Обоснование производительности СВЧ установки для разделения воска и мёда

Performance justification microwave installations for separating wax and honey

Авторы:

Шевелев Александр Владимирович

ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», г. Княгинино, Россия

e-mail: shevelev522@mail.ru

Shevelev Alexander Vladimirovich

Nizhny Novgorod state University of engineering and Economics, Knyaginino, Russia.

e-mail: shevelev522@mail.ru

Михайлова Ольга Валентиновна

д.т.н., профессор, ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет», г. Княгинино, Россия

e-mail: ds17823@yandex.ru

Mikhailova Olga Valentinovna

Dr. Sci. (Engineering), associate Professor, Nizhny Novgorod state University of engineering and Economics, Knyaginino, Russia.

e-mail: ds17823@yandex.ru

Аннотация. Статья посвящена актуальности переработки забруса. Предлагается использование новой электротехнологии в фермерских хозяйствах на пасеках. Использование разработанной установки позволит значительно ускорить процесс вытопки воска и отделение меда, а также получить качественную продукцию.

Abstract. The article is devoted to the relevance of zabrus processing. The use of new electrical technology in apiary farms is proposed. Using the developed installation will significantly speed up the process of separating wax and honey, as well as get high-quality products.

Ключевые слова: воск, забрус, мед, СВЧ, электротехнология.

Keywords: wax, zabrus, honey, microwave, electrotechnology.

Тематическая рубрика: Сельское хозяйство и пищевая промышленность.

В агропромышленном комплексе, одним из перспективных направлений развития является производство продукции пчеловодства. Воск является необходимым компонентом практически во всех отраслях производства и народного хозяйства. В данное время некоторые продукты пчеловодства не подвергаются переработке, как например – забрус, представляющий собой срезанные крышечки запечатанных сот. По содержанию забрус состоит из двух компонентов, в следующем соотношении – воска 22 % и меда 7 %.

Для повышения реализации продукции предлагается перерабатывать забрус путем деления его на фракции воска и меда. Решить задачу удовлетворения спроса на воск возможно за счет применения ЭМПСВЧ [1–5].

Нами разрабатывается установка с маломощными магнетронами и самонастраивающейся электродинамической системой и воздушным охлаждением для переработки забруса, обеспечивающая разделение на фракции воска и меда обеззараживание при сниженных эксплуатационных затратах.

Предлагаемая установка с взаимосвязанными цилиндрическими резонаторами работает в непрерывном режиме (рис. 1). Горизонтально расположенные цилиндрические резонаторы 2, 9 состыкованы между собой с помощью прижимного кольца 6, внутри которого расположен измельчающий механизм 7, содержащий нож и решетку. Внутри резонаторов последовательно на одном диэлектрическом валу 5 расположены два нагнетательных шнека 4 с измельчающим механизмом между ними. Второй цилиндрический резонатор 9 с магнетронами 8, диэлектрическим нагнетательным шнеком 10 и приемной емкостью 12 состыкован с первым цилиндрическим резонатором 2 так, что диэлектрические валы нагнетательных шнеков 4, 10 зафиксированы между собой, образуя общий вал 5.

Рис. 1. СВЧ-установка с цилиндрическими резонаторами для термообработки воскового сырья в непрерывном режиме: 1 − загрузочная емкость с заслонкой; 2 − первый цилиндрический резонатор; 3 − неферромагнитные витки; 4 − первый нагнетательный шнек;  5 − диэлектрический вал; 6 − прижимное кольцо; 7 − измельчающий механизм, состоящий из ножа и решетки; 8 − магнетроны; 9 − второй цилиндрический резонатор; 10 − диэлектрический нагнетательный шнек во втором резонаторе; 11 − перфорированные части резонаторов; 12 − приемные емкости со сливными патрубками, содержащими заслонки; 13 − электродвигатель.

Внутри резонаторов последовательно на одном диэлектрическом валу 5 расположены два нагнетательных шнека 4 с измельчающим механизмом между ними. Второй цилиндрический резонатор 9 с магнетронами 8, диэлектрическим нагнетательным шнеком 10 и приемной емкостью 12 состыкован с первым цилиндрическим резонатором 2 так, что диэлектрические валы нагнетательных шнеков зафиксированы между собой, образуя общий вал 5. Первоначальные витки 3 первого нагнетательного шнека выполнены из неферромагнитного материала, а последующие его витки и витки второго нагнетательного шнека 10 выполнены из фторопласта. Нагнетательные шнеки и измельчающий механизм вращаются от электродвигателя 13, расположенного с наружной стороны установки. Загрузочная емкость 1, расположена над неферромагнитными витками 3 первого нагнетательного шнека 4 на первом цилиндрическом резонаторе 2. На боковых поверхностях резонаторов установлены маломощные магнетроны 8 с воздушным охлаждением. Нижние части цилиндрических резонаторов перфорированы 11 и под ними расположены неферромагнитные приемные емкости 12 с заслонками.

Применение генераторов бытовых микроволновых печей электромагнитных излучений СВЧ диапазона, в которых питание магнетрона осуществляется через инвертор, позволяет создать компактность узла излучения микроволн, и увеличить объем полости и более эффективное преобразование потребляемой электроэнергии в энергию микроволн. Не говоря уже о дешевизне таких генераторов.

Для решения задачи удовлетворения спроса на воск необходимо рассчитать производительность установки. Главным рабочим органом установки является шнек.

Для начала найдем осевую скорость смещения объема сырья: V=L/r

где L – длина резонатора, м; τ – продолжительность вытопки, для отделения меда τ = 1,5 мин.

V=0,48/90=0,005 м/с.

Также осевую скорость смещения сырья можно рассчитать: V=H/n

где H – шаг навивки шнека, м (для вязких материалов принимают H = 160 мм); n – частота вращения шнека, с-1.

Определим необходимую частоту вращения:

n=v/H=0,005/0,16=0,03 с-1

Производительность шнека:

М=S*p*v=3,14/4(D*D-d*d)*ф*p*v

где S – площадь поперечного сечения сырья, м2; p – плотность продукта, кг/м3; D, d – наружный и внутренний диаметры шнека, м; Ф – коэффициент загрузки шнека. 

ф=d/D=0,83

Мощность электродвигателя привода шнекового транспортера: 0,24 Квт.

По вычисленной производительности шнека, можно судить о реальной производительности установки. Она будет равна 54 кг/ч, что вполне удовлетворяет спрос пасеки народного хозяйства.

Список литературы:

1. Исследование и разработка установки для предпосадочной обработки клубней картофеля воздействием электрофизических факторов / А. И. Котин, Г. В. Новикова, П. В. Зайцев, О. В. Михайлова / Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2019. Т. 14. № 1 (52). С. 89–93.

2. Патент № РФ, МПК С11В11/00. Двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья. А. В. Шевелев, Г. В. Новикова, О. В. Михайлова, М. В. Белова, А.Н. Коробков / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2020107762; заявл. 21.02.2020.

3. Разработка методики определения оптимальных параметров настройки промышленных регуляторов / Т. А. Изосимова, О. В. Михайлова, М. В. Максимова, А. В. Галыня // Вестник НГИЭИ. 2020. № 3 (106). С. 5–21.

4. СВЧ-установка для вытопки пчелиного воска / А. В. Шевелев, Г. В. Новикова, О. В. Михайлова, М. В. Белова // Вестник НГИЭИ. 2020. № 5 (108). С. 16–28.

5. Шевелев А.В. Электротехнология разделения забруса на фракции / А. В. Шевелев, О. В. Михайлова // Научный электронный журнал Меридиан. – 2020. – № 12 (46). – С. 180–182.