Nizhny Novgorod, Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
On the basis of the criterial equations, regression equations are obtained, that allow to evaluate the influence of technological parameters, electrophysical and physico-mechanical properties of non-food raw materials on the duration of heat treatment and disinfection of protein feed and to determine the rational operating conditions of a multimodular centrifugal microwave plant for heat treatment of non-food wastes of animal origin and separation of the liquid fraction.
the matrix of active experiment planning, criteria for microwave installations design, a multi-module centrifugal installation, optimal operating modes, microwave generators, cone-shaped cavity resonators.
Известно, что цеха по переработке продукции животноводства и птицеводства постоянно сталкиваются с проблемой переработки непищевых отходов. Это ярко проявляется на малых фермерских хозяйствах, где количество голов скота не очень высокое, но требуется продуманный подход к переработке отходов и эффективное использование продукции в качестве белкового корма. Непищевые отходы это смесь твёрдых частиц, жидкости и жира. Решение проблемы переработки отходов убоя животных заключается в том, чтобы отделить твёрдые частицы прежде, чем их загрязняющие окружающую среду элементы вступят в химическую реакцию (растворятся) в жидкости, т.е. сепарировать и обеззараживать.
Технология переработки такого сырья предусматривает мойку, измельчение, варку, стерилизацию, отделение жидкой фазы от общей массы. Для выполнения этих операций применяют отдельные машины. Процессы переработки указанного сырья энергоемки. Для тепловой обработки такого сырья применяют конвективный или кондуктивный метод подвода теплоты. При термообработке применяют котлы и аппараты разных конструкций [16, стр. 323…333]. При этом качество готовой продукции зависит от максимальной температуры и продолжительности ее воздействия. При обработке указанного сырья повышение температуры среды выше 120…130оС нежелательно, так как это приводит к ухудшению качества конечной продукции. Расход горячей воды на варку непищевых отходов при производительности 125…300 кг/ч составляет 0,6…0,7 м3/ч. Поэтому совмещение процессов варки, стерилизации и отделение жидкой фракции в одном устройстве – актуальная задача.
Нами предлагается варить и обеззараживать непищевые отходы животного происхождения в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) для повышения кормовой ценности белковой добавки при сниженных эксплуатационных затратах [15]. Для реализации такой технологии разработаны много установок с СВЧ энергоподводом [1, 2, 3, 4, 5].
Условия, материалы и методы исследований. Научные исследования проводились с использованием математических аппаратов электродинамики, теории электромагнитного поля, активного планирования трехфакторного эксперимента типа 23. Трехмерное моделирование конструктивного исполнения центробежной установки для термообработки боенских отходов проведено в программе Компас-3D V15. Обоснование размеров и конфигурации коаксиального резонаторов проведено по программе трехмерного компьютерного моделирования электрического поля CST Studio Suite 2015 [6, 7, 8, 9].
Анализ и обсуждение результатов исследований. Экспериментальные исследования процессов термообработки многокомпонентного сырья проведены с целью проверки адекватности математических моделей и аргументирования основных теоретических выражений.
При экспериментальном исследовании технологических процессов варки и обеззараживания непищевых отходов животного происхождения воздействием ЭМПСВЧ следует:
- изучить динамику нагрева многокомпонентного сырья разного состава и отдельных ингредиентов при разной их влажности и удельных мощностях СВЧ генератора;
- получить регрессионные модели для оптимизации конструкционно-технологических параметров и режимов работы СВЧ установки (метод планирования многофакторных экспериментов);
- оценить микробиологические и органолептические показатели продукта и анализировать их физико-химический состав и получить эмпирические выражения;
1. Borodin I.F. Intensification by electromagnetic field of technological processes in animal husbandry. [Intensifikatsiya elektromagnitnym polem tekhnologicheskikh protsessov v zhivotnovodstve]. / I.F. Borodin, G.V. Novikova // Izvestiya NANI ChR. - Izvestiya NANI ChR. 1996. №4. P. 50…53.
2. Belova M.V. Technological equipment for heat treatment of agricultural raw materials. [Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya termoobrabotki s.-kh. syrya]. / M.V. Belova, G.A. Aleksandrova, D.V. Poruchikov // Vestnik FGOU VPO “Chuvashskiy gosudarstvennyy pedagogicheskiy universitet im. I.Ya. Yakovleva”. - The Herald of Chuvash State Pedagogical University named after I. Ya. Yakovlev. - Cheboksary: 2013, № 2 (78). - P. 12…16.
3. Belova M.V. Improving the efficiency of multi-module units operation for agroengineering technology. [Povyshenie effektivnosti funktsionirovaniya mnogomodulnykh agregatov dlya agroinzhenernykh tekhnologiy]. / M.V. Belova, B.G. Ziganshin // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - Kazan: 2013, № 3 (29). - P. 49-52.
4. Belova M.V. Features of resonators of microwave installations for thermal treatment of the raw material in-line mode. [Konstruktivnye osobennosti rezonatorov sverkhvysokochastotnykh ustanovok dlya termoobrabotki syrya v potochnom rezhime]. / M.V. Belova // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - Kazan: 2015, № 4 (38) - P. 31…37.
5. Belova M.V. Volumetric resonators of a microwave generator for heat treatment of raw materials in a flow mode. [Obemnye rezonatory SVCh generatora dlya termoobrabotki syrya v potochnom rezhime]. / M.V. Belova, B.G. Ziganshin, A.N. Fedorova, D.V. Poruchikov // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and technical sciences - Moskva: «Sputnik+», 2015, № 1. - P. 121…123.
6. Belova M.V. Flowchart for modernization of microwave equipment for heat treatment of raw materials. [Blok-skhema modernizatsii SVCh ustanovki dlya termoobrabotki syrya]. / M.V. Belova, I.M. Selivanov, N.I. Makhotkina // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and technical sciences. - Moskva: “Sputnik+”, 2015, № 2. - P. 127…128.
7. Ginzburg A.S. Raschet i proektirovanie sushilnykh ustanovok pischevoy promyshlennosti. [Calculation and design of drying plants for the food industry]. / A.S. Ginzburg - M.: Agropromizdat, 1985. - P. 336.
8. Devyatkov N.D. Millimetrovye volny i ikh rol v protsessakh zhiznedeyatelnosti. [Millimeter waves and their role in life processes]. / N.D. Devyatkov. - M.: Radiosvyaz, 1991. - P. 167.
9. Ziganshin B.G. Electrodynamic analysis of resonators used in superhigh-frequency installations. [Elektrodinamicheskiy analiz rezonatorov, ispolzuemykh v sverkhvysokochastotnykh ustanovkakh]. / B.G. Ziganshin, M.V. Belova, G.V. Novikova, A.N. Matveeva, O.I. Petrova // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and technical sciences - Moskva: “Sputnik+”, 2015, № 6. - P. 477…480.
10. Zubarev Yu.Ya. Raschet sudovykh avtomatizirovannykh sistem metodami aktivnogo eksperimenta. [Calculation of ship automated systems by the methods of active experiment]. // Yu.Ya. Zubarev, A.D. Sabashnikov. - Leningrad, Sudostroenie, 1976. P. 96.
11. Kudryavtsev I.Ya. Elektricheskiy nagrev i elektrotekhnologiya. [Electrical heating and electrotechnology]. / I.Ya. Kudryavtsev, V.A. Karasenko. - M.: Kolos, 1975. - P. 368.
12. Novikova G.V. Dependence of the power of losses of microwave energy on the electric field strength. [Zavisimost moschnosti poter SVCh-energii ot napryazhennosti elektricheskogo polya]. / G.V. Novikova, M.V. Belova, A.N. Ponomarev // Vestnik FGOU VPO “Chuvashskiy gosudarstvennyy pedagogicheskiy universitet”. - The Herald of Chuvash State Pedagogical University. - Cheboksary: 2011, № 2 (70). - P. 119…122.
13. Novikova G.V. Development of radio wave equipment for heat treatment of raw materials. [Razrabotka radiovolnovykh ustanovok dlya termoobrabotki syrya]. / A.A. Belov, G.V. Zhdankin, V.F. Storchevoy, G.V. Novikova // Vestnik NGIEU. - The Herald of Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics. - N. Novgorod: GBOU VO NGIEU. 2016, № 10 (65). - P. 7…15.
14. Novikova G.V. Development of an ultrahigh-frequency plant for heat treatment of non-food waste slaughter and poultry processing. [Razrabotka sverkhvysokochastotnoy ustanovki dlya termoobrabotki nepischevykh otkhodov uboya i pererabotki ptitsy]. / G.V. Zhdankin, V.F. Storchevoy // Nauchnaya zhizn. - Scientific life. - M.: ZAO “ALKOR”, 2016, № 11. - P. 10…14.
15. Novikova G.V. Development of radio wave machines for processing meat-and-bone waste. [Razrabotka radiovolnovykh ustanovok dlya pererabotki myasokostnykh otkhodov]. / I.G. Ershova, G.V. Novikova, D.V. Poruchikov, M.A.Ershov // Nauchnoe obozrenie. - Scientific review. ZAO “ALKOR”, 2016, № 18, - P. 56…60.
16. Ivashov V.I. Tekhnologicheskoe oborudovanie predpriyatiy myasnoy promyshlennosti. Chast 1. Oborudovaniye dlya uboya i pervichnoy obrabotki. [Technological equipment of enterprises of the meat industry. Part 1: Equipment for slaughtering and primary processing]. - M.: Kolos, 2001. - P. 552.
