кран 13.
Внутри приёмной ёмкости 11 над указанным отверстием расположен измельчающий механизм 12, вращающийся от электродвигателя. По периметру полусферы 5 со сдвигом на 120 градусов установлены магнетроны 6, которые охлаждаются от одного вентилятора через вентиляционные рукава. Излучатели направлены в конденсаторную часть тороидального резонатора. По периметру края конической тарелки имеется наружный выступ, над которым на образующей наружного усечённого конуса имеется выгрузное отверстие 10, под которым установлена накопительная ёмкость для готового белкового продукта 9.
Технологический процесс термообработки и обеззараживания непищевых отходов яиц происходит следующим образом. Включить электропривод, обеспечивающий вращение тёрочного диска и конической диэлектрической тарелки. Залить непищевые отходы яиц в приёмную ёмкость. Включить электропривод измельчающего механизма, открыть шаровой кран на запредельном волноводе. Включить сверхвысокочастотные генераторы (магнетроны и вентилятор для их охлаждения). Сырьё, проходя через измельчающий механизм, раздавливается, скорлупа крошится. Далее вязкое сырьё подаётся через шаровой кран и запредельный волновод в рабочую камеру (в конденсаторную часть) тороидального резонатора. Здесь сырьё (белок, желток, скорлупа) перемешивается в турбулентном режиме при вращении тёрочного диска без перфорации, дополнительно измельчается, а ди-электрическая тарелка выполняет функцию центрифуги. Тёрочный диск измельчает сырьё в кашицу. Прошедшие термообработку в электромагнитном поле сверхвысокой частоты частицы яичной массы, попадая в коническую тарелку, прижимаются к её образующей и поднимаются вверх к выступу за счёт центробежной силы. Оттуда термообработанный и обеззараженный белковый
продукт выгружается через окно в накопительную ёмкость.
Скорость вращения тёрочного диска влияет на структуру измельчённого сырья, а количество и мощность магнетронов влияют на производительность установки. Шаровой кран позволяет дозировать подачу сырья в конденсаторную часть резонатора. Управляя мощностью генераторов, можно определить эффективный режим термообработки. В конденсаторной части тороидального резонатора при работе нескольких генераторов достаточно высокая напряжённость электрического поля, позволяющая улучшить микробиологические показатели продукта, вследствие чего увеличивается срок годности продукта. В рабочей камере создаётся движение воздуха за счёт турбулентного режима перемешивания сырья, удаляющее неприятный запах; происходит измельчение, термообработка, обеззараживание продукта.
Исследована динамика нагрева перемешанного сырья (измельчённой скорлупы, белка, желтка) в ЭМПСВЧ в стационарном режиме (при напряжённости электрического поля в резонаторе микроволновой печи 0,2 кВ/см) при разных удельных мощностях генератора (рис. 3). Результаты исследования показывают, что за 90—100 сек. с яичная масса нагревается до 70—80°С, при удельных мощностях 4—6 Вт/г. Продукт приобретает вид твёрдой варёной массы, но для улучшения микробиологических показателей белкового продукта следует обеспечить напряжённость электрического поля выше 1,5 кВ/см [4, 5]. Поэтому нами разработан квазистационарный тороидальный резонатор, где в конденсаторной части при обеспечении ЭМПСВЧ от трёх генераторов возбуждается поле напряжённостью выше 1,5 кВ/см.
Структура яичной массы разных категорий яиц до и после термообработки в ЭМПСВЧ приведена на рисунке 4. Оценку органолептических показателей (вкус, цвет, запах) термообработанного продукта базового и проектного вариантов проводили
Рис. 2 - СВЧ-установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц:
а) схематическое изображение; б) пространственное изображение; 1 - тороидальный резонатор; 2 - коническая тарелка из диэлектрического материала; 3 - диск в виде тёрки из неферромагнитного материала; 4 - электропривод диска и конической тарелки; 5 - полусфера из неферромагнитного материала; 6 - магнетроны; 7 - сливной патрубок; 8 - запредельный волновод; 9 - накопительная ёмкость для сбора готового белкового продукта; 10 - выгрузное отверстие; 11 - ёмкость с крышкой для отходов яиц; 12 - измельчающий механизм (шредер); 13 - шаровой кран; 14 - монтажный каркас
Категория яиц
Перемешанное сырьё
Продукт после термообработки
Измельчённый продукт после термообработки
С2
С1
СО
Рис. 4 - Структура яичной массы со скорлупой разных категорий яиц до и после термообработки в ЭМПСВЧ
* Ркд1 г"* — Г" V6 «U
■ Р >л. 63, S / 54J
--- 4 J.I ИГ
3 У У = ■n.oniii: 4 оя9\ + [< o,oo3ii:»o.sjii-19 ,й 69
ITH > У*
О М 60 90 120
Продолжительность воздействия. сек.
Рис. 3 - Динамика нагрева яичной массы в ЭМПСВЧ при разных удельных мощностях: 1) 5,9 Вт/г; 2) 4,75 Вт/г; 3) 4,16 Вт/г
по ГОСТу 31720-2012 «Пищевые продукты переработки яиц сельскохозяйственной птицы. Методы отбора проб и органолептического анализа».
Анализ структуры белкового продукта (рис. 5) показывает, что вкус, цвет и запах опытного образца на 5 баллов выше, чем контрольного продукта, из 15 возможных баллов.
Выводы. Конденсаторная часть тороидального резонатора, выполненная комбинированием полусферы и тёрочного диска, увеличивает собственную добротность. Сечение тора, представленное в виде наклонного прямоугольника, обеспечивает при больших оборотах вращения диэлектрической тарелки транспортирование термообработан-ной взвеси яичной массы через резонатор. Измельчающий механизм раздавливает и частично перемешивает компоненты яиц, которые при попадании на тёрочный диск дополнительно измельчаются за счёт центробежной силы. Частицы яичной массы во взвешенном состоянии в ЭМПСВЧ подвергаются термообработке (скорость нагрева 0,8—1°С/с) и обеззараживаются до ПДУ 500 тыс. КОЕ/г.
Литература
1. Серов А. Как снизить потери при инкубации // Полезный интернет-журнал Good-tips. PRO. 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://good-tips.pro/index.php/farm/poultry/
Структура продукта, термообработанного в ЭМПСВЧ Структура варёного продукта
Рис. 5 - Структура белкового продукта опытного и контрольного образцов
loss-reduction-during-incubation-eggs. (Дата обращения: 13.09.2018).
2. Пат. № 2448471. Способ переработки отходов убоя птицы / А.А. Безматерных, Ю.Н. Мазеин, М.А. Трутнев, А.В. Кар-ташев [Электронный ресурс]. URL: http://www.findpatent. ru/patent/244/2448471 .html. (Дата обращения: 13.09.2018).
3. Рогов И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
4. Пат. № 2629159 РФ, МПК А 23 N17/00. Сверхвысокочастотная установка с тороидальным резонатором и с ячеистым ротором для термообработки сырья / А.А. Белов, Г.В. Жданкин, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова; заяв. и патентообладатель НГСХА (RU). № 2016133524; заявл.15.08.2016. Бюл. № 24 от 24.08.2017. 14 с.
5. Пат. № 2667751 РФ, МПК С11В3/04. Сверхвысокочастотная установка со сферическими резонаторами для термообработки жиросодержащего сырья / Г.В. Жданкин, А.Г. Самоделкин, Г.В. Новикова, А.С. Шойкин; заяв. и патентообладатель НГСХА (RU). № 2016150317; заявл. 20.12.2016. Бюл. № 18 от 21.06.18. 15 с.
6. Новикова Г.В. Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья / Г.В. Новикова, Г.В. Жданкин, О.В. Михайлова [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. № 4 (42). С. 89-93.
7. Белов А.А., Жданкин Г.В., Новикова Г.В. Совершенствование и обоснование параметров СВЧ-установки с тороидальным резонатором и с ячеистым ротором для термообработки сырья // Вестник НГИЭИ. 2017. № 3 (70). С. 57-66.
8. Жданкин Г.В., Новикова Г.В., Зиганшин Б.Г. Разработка рабочих камер сверхвысокочастотных установок для термообработки непищевых отходов мясного производства // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2017. № 1 (50). С. 61-69.
9. Жданкин Г.В., Новикова Г.В. Разработка многогенераторной сверхвысокочастотной установки для варки обезвоженных непищевых мясных отходов // Инновационные направления развития энергетики АПК. Ижевск: ФГБОУ ВО «Ижевская ГСХА», 2017. С. 89-92.
10. Дробахин О.О. Техника и полупроводниковая электроника СВЧ: учебное пособие [Электронное издание] / О.О. Дробахин, С.В. Плаксин, В.Д. Рябчий [и др.]. Севастополь: Вебер, 2013. 322 с.
