RU2572033C1 - Method of cereal products processing and device to this end - Google Patents
Method of cereal products processing and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572033C1 RU2572033C1 RU2014130132/06A RU2014130132A RU2572033C1 RU 2572033 C1 RU2572033 C1 RU 2572033C1 RU 2014130132/06 A RU2014130132/06 A RU 2014130132/06A RU 2014130132 A RU2014130132 A RU 2014130132A RU 2572033 C1 RU2572033 C1 RU 2572033C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- waveguide
- product
- processing
- energy
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам обработки зерна электромагнитными полями сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) и может быть использовано в пищевой промышленности и сельском хозяйстве преимущественно для получения «взорванного зерна» при производстве быстрорастворимой зерновой продукции и кормов для животных.The invention relates to methods for processing grain with electromagnetic fields of ultrahigh frequency (EMF microwave) and can be used in the food industry and agriculture mainly to produce “exploded grain” in the production of instant cereal products and animal feed.
Известно, что высокая проникающая способность СВЧ-энергии позволяет эффективно осуществлять объемную тепловую обработку неметаллических материалов, в том числе содержащих воду. Также известно, что поглощение водой СВЧ-энергии приводит к практически полному ее преобразованию в тепловую энергию.It is known that the high penetrating power of microwave energy makes it possible to efficiently carry out volumetric heat treatment of non-metallic materials, including those containing water. It is also known that water absorption of microwave energy leads to its almost complete conversion into thermal energy.
Получение «взорванного зерна» основано на скачкообразном нагреве до температуры 120-180°C предварительно прогретого зернового продукта. В результате предварительного прогрева зерновок, на их поверхности выделяется внутренняя влага, которая связывается крахмалом, образуя плотню оболочку, препятствующую дальнейшему выходу влаги. Это в значительной степени способствуют росту парциального давления паров внутри зерновок, возникающих в результате закипания капиллярной влаги, и их "взрыву". При этом изменяется структура сырого крахмала и происходит его расщепление на легкоусвояемые формы - декстрины.Obtaining "exploded grain" is based on spasmodic heating to a temperature of 120-180 ° C of a preheated grain product. As a result of preliminary heating of the grains, internal moisture is released on their surface, which is bound by starch, forming a dense shell, preventing the further release of moisture. This greatly contributes to the increase in the partial vapor pressure inside the grains resulting from the boiling of capillary moisture, and their "explosion". In this case, the structure of raw starch changes and it is split into easily digestible forms - dextrins.
Наиболее значимыми задачами, которые приходится решать при обработке зерновых продуктов при помощи воздействия электромагнитных полей СВЧ, являются: снижение затрат энергии, упрощение технологического процесса обработки, а также создание технологических установок для обработки продуктов, обладающих высокой производительностью, обеспечивающих высокое качество конечного продукта и безопасных условий для обслуживающего персонала.The most significant tasks that have to be solved when processing grain products using the influence of microwave electromagnetic fields are: reducing energy costs, simplifying the processing process, and creating process plants for processing products with high productivity, ensuring high quality of the final product and safe conditions for staff.
Известна установка для сушки и обработки зерна и кормов (патент РФ №2459166, приоритет от 02.08.2010, Смирнов Б.Г. и др.), содержащая загрузочный и разгрузочный бункеры, вертикальную сушильную камеру, выполненную составной из 2 и более пар модулей СВЧ-нагрева и модулей сушки, смонтированных поочередно сверху вниз, при этом сопрягаемые стенки камер нагрева модуля СВЧ-нагрева и камеры сушки модуля сушки образуют единый канал потока зерна, а цилиндрический отражатель и цилиндрическая камера отсоса теплоносителя, расположенные по оси симметрии модулей, - единый канал отсоса теплоносителя, прикрытый сверху коническим рассекателем, а снизу подключенный к вытяжной вентиляции, СВЧ-генератор из нескольких (более 2) магнетронов с индивидуальными источниками питания, рупорные излучатели, раскрывы которых заглушены радиопрозрачными заглушками, ориентированы внутрь камеры и установлены симметрично относительно вертикальной и горизонтальной осей на стенках камеры нагрева, а каждый рупорный излучатель через стандартный волновод подключен к соответствующему магнетрону, нагнетательный вентилятор, при этом вертикальная сушильная камера имеет в горизонтальной плоскости форму правильного многоугольника, а наружный диаметр цилиндрического перфорированного отражателя меньше ширины камеры нагрева на величину, равную (1,5-2,0)λ, где λ - длина волны СВЧ-излучения.Known installation for drying and processing of grain and feed (RF patent No. 2459166, priority 02.08.2010, B. Smirnov, etc.), containing loading and unloading bins, a vertical drying chamber made of 2 or more pairs of microwave modules - heating and drying modules, mounted alternately from top to bottom, while the mating walls of the heating chambers of the microwave heating module and the drying chamber of the drying module form a single grain flow channel, and the cylindrical reflector and the cylindrical coolant suction chamber located along the axis of symmetry of the modules , - a single coolant suction channel, covered with a conical divider on top and connected to exhaust ventilation from the bottom, a microwave generator of several (more than 2) magnetrons with individual power sources, horn emitters, the openings of which are muffled by radio-transparent plugs, oriented inside the camera and installed symmetrically with vertical and horizontal axes on the walls of the heating chamber, and each horn emitter is connected through a standard waveguide to a corresponding magnetron, a discharge valve a cooler, while the vertical drying chamber has the shape of a regular polygon in the horizontal plane, and the outer diameter of the cylindrical perforated reflector is less than the width of the heating chamber by an amount equal to (1.5-2.0) λ, where λ is the microwave radiation wavelength.
Конструкция данной установки имеет следующие недостатки. Во-первых, в ней используется несколько источников СВЧ излучения (магнетронов), что ведет к усложнению конструкции установки, так как каждый магнетрон требует отдельного ввода в сушильную камеру, а также к повышенным затратам энергии в процессе ее работы. Во-вторых, в данной установке применяется комбинация из нагрева посредством воздействия электромагнитных полей СВЧ и конвективного нагрева, при этом для обеспечения конвективного нагрева установка содержит нагнетательный вентилятор, что еще более усложняет конструкцию и ведет к дополнительным затратам энергии на обеспечение работы установки. Кроме того, при осуществлении конвективного нагрева сыпучих материалов, таких как зерно, чрезвычайно сложно обеспечить равномерность проникновения горячего воздуха по всему объему сушильной камеры из-за плотной укладки обрабатываемого материала.The design of this installation has the following disadvantages. Firstly, it uses several sources of microwave radiation (magnetrons), which complicates the design of the installation, since each magnetron requires a separate input into the drying chamber, as well as increased energy costs during its operation. Secondly, this installation uses a combination of heating by means of microwave electromagnetic fields and convective heating, while to provide convective heating, the installation contains a blower fan, which further complicates the design and leads to additional energy costs for ensuring the operation of the installation. In addition, when convective heating of bulk materials, such as grain, is extremely difficult to ensure uniform penetration of hot air throughout the volume of the drying chamber due to the tight packing of the processed material.
Известен способ термообработки материалов и изделий в электромагнитном СВЧ-поле и устройство для его осуществления (патент РФ №2022488, Н05В 6/64, приоритет от 02.07.1990, Скрипник В.Н. и др.). Способ заключается в том, что объект термообработки вводят в волновод через продольную щель и пропускают электромагнитную волну через волновод в противоположных направлениях, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности нагрева, пропускают электромагнитную волну через волновод в противоположных направлениях поочередно.A known method of heat treatment of materials and products in an electromagnetic microwave field and a device for its implementation (RF patent No. 2022488, Н05В 6/64, priority from 07/02/1990, Skripnik V.N. and others). The method consists in the fact that the heat-treated object is introduced into the waveguide through a longitudinal slot and the electromagnetic wave is passed through the waveguide in opposite directions, characterized in that, in order to increase the uniformity of heating, the electromagnetic wave is passed through the waveguide in opposite directions alternately.
Устройство для осуществления данного способа содержит первый и второй СВЧ-генераторы, волноводную линию типа "меандр", состоящую из нескольких последовательно включенных волноводных отрезков, в которых выполнены узкие продольные щели для транспортировки объекта термообработки, ловушки просачивающейся СВЧ-энергии, установленные у щелей, при этом, с целью повышения равномерности нагрева, в него введены первый и второй ферритовые вентили, включенные между соответствующим СВЧ-генератором и первым и вторым входами волноводной линии типа "меандр" соответственно, генератор управляющих импульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом первого СВЧ-генератора, а второй выход - с управляющим входом второго СВЧ-генератора.A device for implementing this method comprises first and second microwave generators, a meander waveguide line consisting of several waveguide segments connected in series, in which narrow longitudinal slots are made for transporting a heat treatment object, traps for leaking microwave energy installed at the slots, this, in order to increase the uniformity of heating, the first and second ferrite gates are inserted into it, connected between the corresponding microwave generator and the first and second inputs of the waveguide line of the type " eandr ", respectively, the generator of control pulses, a first output of which is connected to the control input of the first microwave generator, and the second output - to the control input of the second microwave generator.
Недостатком данного способа является то, что поскольку объект термообработки вводится в волновод через продольную щель в его широкой стенке, нет возможности пропускать обрабатываемый продукт через устройство в больших объемах, следовательно данное устройство не может обеспечить высокую производительность. Также использование двух источников СВЧ излучения влечет за собой более высокую энергоемкость данного способа, а также необходимость применения для его осуществления устройства со сложной конструкцией, в том числе с системой развязок для обеспечения защиты источников СВЧ излучения.The disadvantage of this method is that since the heat treatment object is introduced into the waveguide through a longitudinal slot in its wide wall, it is not possible to pass the processed product through the device in large volumes, therefore, this device cannot provide high performance. Also, the use of two sources of microwave radiation entails a higher energy intensity of this method, as well as the need to use devices with a complex structure for its implementation, including a decoupling system to ensure the protection of microwave sources.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами (патент РФ №2085088, приоритет от 27.07.1997, Чекрыгина И.М. и др.), заключающийся в обработке зерна тепловой энергией, например энергией ИК-излучения, и энергией СВЧ, при этом на первом этапе обрабатываемый продукт в течение 30-90 с нагревают до температуры от 95 до 105°C тепловой энергией без существенного изменения его влагосодержания, а на втором этапе продолжительностью от 20 до 60 с температуру продукта доводят до 120-180°C с помощью электромагнитного поля СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг·с.Closest to the proposed method is a method of heat treatment of grain products by electrophysical methods (RF patent No. 2085088, priority from 07/27/1997, Chekrygina IM and others), which consists in processing grain with thermal energy, such as infrared radiation energy, and energy Microwave, in this case, at the first stage, the processed product is heated to a temperature of 95 to 105 ° C for 30-90 s without significant changes in its moisture content, and at the second stage, the product temperature is brought to 120-180 ° for a duration of 20 to 60 s C with a microwave electromagnetic field with a specific power of at least 5 kJ / kg · s.
Недостатком указанного способа является то, что обработка производится в два этапа, причем каждый этап нагрева зерновых продуктов осуществляется в различных по конструкции и принципу действия устройствах. В частности, первый этап проходит в устройстве конвективного или ИК-нагрева, обладающего большими тепловыми потерями и недостаточным КПД процесса, а второй этап - в СВЧ камере. При этом в процессе нагрева зерновок на первом этапе неминуемо происходит убыль капиллярной влаги за счет диффузии к поверхностным слоям зерновок. Также при транспортировке зерна ко второму этапу СВЧ нагрева возникают тепловые потери с поверхности зерновок за счет конвекции и процессов испарения влаги. К недостаткам двухэтапного способа также относится значительное усложнение устройства, его реализующего. Это приводит к невозможности получения высокой эффективности технологического процесса при большой скорости нагрева от начальной температуры зерна до 120-180°C.The disadvantage of this method is that the processing is carried out in two stages, and each stage of the heating of grain products is carried out in devices different in design and principle of operation. In particular, the first stage takes place in a convective or infrared heating device with large heat losses and insufficient process efficiency, and the second stage takes place in a microwave chamber. Moreover, in the process of heating the grains at the first stage, capillary moisture inevitably decreases due to diffusion to the surface layers of the grains. Also, when transporting grain to the second stage of microwave heating, heat losses occur from the surface of the grains due to convection and moisture evaporation processes. The disadvantages of the two-stage method also includes a significant complication of the device that implements it. This makes it impossible to obtain high efficiency of the process at a high heating rate from the initial grain temperature to 120-180 ° C.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение производительности технологических процессов обработки зерновой продукции с использованием ЭМП СВЧ, снижение удельных затрат энергии и улучшение качества получаемого конечного продукта, а также получение простого по конструкции устройства для обработки зерновых продуктов, обладающего высокой производительностью, низкими удельными затратами энергии, обеспечивающего высокое качество конечного продукта и безопасного для обслуживающего персонала.The technical result of the invention is to increase the productivity of technological processes for processing grain products using EMF microwave, reducing specific energy costs and improving the quality of the final product, as well as obtaining a simple design device for processing grain products with high productivity, low specific energy costs, providing high quality end product and safe for service personnel.
Технический результат достигается тем, что предлагается способ обработки зерновых продуктов, включающий воздействие на обрабатываемый продукт посредством электромагнитного СВЧ поля, при этом обрабатываемый продукт вводится в рабочий волновод, в котором создается режим бегущих волн с распределением энергии вдоль его стенок близким к экспоненциальному, посредством радиопрозрачного продуктопровода, продольно расположенного вдоль его оси, при этом ввод энергии СВЧ поля в рабочий волновод осуществляется во встречном направлении относительно направления движения продукта под углом α к его оси, который выбирается из условия 40°≤α≤50°, обработку проводят в один этап продолжительностью не более 2 минут, а мощность электромагнитного излучения, подаваемого в рабочий волновод, составляет не менее 5 кВт.The technical result is achieved by the fact that the proposed method of processing grain products, including exposure to the processed product by means of an electromagnetic microwave field, the processed product is introduced into a working waveguide, in which a traveling wave mode is created with the energy distribution along its walls close to exponential, by means of a radio-transparent product pipeline longitudinally located along its axis, while the input of the microwave field energy into the working waveguide is carried out in the opposite direction relative to In relation to the direction of product movement at an angle α to its axis, which is selected from the condition 40 ° ≤α≤50 °, the processing is carried out in one stage with a duration of not more than 2 minutes, and the power of electromagnetic radiation supplied to the working waveguide is at least 5 kW.
Для более эффективного проведения процесса при подаче обрабатываемого продукта в рабочий волновод может производиться его дополнительное орошение водой или водосодержащими жидкостями.For a more efficient process when feeding the processed product into the working waveguide, it can be additionally irrigated with water or aqueous liquids.
Для реализации предлагаемого способа обработки зерновых продуктов предлагается устройство для его осуществления, содержащее СВЧ камеру, оборудованную устройствами загрузки и выгрузки обрабатываемого продукта и электромагнитно связанный с ней источник СВЧ излучения, отличающееся тем, что СВЧ камера представляет собой установленный вертикально прямоугольный волновод, соосно по центру которого расположен продуктопровод, представляющий из себя тонкостенную трубу из прозрачного для СВЧ энергии материала, концы которого выступают с обоих торцов СВЧ камеры, источник СВЧ излучения соединен с СВЧ камерой посредством прямоугольного рупорного волновода, широкий конец которого соединен с нижним торцом СВЧ камеры под углом α к ее оси, который выбирается из условия 40°≤α≤50°, а выступающие с торцов СВЧ камеры концы продуктопровода заключены в отрезки запредельных волноводов круглого сечения, герметично соединенных с СВЧ камерой.To implement the proposed method for processing cereal products, a device for its implementation is proposed, comprising a microwave camera equipped with devices for loading and unloading the processed product and an electromagnetically connected microwave radiation source, characterized in that the microwave camera is a vertically mounted rectangular waveguide, coaxial in the center of which a product pipeline is located, which is a thin-walled pipe made of a material transparent for microwave energy, the ends of which protrude of their ends of the microwave camera, the microwave source is connected to the microwave camera through a rectangular horn waveguide, the wide end of which is connected to the lower end of the microwave camera at an angle α to its axis, which is selected from the condition 40 ° ≤α≤50 °, and protruding from the ends of the microwave The ends of the product pipeline are enclosed in sections of transcendental waveguides of circular cross section, hermetically connected to the microwave chamber.
В предлагаемом устройстве в качестве источника СВЧ излучения может быть использован магнетрон.In the proposed device, a magnetron can be used as a source of microwave radiation.
В предлагаемом устройстве для увеличения эффективности обработки зерновых материалов может быть установлена система предварительного увлажнения обрабатываемого продукта.In the proposed device to increase the efficiency of processing grain materials, a preliminary wetting system of the processed product can be installed.
В предлагаемом устройстве для удаления избыточного пара, выделяемого зерновыми продуктами в процессе их обработки, может быть установлена система удаления паровоздушной смеси.In the proposed device for removing excess steam released by cereal products during their processing, a vapor-air mixture removal system can be installed.
В предлагаемом устройстве для подачи обрабатываемого продукта и дальнейшего его транспортирования может быть установлен вертикальный шнековый транспортер.In the proposed device for feeding the processed product and its further transportation, a vertical screw conveyor can be installed.
В предлагаемом устройстве для обеспечения защиты магнетрона от отраженной СВЧ энергии в случае прекращения подачи зерна может быть установлена водяная нагрузка.In the proposed device to ensure the protection of the magnetron from reflected microwave energy in case of interruption in the supply of grain, a water load can be established.
Сущность заявляемого устройства для обработки зерновых продуктов состоит в том, что камера СВЧ-нагрева выполнена с бегущими волнами (это камеры с большим коэффициентом затухания мощности электромагнитного поля вдоль волновода и с большим коэффициентом заполнения сечения волновода, как правило, более 0,4) с распределением плотности греющей мощности вдоль волновода близким к экспоненциальному.The essence of the claimed device for processing grain products is that the microwave heating chamber is made with traveling waves (these are chambers with a large attenuation coefficient of the electromagnetic field along the waveguide and with a large fill factor of the waveguide cross section, as a rule, more than 0.4) with a distribution the heating power density along the waveguide is close to exponential.
В предлагаемом изобретении всю обработку зерновых продуктов проводят в одной конструктивно выполненной СВЧ-камере с бегущими волнами и с распределением энергии вдоль ее стенок близким к экспоненциальному. СВЧ камера представляет собой технологический прямоугольный волновод, внутри по центру которого соосно расположен продуктопровод, представляющий собой тонкостенную трубу, выполненную из прозрачного для СВЧ энергии материала без диэлектрических потерь. Перемещение зернового продукта по продуктопроводу осуществляется встречно по отношению к направлению распространения СВЧ энергии. Энерговыделение электромагнитного поля СВЧ в зерне вдоль трубы не однородно, а происходит согласно экспоненциальному закону, где максимум находится в области ввода СВЧ энергии в частично заполненный зерном прямоугольный волновод, а далее по мере распространения бегущей волны по длине волновода происходит плавное понижение мощности СВЧ излучения. Таким образом, на пологом участке "энергетического профиля" реализуется первый этап нагрева в СВЧ-камере - по мере продвижения зернового продукта обеспечивается его предварительный нагрев до температуры 95-105°C. Восходящий (короткий) участок "энергетического профиля", расположенный в области ввода СВЧ-энергии, соответствует второму этапу нагрева, который представляет из себя высокоинтенсивный объемный нагрев зернового продукта до температуры 120-180°C со скоростью не менее 10°C/сек, при котором происходит закипание капиллярной влаги, резкое возрастание давления паровоздушной смеси внутри зерновок и "взрыв" зерен. Одновременно происходит размягчение и увеличение их объема, разрушение структуры сырого крахмала, образование легко усваиваемых живыми организмами декстринов и полисахаридов.In the present invention, the entire processing of grain products is carried out in one structurally executed microwave chamber with traveling waves and with an energy distribution along its walls close to exponential. The microwave chamber is a technological rectangular waveguide, inside the center of which is coaxially located the product pipeline, which is a thin-walled tube made of a material transparent to microwave energy without dielectric loss. The movement of the grain product through the product pipeline is carried out counter to the direction of propagation of microwave energy. The energy release of the microwave electromagnetic field in the grain along the pipe is not uniform, but occurs according to the exponential law, where the maximum is in the region of microwave energy input into the rectangular waveguide partially filled with grain, and then, as the traveling wave propagates along the waveguide, the microwave power decreases smoothly. Thus, on the gently sloping section of the "energy profile", the first stage of heating is implemented in the microwave chamber - as the grain product advances, it is preheated to a temperature of 95-105 ° C. The ascending (short) section of the "energy profile" located in the microwave energy input region corresponds to the second stage of heating, which is a high-intensity volumetric heating of the grain product to a temperature of 120-180 ° C with a speed of at least 10 ° C / s, at which boils capillary moisture, a sharp increase in the pressure of the vapor-air mixture inside the grains and the "explosion" of grains. At the same time, they soften and increase in volume, the destruction of the structure of raw starch, the formation of easily absorbed by living organisms dextrins and polysaccharides.
Для более эффективного проведения процесса при подаче зерна в продуктопровод, может производиться его дополнительное орошение водой или водосодержащими жидкостями, в результате чего в зоне высокоинтенсивного нагрева происходит ее закипание и образование паровоздушной смеси, которая направляется навстречу зерновому потоку. Паровоздушная смесь дополнительно разогревает и увлажняет зерновой продукт, а также способствует образованию на поверхности зерновок плотной крахмальной оболочки в основном за счет внешней влаги, а горячий пар, создавая тепловую завесу, препятствует охлаждению зернового продукта. Таким образом, "взрыв" зерновок и изменение структуры сырого крахмала происходит более эффективно.For a more efficient process when feeding grain into the product pipeline, it can be additionally irrigated with water or water-containing liquids, as a result of which it boils in a zone of high-intensity heating and the formation of a vapor-air mixture, which is directed towards the grain flow. The steam-air mixture additionally heats and moisturizes the grain product, and also promotes the formation of a dense starch shell on the surface of the grains mainly due to external moisture, and hot steam, creating a thermal curtain, prevents the cooling of the grain product. Thus, the "explosion" of grains and a change in the structure of raw starch occurs more efficiently.
Длина СВЧ-камеры, представляющей из себя прямоугольный волновод с закрепленным в нем продуктопроводом, выбирается из условия поглощения СВЧ-энергии в продуктопроводе и составляет от 1 длины волны СВЧ-колебаний до 25 длин волн СВЧ-колебаний.The length of the microwave chamber, which is a rectangular waveguide with a product pipeline fixed in it, is selected from the conditions for the absorption of microwave energy in the product pipeline and ranges from 1 wavelength of microwave oscillations to 25 wavelengths of microwave oscillations.
Переход от выходного прямоугольного волновода СВЧ-генератора с волной типа H10 к прямоугольному волноводу с продуктопроводом, в котором основной будет являться Н10 волна, осуществляется через прямоугольный рупорный волновод, который является согласующим элементом между этими волноводами. Значение КСВН со стороны прямоугольного волновода не более 1,5 достигается выбором угла α и длиной рупорного волновода, которая лежит в пределах от 1 длины волны СВЧ колебаний до 10 длин волн СВЧ-колебаний.The transition from the output rectangular waveguide of a microwave generator with a wave of type H 10 to a rectangular waveguide with a product pipeline in which the main wave will be H 10 is carried out through a rectangular horn waveguide, which is a matching element between these waveguides. The value of VSWR from the side of a rectangular waveguide of not more than 1.5 is achieved by choosing the angle α and the length of the horn waveguide, which ranges from 1 wavelength of microwave oscillations to 10 wavelengths of microwave oscillations.
Для осуществления защиты источника электромагнитного излучения в СВЧ-камеру встроена секция с согласованной водяной нагрузкой с коэффициентом стоячей волны в нагрузке (КСВН) не более 1,5 в рабочем диапазоне частот. Нагрузка выполнена в виде радиопрозрачных труб, помещенных в пространство между трубой продуктопровода и стенками волновода. В нагрузке циркулирует вода с расходом, достаточным, чтобы снять поглощаемую ею СВЧ-мощность.To protect the source of electromagnetic radiation, a section with a matched water load with a standing wave coefficient in the load (VSWR) of not more than 1.5 in the operating frequency range is built into the microwave camera. The load is made in the form of radiolucent pipes placed in the space between the product pipe and the waveguide walls. Water circulates in the load with a flow rate sufficient to remove the microwave power absorbed by it.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит СВЧ генератор 1, соединенный с помощью согласующего рупорного отрезка волновода 2 с вертикально расположенным прямоугольным волноводом 3, к концам которого присоединены запредельные волноводы 10 круглого сечения, внутри прямоугольного волновода 3 соосно по центру размещен продуктопровод 4, выполненный из прозрачного для СВЧ излучения материала без диэлектрических потерь. В прямоугольный волновод 3 встроена секция с согласованной водяной нагрузкой 7. Ввод продукта в продуктопровод 4 осуществляется с помощью загрузочного устройства 5, соединенного с узлом орошения зерна 8, установленных на стороне, противоположной вводу СВЧ-энергии в продуктопровод 4, и шнекового транспортера 9. Зона интенсивного воздействия электромагнитного поля СВЧ, в которой происходит "взрыв" зерновок, располагается на стороне ввода СВЧ-энергии. Рупорный волновод 2 располагается под углом α к оси прямоугольного волновода 3, что определяет характер распределения энергии электромагнитного поля вдоль продуктопровода 4. Для вывода продукта из продуктопровода 4 используется устройство выгрузки обработанного зерна 6.In FIG. 1 shows the proposed device. The device comprises a
На фиг. 2 показана часть прямоугольного волновода 3 предлагаемого устройства, выполняющего функцию рабочей СВЧ-камеры с размещенным внутри продуктопроводом 4 и присоединенным посредством рупорного согласующего волновода 2 с источником СВЧ-энергии 1, а также отрезок запредельного волновода круглого сечения 10 и устройство выгрузки обработанного зерна 6.In FIG. 2 shows a part of a
На фиг. 3 показан график распределения мощности Р электромагнитного поля СВЧ по длине L прямоугольного волновода. Максимум мощности (точка а) приходится на область непосредственного ввода СВЧ энергии в СВЧ-камеру, причем на входе уровень мощности минимален, с последующим плавным нарастанием, что позволяет осуществить предварительный прогрев зерна, и затем резкий скачок температуры в предлагаемом изобретении. На выходе из СВЧ-камеры уровень мощности также минимален (точка b).In FIG. 3 shows a graph of the distribution of power P of the microwave electromagnetic field along the length L of a rectangular waveguide. The maximum power (point a) falls on the area of direct input of microwave energy into the microwave chamber, and at the input the power level is minimal, followed by a gradual increase, which allows for preliminary heating of the grain, and then a sharp jump in temperature in the present invention. At the output of the microwave camera, the power level is also minimal (point b).
Устройство работает следующим образом. Электромагнитная волна от СВЧ-генератора 1 через согласующий рупорный отрезок волновода 2 возбуждает электромагнитные колебания в СВЧ-камере, образованной прямоугольным волноводом 3, внутри которого соосно по центру размещен продуктопровод 4, по которому движется обрабатываемый зерновой продукт встречно по отношению к направлению распространения СВЧ-энергии. В СВЧ-камере 3 устанавливается режим бегущих волн с большим затуханием мощности ЭМП и распределением энергии, близким к экспоненциальному закону. При этом одновременно моделируются два этапа нагрева. На пологом участке "энергетического профиля", соответствующем первому этапу нагрева, обеспечивается предварительный нагрев до температуры 95-105°C. На восходящем (коротком) участке, в конце зоны перемещения продукта в продуктопроводе осуществляется высокоинтенсивный объемный нагрев зерна до температуры 120-180°C со скоростью не менее 10°C/сек. Следствием такого нагрева является закипание капиллярной влаги, резкое возрастание давления паровоздушной смеси внутри зерновок и "взрыв" зерен. Одновременно происходит размягчение межклеточных перегородок и увеличение объема зерновок, разрушение структуры сырого крахмала, образование легко усвояемых декстринов и полисахаридов. Для повышения эффективности процесса зерновой продукт в предлагаемой установке подвергается дополнительной влаготепловой обработке, для чего происходит его орошение водой или водосодержащими жидкостями перед подачей в рабочую камеру. В зоне высокоинтенсивного нагрева происходит закипание воды, доставленной на поверхности зерновок, и образование паровоздушной смеси, которая направляется навстречу движения зернового продукта, дополнительно разогревает и увлажняет его, что способствует образованию на поверхности зерновок плотной крахмальной оболочки за счет принесенной влаги. Таким образом, "взрыв" зерновок и изменение их структуры происходит более эффективно, в том числе при более низком содержании влаги в зерне, поступающем на обработку. Загрузочное устройство 5 и устройство выгрузки 6, а также шнековый транспортер 9 обеспечивают требуемый режим обработки продукта и производительность установки. Запредельные волноводы 10 круглого сечения, присоединенные к концам СВЧ-камеры, выполняют функцию защиты от «просачивания» энергии СВЧ во внешнее пространство.The device operates as follows. An electromagnetic wave from a
В соответствии с предлагаемым изобретением была изготовлена установка для обработки зерновых материалов. Был использован прямоугольный волновод сечением 516×312 мм, внутри которого был закреплен продуктопровод круглого сечения диаметром 175 мм, изготовленный из фторопласта. В качестве источника СВЧ-энергии был использован магнетрон мощностью 30 кВт, который был подключен посредством согласующего волновода, соединенного с рабочим волноводом под углом α=46°. При воздействии посредством СВЧ-энергии мощностью 26 кВт в зоне интенсивного нагрева в течение 30 секунд предлагаемым способом было получено «взорванное зерно» высокого качества, причем процент выхода составил более 90%.In accordance with the invention, an apparatus for processing grain materials was manufactured. A rectangular waveguide with a cross-section of 516 × 312 mm was used, inside which a round-section product pipeline of 175 mm diameter, made of fluoroplastic, was fixed. A 30 kW magnetron was used as a microwave energy source, which was connected by means of a matching waveguide connected to the working waveguide at an angle α = 46 °. When exposed to microwave energy with a power of 26 kW in the zone of intense heating for 30 seconds, the proposed method obtained "blown grain" of high quality, and the percentage of yield was more than 90%.
Таким образом предлагаемое изобретение позволяет реализовать простой способ обработки зерновой продукции с использованием ЭМП СВЧ, обладающий увеличенной производительностью, снижением удельных затрат энергии и улучшением качества получаемого конечного продукта, а также получение простого по конструкции устройства для обработки зерновых продуктов, обладающего высокой производительностью, низкими удельными затратами энергии, обеспечивающего высокое качество конечного продукта и безопасного для обслуживающего персонала.Thus, the present invention allows to implement a simple method of processing grain products using EMF microwave, which has increased productivity, lower specific energy costs and improved quality of the final product, as well as obtaining a simple design device for processing grain products with high productivity, low specific costs energy that ensures high quality of the final product and is safe for staff.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130132/06A RU2572033C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Method of cereal products processing and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014130132/06A RU2572033C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Method of cereal products processing and device to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2572033C1 true RU2572033C1 (en) | 2015-12-27 |
Family
ID=55023441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014130132/06A RU2572033C1 (en) | 2014-07-22 | 2014-07-22 | Method of cereal products processing and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572033C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727118C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-07-20 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) | Polyethylene granules dehydrator with ultrahigh-frequency electromagnetic field sources |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080747C1 (en) * | 1994-06-16 | 1997-05-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН | Device for electromagnetic processing of friable materials |
| RU2085088C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-07-27 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Heat treatment of cereal products by electrophysical methods |
| RU2459166C2 (en) * | 2010-08-02 | 2012-08-20 | Борис Григорьевич Смирнов | Grain and fodders drying and treatment installation |
| US20130091722A1 (en) * | 2010-07-23 | 2013-04-18 | Kwok Fai Lam | Microwave Dryer and Microwave Drying Method |
-
2014
- 2014-07-22 RU RU2014130132/06A patent/RU2572033C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080747C1 (en) * | 1994-06-16 | 1997-05-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН | Device for electromagnetic processing of friable materials |
| RU2085088C1 (en) * | 1995-01-11 | 1997-07-27 | Таганрогский научно-исследовательский институт связи | Heat treatment of cereal products by electrophysical methods |
| US20130091722A1 (en) * | 2010-07-23 | 2013-04-18 | Kwok Fai Lam | Microwave Dryer and Microwave Drying Method |
| RU2459166C2 (en) * | 2010-08-02 | 2012-08-20 | Борис Григорьевич Смирнов | Grain and fodders drying and treatment installation |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727118C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-07-20 | Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Нижегородский государственный инженерно-экономический университет (НГИЭУ) | Polyethylene granules dehydrator with ultrahigh-frequency electromagnetic field sources |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3277580A (en) | Method and apparatus for drying | |
| CN103813498B (en) | Microwave heating equipment | |
| US3263052A (en) | Power distribution system for microwave process chambers | |
| US4332091A (en) | Microwave drying device for drying products in form of grains | |
| CN103416383B (en) | Insecticidal device and usage method thereof | |
| JPH06501335A (en) | Equipment for continuous drying, dehydration or microwave calcination of granular or powdered products | |
| US20180343713A1 (en) | Microwave heating apparatus and method of heating | |
| JP7204675B2 (en) | Solid state RF energy technology devices and related industrial applications | |
| KR101768494B1 (en) | Foods sterilizer | |
| RU2572033C1 (en) | Method of cereal products processing and device to this end | |
| RU2459166C2 (en) | Grain and fodders drying and treatment installation | |
| TW201922050A (en) | A device for treating a product with microwaves | |
| JP5298198B2 (en) | Resonance chamber for product pasteurization equipment | |
| CN1109576A (en) | Multiple source directional coupling microwave heater | |
| US3242304A (en) | High frequency heating apparatus | |
| US11864298B2 (en) | Device for treating a product with microwaves | |
| RU2479954C1 (en) | Plant for microwave treatment of loose products or materials | |
| RU2774186C1 (en) | Continuous-flow hop dryer with endogenous-convective heating sources | |
| RU2291596C1 (en) | Device for microwave processing of free-flowing and extensive materials | |
| US6013137A (en) | Process and device for treating screenings from the mechanical cleaning stage of a sewage treatment plant | |
| RU134726U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS MICROWAVE PROCESSING OF BULK AGRICULTURAL MATERIALS | |
| JP2009100675A (en) | Apparatus for continuously and homogeneously heating food by circularly polarized wave | |
| RU2772987C1 (en) | Multi-cavity hop dryer | |
| RU2772992C1 (en) | Hop dryer with toroidal and astroidal resonators with energy supply in an electromagnetic field | |
| CN102057895A (en) | Device for killing worms or ova in crops by electromagnetic waves |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170723 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20191018 |