Результат интеллектуальной деятельности: Двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья

Предполагаемое изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для отделения меда и вытопки воска из пчелиного воскового сырья (забрус, обрезки, зачистка) в пасечных условиях.

В пчеловодстве широко применяют вощину, которую вырабатывают из пчелиного воска. Пасеки в России могут полностью удовлетворить спрос на пчелиный воск, если перерабатывать восковое сырье без потерь.

Известно, что технология пасечной переработки воскового сырья включает: установку пасечных рамок в гнезда медогонки; откачку мёда в медогонке; снятие рамок с сотами из медогонки после откачки меда; загрузку рамок с сотами в паровую центрифугу-воскотопку, например ПВЦС-1М. Полученную эмульсию с примесями размещают в полотняный мешок и с помощью воскопресса отделяют отходы (мерву) от суспензии, которая далее охлаждается до температуры застывания. Это и есть чистый воск - готовая продукция. При ведении пчеловодства в условиях пасеки накапливается восковое сырье. К нему относятся:

светлые и потемневшие выбракованные соты;

восковые наросты, снятые с планок рамок, стенок ульев;

крышечки, срезаемые при распечатывании медовых сотов (забрус);

кусочки сот, скапливающиеся на дне ульев;

прополис, снятый с верхних брусков рамок и холстиков;

отходы, получаемые при переработке первичного сырья - пасечные вытопки и т.п. Высокую восковитость, близкую к 100% имеет забрус и светлые восковые наросты на планках рамок. В них достаточно много меда. Известно, что в 30 кг забруса содержится воск 6,3 кг (22 %); мерва 1 кг (3%) и мед 22,7 кг (75 %) [1].

В условиях пасеки, восковое сырье перерабатывают в паровых воскотопках, разных конструкций. Принцип действия их основан на вытопке воска за счет пара и отделении пасечной мервы фильтрованием или прессованием. Но собранное восковое сырье содержит достаточно много меда, а в воскотопке отделить мед от воска не удается.

Поэтому разрабатывается двухмодульная установка для термообработки воскового сырья воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) и отделения меда. Предлагаемая технология переработки воскового сырья, содержащего достаточное количество меда, предусматривает отделение меда от общей массы и вытопку обеззараженного пасечного воска в процессе воздействия ЭМПСВЧ.

В настоящее время в условиях пасеки для выполнения этих операций применяют отдельные устройства. Для термообработки пасечного воскового сырья применяют воскопрессы, высокотемпературные воскотопки (ВВТ-1П «Мелисса»), центрифуги-воскотопки (ПВЦС-1М) и т.п. При этом качество вытопленной продукции зависит от множества факторов, в том числе от температуры и продолжительности обработки. При термообработке воскового сырья повышение температуры выше 70-80°С нежелательно, так как это приводит к ухудшению качества конечной продукции. С учетом требований, предъявляемых к технологии переработки воскового сырья, разработана СВЧ установка, состоящая из двух модулей, позволяющая совмещать процессы отделения имеющегося в сырье меда, вытапливать и обеззараживать воздействием ЭМПСВЧ пчелиный воск.

Аналогом первого модуля служит соковыжималка «Нептун», состоящая из конической и дисковой терок, диэлектрической тарелки с прорезями, поддона и электропривода [2].

Известна многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции (патент № 2694179), где каждая рабочая камера состоит из верхней и нижней части [3]. Верхняя часть камеры из неферромагнитного материала представлена как соосно состыкованные периметрами большого и малого диаметров усеченные конические корпуса. При этом во внутреннем усеченном коническом корпусе к образующей пристыкована усеченная коническая часть резонатора, выполненная в виде терки с внутренней насечкой. В нижней части рабочей камеры, соосно расположены тарелка и поддон, в виде усеченных конусов и установленных на вал электродвигателя. Образующая диэлектрической тарелки имеет прорези, а к кольцевому основанию неферромагнитного поддона, расположенного под наклоном, пристыкован сливной патрубок. В тарелку уложена и закреплена с помощью зажимного винта дисковая терка, как основание конического резонатора.

Недостатки. Отделить мед от воска из воскового сырья с помощью данной установки не удается, из-за различия температуры плавления воска и меда, которые имеют большую вязкость.

Известно СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц (патент № 2999753) [4]. На каркасе вертикально установлены два соосно расположенных усечённых конуса из неферромагнитного материала без верхних оснований большого диаметра малыми основаниями вниз, образуя тороидальный резонатор с наклонным прямоугольным сечением тора и конденсаторной частью, образованной соосно установленной полусферой вместо малого основания внутреннего усеченного конуса и малым основанием наружного усеченного конуса. Внутри тороидального резонатора соосно установлена на вал электропривода диэлектрическая коническая тарелка с терочным неферромагнитным диском без перфорации. По периметру основания полусферы установлены магнетроны. На образующей наружного усеченного конуса имеется выгрузное отверстие, находящееся над краем диэлектрической конической тарелки, под которым расположена съемная накопительная емкость.

Недостатки. Устройство может разделить сырье на жидкую и твердую фракции, но в жидкой фракции вместе с растопленным медом может оказаться и растопленный воск, так как отсутствует возможность регулировки дозы воздействия на компоненты.

Из-за того, что кристаллизованный мед начинает плавиться при температуре 40-45°С, а пчелиный воск плавится при температуре 64°С, в одном резонаторе осуществить эти процессы сложно. Поэтому технической задачей является разработка установки, обеспечивающей вытопку воскового сырья воздействием ЭМПСВЧ соответствующей дозы для воска и меда и разделение их на отдельные компоненты.

Технический результат достигается тем, что двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья содержит в первом модуле соосно расположенные неферромагнитные усеченные конусы, между которыми соосно расположена диэлектрическая коническая тарелка с прорезями на боковой стороне,

причем на место нижнего основания внутреннего усеченного конуса соосно установлен цилиндрический резонатор, нижнее основание которого представлено в виде неферромагнитного терочного диска, расположенного зазором менее четверть длины волны, жестко установленный на вал электродвигателя вместе с диэлектрической конической тарелкой,

на верхнем основании резонатора расположена приемная емкость, содержащая рифленые неферромагнитные валки, а на боковой поверхности установлены магнетроны,

при этом наружный усеченный неферромагнитный корпус содержит сливной патрубок и выгрузное отверстие, находящееся над краем диэлектрической конической тарелки, и состыкованное с отверстием на поверхности сферического резонатора, расположенного во втором модуле,

причем внутри сферического резонатора расположен диэлектрический перфорированный диск, вращающийся с помощью электродвигателя, а снаружи установлены магнетроны, и предусмотрен запредельный волновод с шаровым краном.

Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведено схематическое изображение двухмодульной СВЧ установки для термообработки пчелиного воскового сырья; на фиг. 2 приведено пространственное изображение двухмодульной СВЧ установки для термообработки пчелиного воскового сырья.

Двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья содержит:

приемную емкость 1;

рифленые неферромагнитные валки 2;

цилиндрический резонатор 3; магнетроны 4;

внутренний неферромагнитный усеченный конус 5;

коническую диэлектрическую тарелку 6 с прорезями на боковой поверхности;

наружный неферромагнитный усеченный конус 7;

неферромагнитный терочный диск 8;

сливной патрубок 9;

электродвигатель 10 привода терочного диска и диэлектрической тарелки 6;

неферромагнитный корпус 11;

выгрузное отверстие на наружном усечённом корпусе 12;

отверстие в сферическом резонаторе 13;

сферический резонатор 14;

диэлектрический перфорированный диск 15;

запредельный волновод с шаровым краном 16.

Разработанная двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья состоит из двух модулей (фиг. 1, фиг. 2). Первый модуль сконструирован по принципу соковыжималки «Нептун» и предназначен для предварительного диэлектрического нагрева сырья и плавления меда, и отделения его от воскового сырья центрифугированием. Второй модуль предназначен для вытопки и обеззараживания отделенного пчелиного воска в сферическом резонаторе, где возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты.

Первый модуль СВЧ установки содержит вертикально соосно расположенные два усечённые конусы 5, 7 из неферромагнитного материала без верхних оснований, малыми основаниями вниз. Кольцевой промежуток между верхними краями усеченных конусов закрыт неферромагнитным материалом. Между этими усеченными конусами соосно расположена диэлектрическая коническая тарелка 6. На основании диэлектрической конической тарелки 6 соосно расположен неферромагнитный терочный диск 8, которые вращаются вместе с помощью электродвигателя 10.

На месте малого основания внутреннего усеченного конуса 5 соосно установлен неферромагнитный цилиндр 3 в экранирующем цилиндре 11 без нижнего основания, а на верхнее основание установлена приемная емкость 1, содержащая неферромагнитные рифленые валки 2. На боковой поверхности неферромагнитного цилиндра 3 установлены магнетроны 4 со сдвигом на 120 градусов. Неферромагнитный цилиндр 3, и неферромагнитный терочный диск 8 образуют цилиндрический резонатор и при этом зазор между ними менее четверти длины волы. На образующей наружного усеченного конуса 7 имеется выгрузное отверстие 12, находящееся над краем диэлектрической конической тарелки 6. К выгрузному отверстию 12 пристыкован сферический резонатор 14 так, что имеющееся на поверхности отверстие 13 такого же размера и прямоугольного сечения состыкованы. Внутри сферического резонатора 14 в горизонтальной плоскости, ниже отверстия 12, 13, расположен фторопластовый перфорированный диск 15, вращающийся от электродвигателя 18. С наружной стороны сферического резонатора расположены магнетроны 17 с излучателями направленными внутрь, с пространственным сдвигом на 120 градусов, и запредельный волновод 16 с шаровым краном для слива готовой продукции.

Высокая интенсивность теплообмена в данной СВЧ установке достигается путем совмещения процесса измельчения сырья терочным диском в центробежном поле и эндогенного нагрева с процессом предварительного отделения меда от воска и вытопки его под воздействием ЭМПСВЧ. При этом в каждом резонаторе появляется возможность регулировать дозу воздействия ЭМПСВЧ в соответствии с их температурой плавления (воск плавится при температуре выше 64°С, а мед - выше 40°С).

Итак, двухмодульная СВЧ установка для термообработки воскового сырья и отделения меда в непрерывном режиме содержит два резонатора. В первом модуле технологический процесс отделения меда от воскового сырья происходит в цилиндрическом резонаторе 3, а во втором - вытопка пасечного воска в сферическом резонаторе 14.

Технологический процесс термообработки пчелиного воскового сырья и отделения меда происходит следующим образом. В первом модуле технологический процесс основан на измельчении воскового сырья с помощью дисковой терки, диэлектрическом нагреве в цилиндрическом резонаторе и отжиме измельченных масс через прорези диэлектрической тарелки за счет центробежных сил. Загрузить пчелиное восковое сырье в приемную емкость 1, включить электропривод, обеспечивающий вращение неферромагнитного терочного диска 8 и конической диэлектрической тарелки 6. Далее включить электропривод рифленых неферромагнитных валков 2. Как только восковое сырье окажется в цилиндрическом резонаторе 3 с экранирующим корпусом 11, включить сверхвысокочастотные генераторы (магнетроны 4). Открыть сливной патрубок 9. В цилиндрическом резонаторе восковое сырье перемешивается и измельчается при вращении неферромагнитного терочного диска 8 и подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты (длина волны 12,24 см, частота 2450 МГц). При диэлектрическом нагреве пчелиного воскового сырья, в первую очередь растапливается мед. Восковое сырье, попадая в коническую диэлектрическую тарелку 6, прижимается к ее боковой поверхности и поднимается вверх к выгрузному отверстию 12 на наружном усечённом корпусе 7. При этом жидкий мед, за счет центробежной силы при прижатии сырья к боковой поверхности диэлектрической тарелки ,6 вытекает через ее прорези, далее сливается через патрубок 9. Отделение пасечного воска от меда за счет создания избыточного давления между конической диэлектрической тарелкой 6 с прорезями и усеченными конусами 5, 7 происходит в области отжима. Функцию центрифуги выполняет диэлектрическая коническая тарелка 6 с прорезями на боковой поверхности, а неферромагнитный терочный диск 8 является основанием цилиндрического резонатора 3 и способствует измельчению сырья. Такая конструкция рабочей камеры с цилиндрическим резонатором, имеющим вращающееся основание, и конической тарелкой с прорезями, обеспечивает предварительный диэлектрический нагрев воскового сырья и разделение его на мед - жидкую фракцию и воск - твердую фракцию. Фильтрация растопленного меда от воскового сырья через прорези на боковой поверхности конической диэлектрической тарелки 6 происходит за счет центробежных сил.

Твердая фракция (воск) попадает во второй модуль через отверстие 13, имеющееся на поверхности сферического резонатора 14. Во втором модуле закрыть шаровой кран 16 на запредельном волноводе, после чего включить электродвигатель 18 привода перфорированного диэлектрического диска 15, генераторы (магнетрон 17). Воск, попадая на вращающийся диэлектрический диск 15 в ЭМПСВЧ растапливается, обеззараживается и протекая через перфорацию, накапливается на дне сферического резонатора 14. При достижении эффективной температуры, воск сливают через запредельный волновод, открывая шаровой кран 16 на определенный расход.

Исходное восковое сырье может иметь разный вид и процентное содержание меда. Производительность установки зависит от количества генераторов.

Источник информации

1. https://beejournal.ru/razvedenie-i-soderzhanie-lubitel/2560-a-chto-v-zabruse

2. https://market.yandex.ru/offer/g-

3. Патент № 2694179 РФ, МПК А23К10/00. Многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции заявитель и патентообладатель НГСХА (RU). - № 2017108665; заявл. 13.03.2017. Бюл. № 5 от 20.02.2019. - 15 с.

4. Патент 2999753 № РФ, МПК A47j29/06. СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). - № 2018136712; заявл. 17.10.2018. Бюл. № 25 от 09.09.2019. - 14 с.