Обоснование параметров СВЧ-установки для обезжиривания костей убойных животных

Галина Владимировна Новикова; Александр Анатольевич Тихонов; Марьяна Валентиновна Просвирякова; Владимир Федорович Сторчевой; Ольга Валентиновна Михайлова; Александр Владимирович Сторчевой

Галина Владимировна Новикова Нижегородский государственный инженерно-экономический университет https://orcid.org/0000-0001-9222-6450
Александр Анатольевич Тихонов Нижегородский государственный аграрно-технологический университет https://orcid.org/0000-0002-3687-977X
Марьяна Валентиновна Просвирякова Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева https://orcid.org/0000-0001-9222-6450
Владимир Федорович Сторчевой Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева https://orcid.org/0000-0002-6929-3919
Ольга Валентиновна Михайлова Нижегородский государственный инженерно-экономический университет https://orcid.org/0000-0001-9231-4733
Александр Владимирович Сторчевой Российский биотехнологический университет https://orcid.org/0000-0003-3404-0361

Ключевые слова: коаксиальный резонатор, бичевой ротор, фторопластовые ступицы, корундовое било, СВЧ-установка, обезжиривание, костное сырье

Аннотация

Введение. Существующие способы обезжиривания костей животных малоэффективны и требуют высоких эксплуатационных затрат. Для решения данной проблемы авторами настоящей статьи предлагается установка со сверхвысокочастотным энергоподводом в резонатор, где измельченное сырье подвергается термомеханическому воздействию.
Цель исследования. Повышение эффективности извлечения жира из костей убойных животных с сохранением кормовой ценности продукта в СВЧ-установке непрерывно поточного действия с коаксиальным резонатором без экранирующего корпуса путем обеспечения высокой напряженности электрического поля и термомеханического воздействия на сырье.
Материалы и методы Трехмерное электромагнитное моделирование процессов распределения электромагнитного поля в коаксиальном резонаторе проводилось в системах проектирования CST Microwave Studio, Computer Aided Design (CAD) и Computer Aided Engineering (CAE).
Результаты исследования. Сверхвысокочастотная установка содержит неферромагнитный усеченный конус, внутри которого соосно расположен электроприводной бичевой ротор с неферромагнитным валом, образующей коаксиальный резонатор с коническим кольцевым пространством. На валу ротора со сдвигом по высоте за- креплены фторопластовые ступицы, к которым попарно с обеих сторон прикреплены корундовые била. С учетом исходных параметров измельченного костно-жирового сырья определена динамика нагрева при разных удельных мощностях СВЧ-генератора.
Обсуждение и заключение. Результаты исследования электродинамических параметров резонатора свидетельствуют о том, что напряженность электрического поля, достаточная для снижения бактериальной обсемененности продукта, составляет 2–5 кВ/см. Эффективный режим обезжиривания костного сырья достигается при удельной мощности генератора 0,71 кВт/кг, продолжительности воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного поля 6,55 мин (при загрузке резонатора 9,3 кг), производительности 85 кг/ч, энергетических затратах 0,141 кВт·ч/кг и температуре нагрева 90–100 оС.

Биографии авторов

Галина Владимировна Новикова, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Нижегородского государственного инженерно-экономического университета (606340, Российская Федерация, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9222-6450, Researcher ID: ADR-0209-2022, NovikovaGalinaV@yandex.ru

Александр Анатольевич Тихонов, Нижегородский государственный аграрно-технологический университет

кандидат технических наук, доцент Нижегородского государственного аграрно-технологического университета (603107, Российская Федерация, г. Нижний Новгород, проспект Гагарина, д. 97), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3687-977X, tichonov57@mail.ru

Марьяна Валентиновна Просвирякова, Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева

доктор технических наук, доцент, профессор Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева (г. Москва, Российская Федерация) (127550, Российская Федерация, г. Москва, Лиственничная аллея, д. 6, к. 24), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3258-260X, Researcher ID: AAQ-1331-2021, prosviryakova.maryana@yandex.ru

Владимир Федорович Сторчевой, Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К. А. Тимирязева

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматизации и роботизации технологических процессов имени академика И. Ф. Бородина Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К. А. Тимирязева (127550, Российская Федерация, г. Москва, Лиственничная аллея, д. 6, к. 24), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6929-3919, Researcher ID: ABB-9545-2021, vstorchevoy@mail.ru

Ольга Валентиновна Михайлова, Нижегородский государственный инженерно-экономический университет

доктор технических наук, профессор кафедры инфокоммуникационных технологий и систем связи Нижегородского государственного инженерно-экономического университета (606340, Российская Федерация, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, д. 22а), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9231-4733, Researcher ID: GXV-1750-2022, ds17823@yandex.ru

Александр Владимирович Сторчевой, Российский биотехнологический университет

старший преподаватель кафедры социально-гуманитарных дисциплин Российского биотехнологического университета (125080, Российская Федерация, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3404-0361, alecks.10@mail.ru

Литература

Файвишевский М. Л. Совершенствование переработки некоторых видов побочного мясного сырья // Мясные технологии. 2022. № 5 (233). С. 44–47. EDN: UQVXFX

Файвишевский М. Л. О переработке и использовании кости убойных животных на пищевые цели // Мясные технологии. 2023. № 10 (250). С. 56–57. EDN: UZJKMS

Файвишевский М. Л. Новые решения по переработке и использованию некоторых видов специального побочного мясного сырья // Мясные технологии. 2021. № 11 (227). С. 40–43. EDN: TGHFEU

Файвишевский М. Л. Некоторые виды оборудования многопрофильного назначения // Мясные технологии. 2020. № 9 (213). С. 68–71. EDN: GWQKEB

Файвишевский М. Л. Некоторые предложения по совершенствованию переработки и использованию животного сырья // Мясные технологии. 2023. № 7 (247). С. 40–41. EDN: ZPZPGT

Файвишевский М. Л. К вопросу о бережливом производстве на мясокомбинатах // Мясные технологии. 2021. № 5 (221). С. 24–27. EDN: FSXEAP

Киселева И. С., Рудик Ф. Я., Романова О. В. Ресурсосберегающие технологии переработки мясной продукции // Аграрный научный журнал. 2023. № 5. С. 140–145. https://doi.org/10.28983/asj.y2023i5pp140-145

Сверхвысокочастотная установка с коаксиально расположенными резонаторами для термообработки и стерилизации измельченного мясного сырья в непрерывном режиме : патент № 2716084 Российская Федерация / Осокин В. Л. [и др.]. № 2019129666 ; заявл. 19.09.2019 ; опубл. 05.03.2020, Бюл. № 7. 9 с.

Разработка и обоснование параметров установки с СВЧ-энергоподводом в биконический резонатор для термообработки мясного сырья / Г. В. Новикова [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2023. № 5 (103). С.154–160. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2023-103-5-154-160

Анализ разработанных сверхвысокочастотных установок для термообработки сырья / Г. В. Новикова [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2016. Т. 11, № 4 (42). С. 89–93. URL: https://naukaru.ru/ru/nauka/article/15648/view (дата обращения: 01.08.2023).

Microwave Heating of Slaughterhouse Confiscations to Increase the Feed Value / O. V. Mikhailova [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Issue 857. Article no. 012002. https://doi.org/10.1088/1755-1315/857/1/012002

Survey on UHF Device Operating Modes for Thermal Treatment and Disinfection of Nonfood Animal-Origin Raw Materials / G. V. Zhdankin [et al.] // Russian Agricultural Sciences. 2020. Vol. 46, Issue 1. P. 94–99. https://doi.org/10.3103/S1068367420010206

Перспективы использования вторичных ресурсов мясоперерабатывающих отраслей на основе патентных исследований / В. А. Углов [и др.] // Инновации и продовольственная безопасность. 2020. № 3 (29). С. 39–46. https://doi.org/10.31677/2311-0651-2020-29-3-39-46

Сверхвысокочастотная установка с коническим резонатором для обезвоживания и термообработки мясных отходов : патент № 2710154 Российская Федерация / Казаков А. В. [и др.]. № 2019118371 ; заявл. 13.06.2019 ; опубл. 24.12.2019, Бюл. № 36. 10 с.

Воронов Е. В. Исследование и обоснование параметров СВЧ-установки, реализующей ресурсосберегающую технологию термообработки мясных отходов // Вестник НГИЭИ. 2023. № 8 (147). С. 33–43. URL: http://vestnik.ngiei.ru/?page_id=2269 (дата обращения: 01.08.2023).

СВЧ-установка с биконическим резонатором и пакетами тарелок для термообработки мясокостных конфискатов : патент № 2803127 Российская Федерация / Новикова Г. В. [и др.]. № 2023115058 ; заявл. 08.06.2023 ; опубл. 06.09.2023, Бюл. № 25. 22 с.

Алексейчик Л. В., Курушин А. А. Моделирование возбуждения диэлектрического резонатора полем плоской электромагнитной волны // Журнал радиоэлектроники. 2020. № 11. С. 1–16. EDN: XYFOXB

Бабак Л. И., Коколов А. А. Создание отечественной платформы САПР для проектирования СВЧ-устройств и полупроводниковых ИС // Наноиндустрия. 2020. Т. 13, № 54 (99). С. 377–378. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.4s.377.378

Особенности применения объемно-модульной технологии в проектировании СВЧ электронных устройств / Д. Г. Фомин [и др.] // Ural Radio Engineering Journal. 2021. Т. 5, № 2. С. 91–103. https://doi.org/10.15826/urej.2021.5.2.001

Татаркин Н. М., Зайцева Е. М., Шишаков К. В. Разработка волноводно-щелевых антенных решеток через взаимодополнение программ CST Microwave Studio и КОМПАС-3D // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 2. С. 69–80. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-69-80

Компьютерное моделирование наложенных электромагнитных волн от источников электромагнитного поля в широком диапазоне частот / Е. В. Титов [и др.] // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (209). С. 102–108. https://doi.org/10.53083/1996-4277-2022-209-3-102-108

Касимова А. У. Сравнительный анализ численных методов моделирования микрополосковой антенны // Проблемы автоматики и управления. 2022. № 3 (45). С. 31–41. EDN: OCFQUY

Каткова Т. О., Седышев Э. Ю. Генератор СВЧ на кольцевом эллиптическом резонаторе в объемном интегральном исполнении // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 430–433. EDN: SWJDTM

Исследование объемного полосково-щелевого перехода с П-образным щелевым резонатором / Д. Г. Фомин [и др.] // Ural Radio Engineering Journal. 2020. Т. 4, № 3. С. 277–292. https://doi.org/10.15826/urej.2020.4.3.002

Давидович М. В., Кобец А. K., Саяпин К. А. Возбуждение прямоугольного резонатора через окна связи в конвейерной установке СВЧ-нагрева // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2022. Т. 25, № 4. С. 88–99. https://doi.org/10.18469/1810-3189.2022.25.4.88-99

Тухватуллин М. И. Обеспечение равномерной микроволновой обработки биологических субстратов в СВЧ электротехнологической установке // Российский электронный научный журнал. 2022. № 4 (46). С. 22–32. https://doi.org/10.31563/2308-9644-2022-46-4-22-32

Тухватуллин М. И. Конструкции гибридной СВЧ электротехнологической установки для обработки материалов в сельском хозяйстве // Российский электронный научный журнал. 2023. № 3 (49). С. 20–33. https://doi.org/10.31563/2308-9644-2023-49-3-20-33

Захаров В. В., Тригорлый С. В. Численные и экспериментальные исследования процессов СВЧ термообработки диэлектриков в СВЧ камерах бегущей волны // Вопросы электротехнологии. 2020. № 1 (26). С. 14–22. EDN: VKMMXC

Смирнов С. В., Морозов Г. А, Морозов О. Г. Разработка метода контроля параметров процесса микроволновой переработки отходов животноводства // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 11 (101). С. 67–73. https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.101.11.010

Вендин С. В. ЭМП СВЧ для обработки сырья в АПК // КИП и автоматика: обслуживание и ремонт. 2020. № 9. С. 38–41. EDN: FACCAV

Совместное использование ультразвуковой обработки и электрического поля СВЧ при дефростации мясного сырья / И. Ф. Горлов [и др.] // Аграрно-пищевые инновации. 2022. № 4 (20). С. 73–81. https://doi.org/10.31208/2618-7353-2022-20-73-81

Титов Е. В., Крюков А. В., Середкин Д. А. Сравнительный анализ подходов к нормированию электромагнитного поля в производственных условиях в соответствии с российскими и европейскими нормативными документами // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2022. № 10 (216). С. 81–89. URL: http://vestnik.asau.ru/index.php/vestnik/article/view/1171 (дата обращения: 01.08.2023).