RU2242906C2

RU2242906C2 - Method and apparatus for processing of agricultural product

Info

Publication number: RU2242906C2
Application number: RU2002123248/13A
Authority: RU
Inventors: А.Я. Аболтынь (RU); А.Я. Аболтынь; С.Г. Власова (RU); С.Г. Власова
Original assignee: Аболтынь Александр Яковлевич; Власова Светлана Георгиевна
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-12-27
Also published as: RU2002123248A

Abstract

FIELD: agriculture, in particular, drying, disinfecting, sterilizing and presowing treatment of agricultural product.

SUBSTANCE: method involves placing agricultural raw material in trays in regulated position inside chamber; creating vacuum and providing complex heating of material by heated air flow, supersonic elastic vibrations, infrared and wave radiation; in the course of vapor condensation, providing fractional separation and regeneration of volatile components and extract and directing into individual receptacles. Apparatus has trays for placement of agricultural material, said trays being freely hung on drum for rotation around basic axis and periodic approaching of raw material to radiation sources and departure therefrom.

EFFECT: wider operational capabilities allowing periodically changeable raw materials to be processed, provision for obtaining of ecologically clean product and improved environment control.

3 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки пищевых продуктов в сельском хозяйстве, пищевой и фармацевтической промышленности, а более конкретно к технике сушки, дезинсекции, стерилизации и предпосевной обработки сельскохозяйственных продуктов.The invention relates to the field of electrophysical methods of food processing in agriculture, food and pharmaceutical industries, and more particularly to a technique for drying, disinsection, sterilization and presowing treatment of agricultural products.

Актуальность проблемы вызвана широкой потребностью высокоэффективных технологий, обеспечивающих экологически чистую продукцию, например, в технике сушки сельскохозяйственных продуктов, т.к. до настоящего времени полностью не решена проблема многофункциональной техники обработки различных сырьевых материалов при их различных физических свойствах внутренней теплопроводности, в частности при сушке сельскохозяйственных продуктов с разной степенью влаговыделения.The urgency of the problem is caused by the widespread need for highly efficient technologies that provide environmentally friendly products, for example, in the drying technique of agricultural products, because Until now, the problem of multifunctional technology for processing various raw materials with their various physical properties of internal thermal conductivity, in particular when drying agricultural products with different degrees of moisture, has not been completely solved.

Известен способ сушки биологических и фармацевтических продуктов пищевой промышленности, при котором продукты сушат в вакуумированном резервуаре, снабженным высокочастотным нагревом и конденсатором, причем продукт оставляют в засыпке на натекающем дне при первом давлении Р1 во время фазы I, отключают газ вакуумным насосом до давления P2<Р1 и выдерживают подвергаемое сушке вещество при давлении Р2 во время фазы II. Подвод пригодного для сушки газа осуществляют со скоростью течения повышающей скорости разрыхления, пока газ опять достигнет заданной для фазы I давления Р1 во время фазы III и повторяют фазы I-III [1].A known method of drying biological and pharmaceutical products of the food industry, in which the products are dried in a vacuum tank equipped with high-frequency heating and a condenser, the product being left to fill on the leaking bottom at the first pressure P1 during phase I, the gas is turned off by a vacuum pump to a pressure P2 <P1 and the material to be dried is maintained at a pressure of P2 during phase II. Suitable gas for drying is carried out at a flow rate increasing the rate of loosening, until the gas again reaches the pressure P1 set for phase I during phase III and phases I-III are repeated [1].

Недостатком известного способа является низкая функционально-технологическая возможность обработки сырьевого материала и эффективности отвода влаги.The disadvantage of this method is the low functional and technological ability to process raw materials and the efficiency of moisture removal.

Известный способ (вариант) сушки, принятый за прототип, характерен тем, что осуществляемый продукт обрабатывают в герметичной камере и одновременно воздействуют СВЧ-полем, проводят вакуумирование, при этом воздух, используемый для охлаждения магнетрона и источника питания, используют для нагрева герметической камеры, а полученный пар конденсируют и в дальнейшем используют [2].The known method (option) of drying, adopted as a prototype, is characterized by the fact that the product is processed in a sealed chamber and simultaneously exposed to a microwave field, vacuumized, while the air used to cool the magnetron and the power source is used to heat the sealed chamber, and the resulting steam is condensed and subsequently used [2].

Недостатком известных способов является низкая функционально-техническая возможность в условиях периодически меняющихся различных сырьевых материалов с их различными физическими свойствами и обеспечения экологически чистой продукции.A disadvantage of the known methods is the low functional and technical ability in conditions of periodically changing various raw materials with their various physical properties and ensure environmentally friendly products.

Известная “Конвейерная установка для обработки коконов” содержит сушильную камеру в виде 3-электродного конденсатора и разделенного на две части высоковольтного электрода и загрузочного бункера, причем транспортер конвейера включает четыре бесконечных ленты, приводимые в движение пальцами [3].The well-known “Conveyor installation for processing cocoons” contains a drying chamber in the form of a 3-electrode capacitor and divided into two parts a high-voltage electrode and a loading hopper, and the conveyor conveyor includes four endless belts driven by fingers [3].

Недостатком известной установки является низкая функционально-техническая возможность при обработке различных сырьевых материалов с их различными физическими свойствами.A disadvantage of the known installation is the low functional and technical ability in the processing of various raw materials with their various physical properties.

Известное техническое решение “Способ и устройство периодической сушки порошкообразного и гранулированного материала с использованием СВЧ-энергии”, принятое за прототип, содержит камеру сушки, в которой с возможностью вращения установлена емкость для материала. Камера соединена с источником вакуума и источником СВЧ-энергии. Емкость оснащена перемешивающим устройством в виде перемешивающих лопаток, вращающихся вокруг оси вала емкости [4].The known technical solution “Method and device for periodic drying of powdered and granular material using microwave energy”, adopted as a prototype, contains a drying chamber in which a container for material is mounted rotatably. The camera is connected to a vacuum source and a microwave energy source. The tank is equipped with a mixing device in the form of mixing blades rotating around the axis of the tank shaft [4].

Недостатком известного устройства является низкая функционально-техническая возможность при обработке различных сырьевых материалов с разной степенью влаговыделения и обеспечение получения экологически чистой продукции.A disadvantage of the known device is the low functional and technical ability in the processing of various raw materials with varying degrees of moisture and providing environmentally friendly products.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных и функционально-технологических возможностей при обработке периодически меняющихся сырьевых материалов, обеспечение получения экологически чистой продукции и соблюдение экологии окружающей среды.The aim of the invention is the expansion of operational and functional technological capabilities in the processing of periodically changing raw materials, ensuring the production of environmentally friendly products and environmental ecology.

Для достижения поставленной цели заявляемое техническое решение “Способ и устройство для обработки сельскохозяйственных продуктов” содержит общие существенные признаки, выраженные определенными понятиями. Совокупность этих признаков выражена путем воздействия на сырьевой материал СВЧ-нагревом, вакуумированием и обдувом теплоагентом с последующей конденсацией, а устройство включает камеру, соединенную с источником СВЧ-энергии, источником вакуума и с емкостью для сырьевого материала.To achieve this goal, the claimed technical solution "Method and device for processing agricultural products" contains common essential features expressed by certain concepts. The combination of these features is expressed by exposing the raw material to microwave heating, evacuation and blowing with a heat agent followed by condensation, and the device includes a chamber connected to a microwave energy source, a vacuum source and a container for raw material.

По отношению к прототипу заявляемые изобретения имеют отличительные признаки, заключающиеся в том, что способ обработки сельскохозяйственных продуктов, предусматривающий загрузку в камеру сырьевого материала, перемещение его в камере в лотках, создание вакуума и обеспечение комплексного прогрева материала за счет воздействия источников излучения и теплового воздушного потока, поступающего в камеру после охлаждения источников излучения, конденсацию пара, отличающийся тем, что перемещение сырьевого материала в камере производят на свободно подвешенных в горизонтальной плоскости лотках и обеспечивают периодическое воздействие на сырьевой материал источников излучения путем вращательного движения лотков вокруг базовой оси с периодическим приближением и удалением их к источникам излучения и с постоянным направлением массы сырьевого материала в сторону излучения, причем при обработке излучением осуществляют комплексное воздействие ультразвуковых упругих колебаний, инфракрасного и СВЧ-излучения, а вакуум в камере создают после капиллярного вывода влаги к поверхностным участкам обрабатываемого продукта с обеспечением избыточного парообразования, при этом при конденсации пара производят фракционное разделение и утилизацию летучих компонентов и экстракта в индивидуальные приемники, а устройство для обработки сельскохозяйственных продуктов содержит камеру, перемещаемые в ней лотки для сырьевого материала, источники излучения вакуума, отличающиеся тем, что в камере вдоль оси на приводном валу установлен барабан, выполненный в виде кольцевых колец с равномерно расположенными с их внутренней стороны соосными штифтами для свободного подвешивания на них в горизонтальной плоскости внутри барабана лотков для продуктов и обеспечения их вращательного движения вокруг базовой оси и периодического приближения и удаления сырьевого материала к источникам излучения, а в качестве источников излучения использована расположенная на поверхности рабочей камеры, связанная с ней система инфракрасных, ультразвуковых и СВЧ-излучателей, при этом на камере установлена система их охлаждения и направления прогретого воздушного потока в камеру на сырьевой материал, а для нагрузки лотков в камеру использован рольганг.In relation to the prototype, the claimed inventions have distinctive features, namely, that the method of processing agricultural products, which involves loading raw material into the chamber, moving it in the chamber in trays, creating a vacuum and providing a comprehensive heating of the material due to exposure to radiation sources and thermal air flow entering the chamber after cooling the radiation sources, steam condensation, characterized in that the movement of raw material in the chamber is carried out with Trays are one-dimensionally suspended in the horizontal plane and provide periodic action of radiation sources on the raw material by rotating the trays around the base axis with periodic approach and removal of them to the radiation sources and with a constant direction of the mass of the raw material in the direction of radiation, and when subjected to radiation treatment, the ultrasound undergoes a complex action elastic vibrations, infrared and microwave radiation, and a vacuum in the chamber is created after capillary removal of moisture to the surface the remaining sections of the processed product with the provision of excessive vaporization, while vapor condensation is used to fractionally separate and utilize volatile components and extract into individual receivers, and the device for processing agricultural products contains a chamber, trays for raw materials moved in it, vacuum radiation sources, characterized in that in the chamber along the axis on the drive shaft there is a drum made in the form of ring rings with evenly spaced from their inner the orons with coaxial pins for free hanging on them in a horizontal plane inside the drum of the product trays and ensuring their rotational movement around the base axis and periodic approach and removal of raw material to radiation sources, and associated with it is used as radiation sources a system of infrared, ultrasonic and microwave emitters, while the camera has a system for cooling them and directing the heated air flow into the chamber raw material, and to load the trays into the chamber used roller.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует причинно-следственная связь, при которой технический результат обусловлен положительным эффектом в виде создания высокоэффективной технологии и техники, которые позволяют расширить эксплуатационные и технологические возможности при обработке сырьевых материалов в виде сельскохозяйственных продуктов и получения экологически чистой продукции.Between the distinguishing features and the purpose of the invention there is a causal relationship in which the technical result is due to a positive effect in the form of creating highly efficient technologies and equipment that can expand operational and technological capabilities in the processing of raw materials in the form of agricultural products and environmentally friendly products.

Сущность устройства поясняется графическим материалом в виде показа общего вида с боковым вырезом.The essence of the device is illustrated with graphic material in the form of a general view with a side cut.

Способ обработки сельскохозяйственных продуктов реализуется следующим образом. Сырьевой материал подвергают комплексному воздействию путем вращательного воздействия сырья вокруг базовой оси с периодическим приближением и удалением в сторону излучения с постоянным тепловым воздухообменом высокоинтенсивными источниками излучения теплового эффекта посредством ультразвуковых упругих колебаний, инфракрасным излучением и высокочастотных полей, при установленной периодической и этапной последовательности с последующим вакуумированием автономной среды, с образованием избыточного парообразования, конденсацией пара с фракционным разделением и утилизацией летучих компонентов и экстракта.The method of processing agricultural products is implemented as follows. The raw material is subjected to a complex effect by rotational action of the raw material around the base axis with periodic approach and removal to the side of radiation with constant thermal air exchange by high-intensity radiation sources of the thermal effect by means of ultrasonic elastic vibrations, infrared radiation and high-frequency fields, with a periodic and stage sequence followed by an autonomous vacuum environment, with the formation of excessive vaporization, condensation steam with fractional separation and disposal of volatile components and extract.

Устройство для обработки сельскохозяйственных продуктов включает пространственную, цилиндрическую, герметическую камеру 1, верхняя часть которой выполнена с пространственным проемом 2, внутри рабочей камеры 1 в центре осевой линии расположен барабан 3 в виде кольцевых колес с поддерживающими штифтами 4, соосно расположенными с внутренней стороны и противоположно друг другу в зеркальном отображении, и спицами 5, ступицы 6 которых взаимосвязаны с наружным приводом 7 вращения внутреннего приводного вала 8 через клино-ременную передачу 9, на барабане 3 установлены равнорасположенные по окружности плоские лотки 10 с сырьевым материалом 11, свободно подвешенные в горизонтальной плоскости посредством элементов подвеса 12 на поддерживающих штифтах 4 колес барабана 3, сверху, с наружной стороны, на рабочей камере 1 расположена в дискретном порядке система дистанционно-правленого действия высокоинтенсивных источников излучения теплового эффекта, включающие магнетроны 13 СВЧ-поля, инфракрасные излучатели 14, ультразвуковые излучатели 15 упругих колебаний и вентиляторы 16 охлаждения системы излучателей. Внутреннее рабочее пространство в рабочей камере 1 расположено под системой высокоинтенсивных источников излучения. Внутри внутренней части рабочей камеры 1 расположен заправочно-выдвижной рольганг 17, источник вакуума 18, а нижняя часть рабочей камеры 1 опирается на опоры 19, сбоку на одном из торцов рабочей камеры 1 расположен пульт управления 20 и инжектор 21, а на другом конце - загрузочно-выгрузной люк 22 с приемной горловиной 23.A device for processing agricultural products includes a spatial, cylindrical, hermetic chamber 1, the upper part of which is made with a spatial opening 2, inside the working chamber 1 in the center of the axial line there is a drum 3 in the form of ring wheels with supporting pins 4, coaxially located on the inside and opposite to each other in a mirror image, and spokes 5, hubs 6 of which are interconnected with an external drive 7 of rotation of the internal drive shaft 8 through a V-belt drive 9, b Arabans 3 installed flat trays 10 with raw materials 11 equally spaced around the circumference, freely suspended in a horizontal plane by means of suspension elements 12 on supporting pins 4 of the wheels of the drum 3, on top, from the outside, on the working chamber 1 there is a discrete-order remote control system high-intensity radiation sources of the thermal effect, including magnetrons 13 microwave fields, infrared emitters 14, ultrasonic emitters 15 elastic vibrations and cooling fans 16 emitter topics. The inner working space in the working chamber 1 is located under the system of high-intensity radiation sources. Inside the inner part of the working chamber 1 there is a filling and sliding roller table 17, a vacuum source 18, and the lower part of the working chamber 1 is supported by supports 19, on the side of one of the ends of the working chamber 1 there is a control panel 20 and an injector 21, and on the other end it is loading - unloading hatch 22 with a receiving mouth 23.

Работает устройство следующим образом. Перед началом обработки сырьевых материалов 11, например при сушке, открывают люк 22 и снимают материал 11 на приближающихся к излучателем лотках 10 по всей их площади. По мере вращения барабана 3 с лотками 10 сырьевого материала 11 начинает проходить от одной стадии тепловой обработки к другой путем периодического воздействия тепла на сырьевой материал 11. Частота подвода сырьевого материала 11 на лотках 10 к излучателям за весь цикл зависит от степени влажности сырьевого материала 11. Сырьевой материал 11 получает дополнительное тепло от воздействия теплоагента - воздушного потока, который образуется в результате забора наружного воздуха через инжектор 21 вентиляторами 16 и направленного потока для охлаждения источников излучения. Забрав часть тепла, прогретый воздушный поток направляют в рабочую камеру 1 и далее на сырьевую массу материала 11, после такого интенсивного комплексного прогрева наружной периферической поверхности сырьевого материала 11 и благодаря способствованию образования внутренней теплотворности, в зависимости от степени влажности сырьевого материала 11 и возбуждения его внутренней теплотворности достигают интенсивного влаговыделения путем капиллярного вывода влаги к поверхностным участкам сырьевого материала 11. Далее для интенсивного влаговыделения сырьевой массы включают источник вакуума 18 и создают вакуум в рабочей камере 1. При вакуумировании и интенсивном прогреве рабочей камеры 1 создается благоприятный режим для парообразования. При избыточном парообразовании перегретый пар подвергают конденсации с фракционным разделением и последующей утилизацией летучих компонентов и экстракта в индивидуальные приемники.The device operates as follows. Before starting processing of raw materials 11, for example during drying, open the hatch 22 and remove material 11 on trays 10 approaching the emitter over their entire area. As the drum 3 with trays 10 of the raw material 11 rotates, it begins to pass from one heat treatment stage to another by periodically applying heat to the raw material 11. The frequency of supply of the raw material 11 on the trays 10 to the emitters for the entire cycle depends on the degree of humidity of the raw material 11. The raw material 11 receives additional heat from the action of a heat agent - an air stream, which is formed as a result of the intake of external air through the injector 21 by fans 16 and a directed stream for cooling I radiation sources. After taking part of the heat, the heated air stream is sent to the working chamber 1 and further to the raw material mass 11, after such intensive complex heating of the outer peripheral surface of the raw material 11 and due to the formation of internal calorific value, depending on the degree of humidity of the raw material 11 and its internal excitation calorific values achieve intense moisture release by capillary removal of moisture to the surface areas of the raw material 11. Next, for intense moisture allocating raw mass include a vacuum source 18 and a vacuum in the processing chamber 1 is evacuated and intensive heating of the processing chamber 1 creates favorable conditions for vaporization. With excessive vaporization, superheated steam is subjected to condensation with fractional separation and the subsequent disposal of volatile components and extract into individual receivers.

При избыточном парообразовании и достаточной внутренней тепловой мощности идет интенсивная потеря влаги, а сырьевая масса материала 11 начинает постепенно сушку за счет капиллярного обезвоживания и благодаря интенсивному комплексному тепловому воздействию. Величину требуемого вакуумирования определяют по энергонасыщенности вакуума в рабочей зоне камеры 1.With excessive vaporization and sufficient internal thermal power, intense moisture loss occurs, and the raw material mass of the material 11 begins to gradually dry due to capillary dehydration and due to the intense complex thermal effect. The value of the required evacuation is determined by the energy saturation of the vacuum in the working area of the chamber 1.

Подобным образом, используя предложенные к рассмотрению способ и устройство, можно использовать для обработки сельскохозяйственных продуктов и других материалов с целью дезинсекции, стерилизации, предпосевной обработки и других целей, при незначительных изменениях, в зависимости от функционально-технологической направленности, особых требований к видам обработки, режимной последовательности при комплексном или выборочном участии излучающих систем тепловой и волновой энергии.Similarly, using the method and device proposed for consideration, it can be used for processing agricultural products and other materials for the purpose of disinfection, sterilization, pre-sowing treatment and other purposes, with minor changes, depending on the functional and technological orientation, special requirements for the types of processing, operational sequence with the integrated or selective participation of radiating systems of thermal and wave energy.

Источники информации:Sources of information:

1. DE. Заявка №3916439. F26B3/00.1. DE. Application No. 3916439. F26B3 / 00.

2. RU Патент №2171079 2001 г. A23L3/40 (прототип на способ) F26B7/00.2. RU Patent No. 2171079 2001 A23L3 / 40 (prototype of the method) F26B7 / 00.

3. Применение электрической энергии в сельскохозяйственном производстве: Справочник/Под ред. акад. ВАСХНИЛ П.Н.Листова. М.: “Колос”, 1974, стр.521-551 (рис.39-5 стр.539).3. The use of electric energy in agricultural production: Handbook / Ed. Acad. VASKHNIL P.N.Listova. M .: Kolos, 1974, p. 521-551 (Fig. 39-5 p. 549).

4. US. Патент №4882851. 1989 г. F26B 19/00 (прототип на устройство).4. US. Patent No. 4882851. 1989 F26B 19/00 (prototype for the device).

Claims

1. A method of processing agricultural products, involving loading into the chamber of raw material, moving it in the chamber in trays, creating a vacuum and providing a comprehensive heating of the material due to exposure to radiation sources and heat air flow entering the chamber after cooling the radiation sources, steam condensation, different the fact that the movement of raw material in the chamber is carried out on trays freely suspended in a horizontal plane, and provide periodic exposure to raw material of radiation sources by rotating the trays around the base axis with periodic approach and removal of them to the radiation sources and with a constant direction of the mass of raw material in the direction of radiation, and when processing radiation carry out the combined action of ultrasonic elastic vibrations, infrared and microwave radiation, and vacuum in the chamber, they create moisture after capillary removal of moisture to the surface areas of the processed product with the provision of excessive vaporization, while steam condensations produce fractional separation and disposal of volatile components and extract into individual receivers.

2. A device for processing agricultural products, containing a chamber, trays for raw materials that are moved in it, vacuum radiation sources, characterized in that a drum is made in the chamber along the axis on the drive shaft, made in the form of ring wheels with coaxial wheels evenly distributed on their inner side pins for free hanging on them in a horizontal plane inside the drum of the product trays and ensuring their rotational movement around the base axis and periodic approach and removal raw materials to radiation sources, and the associated system of infrared, ultrasonic and microwave emitters located on the surface of the working chamber is used as radiation sources, while the camera has a system for cooling them and directing the heated air flow into the chamber to the raw material, and for loading trays into the camera used roller conveyor.