CC BY
11
УДК 637.1
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МАСЛОПЛАВИТЕЛЬ MICROWAVE BUTTER MELTER Г. А. Александрова, О. В. Михайлова G. A. Aleksandrova, O. V. Mikhaylova
ФГБОУВПО «Чувашская государственная сельскохозяйственная академия»,
г. Чебоксары
Аннотация. Описаны конструктивные особенности и принцип действия маслоплавителя с использованием энергии электромагнитного поля сверхвысокой частоты.
Abstract. The design features and the operating principle of the microwave electromagnetic field butter melter are described.
Ключевые слова: сверхвысокочастотный генератор, перфорированная цилиндрическая резонаторная камера, насос, сливочное и топленое масло.
Keywords: microwave generator, punched cylindrical cavity chamber, pump, butter and drawn
butter.
Актуальность исследуемой проблемы. Одна из важных задач молочной промышленности - внедрение современной технологии, позволяющей вырабатывать качественные и биологически полноценные продукты, в том числе топленое масло. Объем производства топленого масла в РФ за последние годы в среднем составляет 55 тыс. тонн, но при этом энергетические затраты достаточно высокие [1].
Поэтому разработка технологии и технических средств для выработки топленого масла с использованием энергии электромагнитных излучений СВЧ-диапазона, позволяющих снизить потери продукции и энергетические затраты на вытопку, является актуальной научной задачей.
Материал и методика исследований. Источником СВЧ-энергии служил генератор марки MW20MD, работающий на частоте 2450 МГц, потребляемой мощностью 1,2 кВт. Измерение температуры продукта проводили с помощью хромель-копелевой термопары, соединенной с цифровым котроллером E5CN. Объемную плотность мощности потерь определяли с помощью измерителя электромагнитных излучений П3-31. Измерение массы проб продукта в процессе исследований проводили с помощью электронных весов ENERGY EN-405. Объем перекачиваемого сырья учитывали с помощью счетчика жидкости СГВ-15 «Бетар». Плотность потока энергии около СВЧ-маслоплавителя измеряли с помощью прибора электромагнитных излучений П3-33 (до 40000 МГц).
Результаты исследований и их обсуждение. Целью настоящей работы является повышение эффективности выработки топленого масла путем воздействия энергией электромагнитного поля сверхвысокой частоты и обоснования режимов работы маслоплавителя.
При этом решаются следующие научные задачи:
- разработать методику воздействия потока электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на сливочное масло;
- обосновать технологические режимы работы и конструкционные параметры объемного резонатора для высокотемпературной вытопки топленого масла;
- оценить технико-экономическую эффективность применения маслоплавителя.
Для повышения качества растопленного масла и ускорения процесса вытопки разработан плавитель периодического действия с использованием энергии электромагнитного излучения (рис. 1). Технологический процесс плавления сливочного масла происходит в рабочей емкости 1. Внешняя поверхность емкости окружена сверхвысокочастотными генераторными блоками 2, содержащими источники энергии - магнетрон 3. Для направления потока энергии от магнетрона в резонаторную камеру имеется отверстие на поверхности рабочей емкости. Внутри емкости расположены соответствующие объемные перфорированные резонаторные камеры 4. Каждая камера 4 соединена с соответствующим электронным блоком СВЧ-генератора через диэлектрическую пластину 5.
%
Рис. 1. Схематическое изображение СВЧ-маслоплавителя:
1 - рабочая емкость, 2 - СВЧ-генераторы, 3 - источник СВЧ-энергии - магнетрон, 4 - перфорированные резонаторные камеры, 5 - диэлектрическая пластина-крышка резонатора с резьбой, 6 - трубопровод для перекачивания продукта в емкость, 7 - циркуляционный насос, 8 - трубопровод для выкачивания продукта с рабочей емкости, 9 - вентиль для слива топленого масла, 10 - топленое масло, 11 - частично расплавленное сливочное масло, 12 - сито с нагревательным элементом, 13 - сливочное масло - исходное сырье, 14 - крышка СВЧ-маслоплавителя
Резонаторные камеры можно выворачивать за счет резьбы на диэлектрической пластине, жестко закрепленной к электронному блоку СВЧ-генератора. Диэлектрическая пластина служит крышкой резонатора и закрывает отверстие, имеющееся на поверхности емкости. На верхней части рабочей емкости имеется патрубок, соединенный с трубопроводом 6, предназначенным для циркуляции растопленного масла с помощью насоса
7 с целью смешивания с исходным сырьем 13. Этот трубопровод содержит вентиль 7 для слива готовой продукции. Нижнее основание рабочей емкости 1 содержит патрубок, соединенный с трубопроводом 8 и вентилем 9 для выкачивания готовой продукции (топленого масла) 10. В резонаторную камеру 4 через перфорацию стекает частично расплавленное с помощью нагревательного элемента 12 сливочное масло 11. Исходное сырье -сливочное масло 13 загружается через крышку 14 СВЧ-маслоплавителя и попадает на сито с нагревательными элементами 12.
Процесс плавления сливочного масла происходит следующим образом. В рабочую емкость 1 через крышку 14 загружают подготовленное сырье 13. Емкость заполняют сырьем на 50 % от общего ее геометрического объема. Одновременно подают напряжение на нагревательные элементы 12. Включают СВЧ-генераторы 2, при этом в объемных резонаторных камерах 4 образуется электромагнитное поле сверхвысокой частоты. Частично расплавленное с помощью нагревательных элементов сырье 11 стекает через сито
12 и попадает в перфорированную резонаторную камеру 4, где за счет токов поляризации сырье эндогенно нагревается, растапливается и стекает на нижнюю часть рабочей емкости 1. При этом из резонаторной камеры 4 растопленная продукция не вытекает за пределы рабочей емкости 1, так как отверстие в ней закрыто с помощью диэлектрической пластины 5. Частично растопленное сливочное масло 11, попадая на внешнюю поверхность перфорированной резонаторной камеры 4, дополнительно нагревается эндогенно за счет краевых эффектов электрического поля. Размер отверстий (перфораций) обоснован так, что позволяет стекать внутрь резонаторной камеры с достаточной эффективностью частично растопленному сырью (за счет нагревательных элементов и краевого эффекта электрического поля), и уровень потока излучений через отверстия не нарушает работы соседних СВЧ-генераторов, а лишь обеспечивает дополнительный эндогенный нагрев сырья, находящегося на поверхности камеры. Объем резонаторной камеры (0,5...2,0 л) намного меньше, чем объем СВЧ-микроволновых печей, что обеспечивает высокую напряженность электрического поля при определенном уровне потока излучений внутри резо-наторной камеры. Только такая высокая напряженность (2.10 кВ/см) позволит уничтожить бактериальную микрофлору в продукте. После накопления определенного объема растопленного масла 10 на нижнем основании рабочей емкости 1 необходимо включить насос 7 для циркуляции топленого масла по трубопроводам 6 и 8 с целью смешивания с исходным сырьем 13 в рабочей емкости 1. После окончания вытопки сливочного масла
13 готовое топленое масло 10 сливается через вентиль 9. Насос 7 обеспечивает турбулентный режим и механическую обработку сырья. За счет эндогенного нагрева масла-сырца до 80.85 °С в перфорированных резонаторных камерах 4, механической обработки в процессе перекачивания топленого масла с помощью насоса масло растапливается. Качество продукции при этом намного лучше, чем при базовом варианте. Далее топленое масло из плавителя направляют в ванну-отстойник и в маслоохладитель.
Резюме. Описанный способ вытопки масла позволяет исключить из аппаратурной схемы производства топленого масла пастеризатор или уменьшить температурный напор в пастеризаторе, снизить энергетические затраты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Степанова, Л. И. Справочник технолога молочного производства / Л. И. Степанова // Технология и рецептуры. Т. 2 : Масло коровье и комбинированное. - СПб. : ГИОРД, 2003. - 336 с.
