Vestnik of Kazan State Agrarian UniversityVestnik of Kazan State Agrarian UniversityВестник Казанского государственного аграрного университета2073-04621800310.12737/article_59ad077c11ab76.96305845Технические наукиТехнические наукиDEVELOPMENT AND SUBSTANTIATION OF PARAMETERS OF MICROWAVE INSTALLATION WITH SPHERICAL REONATOR FOR THERMAL PROCESSING OF BOILER WASTESРАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТОВ СВЧ УСТАНОВКИ СО СФЕРИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ БОЕНСКИХ ОТХОДОВЗиганшинБулат ГусмановичZiganshinBulat Gusmanovichzigan66@mail.ru
Казанский государственный аграрный университетКазаньРоссияKazan State Agrarian UniversityKazanRussian FederationНижегородская государственная сельскохозяйственная академияNizhny Novgorod State Agricultural AcademyНижегородский государственный инженерно-экономический институтNizhny Novgorod State Institute of Engineering and Economics1227580https://zh-szf.ru/en/nauka/article/18003/view
Совершенствование микроволновой технологии и конструктивного исполнения установок, обеспечивающих совмещения процессов обезвоживания, измельчения и термообработки непищевых отходов убоя животных, является актуальной задачей. В работе пользовались статистической обработкой результатов исследования с применением компьютерных программ Microsoft Excel 10.0, Statistic 5.0, трехмерного моделирования конструктивного исполнения СВЧ установок в программе Компас-3D V15. Разработанная СВЧ установка со сферическим перфорированным резонатором обеспечивает совмещения процессов обезвоживания, измельчения и термообработки сырья в непрерывном режиме. Она содержит в сферическом экранирующем корпусе, с приемным и выгрузным патрубками, вращающийся сферический резонатор. По вертикальной оси резонатора проложен диэлектрический вал, вращающийся от электродвигателя. Верхние части сферического экранирующего корпуса и сферического резонатора, диаметр которого согласован с длиной волны, максимально приближены друг другу, и имеют соосные отверстия для закрепления приемного патрубка и диэлектрического вала. С наружной стороны экранирующего корпуса измельчитель и сверхвысокочастотные генераторы установлены так, что излучатели направлены внутрь вращающегося сферического резонатора равномерно по периметру диэлектрического пластинчатого сегмента. Сферический резонатор перфорирован, размеры отверстий согласованы с размерами частиц готовой продукции. Разработана операционно-технологическая схема работы установки со сферическим дифракционным резонатором для термообработки сырья в непрерывном режиме. Проведена оценка микробиологических показателей непищевых отходов убоя животных после воздействия ЭМПСВЧ. В результате исследований разработана микроволновая технология термообработки непищевых отходов убойных животных с высокой влажностью для линии производства белкового корма с использованием сферического перфорированного резонатора. Проведена положительная оценка микробиологических показателей продукта, обработанного в электромагнитном поле сверхвысокой частоты.
The improvement of microwave technology and the design of installations, that ensure the matching of the processes of dehydration, grinding and heat treatment of non-food animal slaughter waste is an urgent task. The purpose of the work is the development and justification of the effective parameters of the operation of a microwave plant for heat treatment of non-food waste of animal origin of high humidity in a continuous mode, which ensures the improvement of the quality of the feed product with the least operating costs. In the work we used statistical processing of the results of the research, using computer programs Microsoft Excel 10.0, Statistic 5.0, 3D modeling of the design of microwave installations in the Compass-3D V15 program. The developed microwave device with a spherical perforated resonator provides for combining the processes of dewatering, grinding and heat treatment of raw materials in a continuous mode. It contains a rotating spherical resonator in a spherical shielding body, with a receiving and unloading nozzles. A dielectric shaft is rotated along the vertical axis of the resonator, rotating from the electric motor. The upper parts of the spherical shielding unit and the spherical resonator, whose diameter is matched to the wavelength, are as close as possible to each other, and have coaxial holes for fixing the receiving branch pipe and the dielectric shaft. On the outside of the shielding case, a chopper and microwave generators are installed, so that the emitters are directed into the rotating spherical resonator uniformly along the perimeter of the dielectric plate segment. The spherical resonator is perforated, the dimensions of the holes are coordinated with the particle sizes of the finished products. An operating-technological scheme for the operation of a device with a spherical diffraction cavity for heat treatment of raw materials in a continuous mode is developed. The microbiological indices of the non-food waste of animals slaughter after exposure of electromagnetic fields and ultrahigh frequencies were estimated. As a result of the research, a microwave technology was developed for heat treatment of non-food waste of slaughter animals with high humidity for the production line of protein feed, using a spherical perforated resonator. A positive evaluation of the microbiological indices of a product, treated in an electromagnetic field of an ultrahigh frequency, was carried out.
генератор сверхвысокой частотыперфорированный или дифракционный сферический резонаторнепищевые отходы убоя животныхнепрерывный режим работыэкранирующий корпусизмельчительвлажное сырье.superhigh-frequency generatorperforated or diffractive spherical resonatornon-food waste of animal slaughtercontinuous operation modeshielding casechopperwet feed.
Для переработки непищевых отходов убоя и переработки птицы и животных имеются разные технологии и технические средства, поэтому необходимо обосновать подбор наиболее эффективного метода. Переработка такого сырья предполагает получение биологически ценного, безопасного и стойкого при хранении корма для животных. Необходимое условие достижения этой цели – термообработка непищевых отходов животного происхождения для их обеззараживания и обезвоживания. Для получения высококачественного кормового продукта, в котором максимально сохраняется биологическая ценность исходного сырья, необходимо свести к минимуму время термообработки и использовать экономичные и экологически чистые технологии. Известно, что отходы убоя животных варят острым паром в специальных котлах, под давлением. Существует большое разнообразие конструкций варочного котла паровой группы, отличающихся технологией производства. Котлы периодического действия работают по принципу загрузки сырья через определенные промежутки времени. Варочные котлы непрерывного действия работают по принципу конвейера. Компоненты загружают в котел, нагревают, перемешивают, отстаивают и выгружают [12]. Главное преимущество – это технология исключает подгорание, но процесс очень длительный.При использовании нагрева сырья с помощью энергии сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний из-за проникновения волны в сырье происходит преобразование этой энергии в тепло не на поверхности, а в его объеме, и поэтому можно добиться более интенсивного нарастания температуры при большей равномерности нагрева по сравнению с традиционными способами. Это обеспечивает улучшение качества продукта, стерильность процесса и безынерционность регулирования нагревом [7, 8, 9]. Имеющие СВЧ установки, изготовленные с использованием нескольких источников энергии, требуют специальных средств защиты магнетронов от отраженной мощности; в них сложно обеспечить равномерность нагрева сырья [14]. Анализируя существующие аппаратные решения СВЧ установок, можно сделать выводы [10, 15, 16]:1) для передачи энергии от магнетрона к нагрузке без потерь, необходимо согласовать все элементы электродинамической системы (генератор-резонатор-нагрузка); 2) изменение характеристик сырья при воздействии ЭМПСВЧ приводит рассогласованию нагрузки с волноводом; 3) самой максимальной собственной добротностью обладают резонаторы сферического исполнения.
Белова М.В. Повышение эффективности функционирования многомодульных агрегатов для агроинженерных технологий / М.В. Белова, Б.Г. Зиганшин // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013.-№ 3 (29). - С. 49-52.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.Белова М.В. Установка для термообработки крови с.-х. животных / М.В. Белова, Б.Г. Зиганшин, Н.Т. Уездный // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2013. - № 3 (29). - С. 53-56.Belova M.V. Installation for the heat treatment of blood of farm animals. [Ustanovka dlya termoobrabotki krovi selskokhozyaystvennykh zhivotnykh]. / M.V. Belova, B.G. Ziganshin, N.T. Uezdnyy // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - Kazan: 2013, №3 (29). - P. 53-56.Белова М.В. Использование СВЧ техники для термообработки крови убойных животных / М.В. Белова, Н.Т. Уездный // Известия Оренбургского ГАУ: 2014, № 1 (45). - С. 56-58.Belova M.V. Methods of justification of device parameters for the heat treatment of raw slaughtered animals. [Metodika obosnovaniya parametrov ustanovki dlya termoobrabotki syrya uboynykh zhivotnykh]. / M.V. Belova, B.G. Ziganshin, G.V. Novikova // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - Kazan: 2014, № 2 (29). - P. 58-62.Белова М.В. Методика обоснования параметров установки для термообработки сырья убойных животных / М.В. Белова, Б.Г. Зиганшин, Г.В. Новикова // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2014.- № 2. - С. 58-62.Belova M.V. A technique for substantiating the parameters of an installation for heat treatment of raw materials of slaughter animals. [Metodika obosnovaniya parametrov ustanovki dlya termoobrabotki syrya uboynykh zhivotnykh]. / M.V. Belova, B.G. Ziganshin, G.V. Novikova // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. - Kazan: 2014, № 2. - P. 58-62.Белова М.В. Конструктивные особенности резонаторов сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья в поточном режиме / М.В. Белова // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2015.- № 4 (38) - С. 31-37.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.Белова М.В. Объемные резонаторы СВЧ генератора для термообработки сырья в поточном режиме / М.В. Белова, Б.Г. Зиганшин, А.Н. Федорова, Д.В. Поручиков // Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015, № 1. - С.121-123.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.Белова М.В. Блок-схема модернизации СВЧ установки для термообработки сырья / М.В. Белова, И.М. Селиванов, Н.И. Махоткина //Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015, № 2. - С. 127-128.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.Белов А.А. Разработка радиоволновых установок для термообработки сырья / А.А. Белов, Г.В. Жданкин, В.Ф. Сторчевой // Вестник НГИЭИ.-2016. № 10 (65). - С. 16-24.Belov A.A. 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. Storcheva // Vestnik NGIEI. - Th Herald of National Research and Design Institute, 2016, № 10 (65). - P. 16…24. Жданкин Г.В. Разработка сверхвысокочастотной установки для термообработки непищевых отходов убоя и переработки птицы / Г.В. Жданкин, В.Ф. Сторчевой // Научная жизнь. - М.: ЗАО «Алкор», 2016, -№ 9. - С. 24-26.Zhdankin 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, № 9. - P. 24…26.Зиганшин Б.Г. Электродинамический анализ резонаторов, используемых в сверхвысокочастотных установках / Б.Г. Зиганшин, М.В. Белова, Г.В. Новикова, А.Н. Матвеева, О.И. Петрова // Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015.- № 6. -С. 477-480.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.Зиганшин Б.Г. Термообработка крови убойных животных / Б.Г. Зиганшин, М.В. Белова, Н.Т. Уездный // Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015, № 1. - С. 125-127.Ziganshin B.G. Heat treatment of blood of slaughter animals. [Termoobrabotka krovi uboynykh zhivotnykh]. / B.G. Ziganshin, M.V. Belova, N.T. Uezdnyy // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and technical sciences - Moskva: “Sputnik+”, 2015, № 1. - P. 125…127.Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Ч.1. Оборудование для убоя и первичной обработки. - М.: Колос, 2001, С. 330.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. 330.Новикова Г.В. Установка для вытопки жира / Г.В. Новикова, И.М. Селиванов, М.В. Белова, И.Г. Ершова, А.Б. Оспанов // Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015, № 6. - С. 485…487.Novikova, G.V. Installation for melting out of fat. [Ustanovka dlya vytopki zhira]. / G.V. Novikova, I.M. Selivanov, M.V. Belova, I.G. Ershova, A.B. Ospanov // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and Technical sciences. 2015, № 6. - P. 485-487Пчельников Ю.Н. Электроника сверхвысоких частот / Ю.Н. Пчельников, В.Т. Свиридов. - М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.Pchelnikov Yu.N. Elektronika sverkhvysokikh chastot. [Ultrahigh-frequency electronics]. / Yu.N. Pchelnikov, V.T. Sviridov. - M.: Radio i svyaz, 1981. - P. 96.Самоделкин А.Г. Многорезонаторная установка для плавления жира / А.Г. Самоделкин, Г.В. Новикова, М.В. Белова, И.Г. Ершова, А.А. Белов // Естественные и технические науки. - Москва: «Спутник+», 2015, № 6. - С. 492…494.Samodelkin A.G. Multiresonator plant for melting fat. [Mnogorezonatornaya ustanovka dlya plavleniya zhira]. / A.G. Samodelkin, G.V. Novikova, M.V. Belova, I.G. Ershova, A.A. Belov // Estestvennye i tekhnicheskie nauki. - Natural and technical sciences. - Moskva: “Sputnik+”, 2015, № 6. - P. 492…494.