РАЗДЕЛЕНИЕ ВОСКА И МЕДА, С УЧЕТОМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

SEPARATION OF WAX AND HONEY TAKING INTO ACCOUNT THE DIELECTRIC CHARACTERISTICS

Проанализировав существующие ресурсы и объемы производства меда в различных видах хозяйств нашей страны, можно сделать вывод, о том, что большую его часть собирают на пасеках фермерских хозяйств.

Вторичным продуктом пчеловодства также является воск, который находит применение практически во всех отраслях народного хозяйства. Причем только 20 % всего производимого в стране воска используется не в самом пчеловодстве.

Применяемая технология вытопки воска подразумевает срезание забруса с сот, загрузку сот в медогонку, выкачку меда, загрузку пустых сот в воскотопку, загрузку полученной восковой эмульсии в воскопресс, отжимку воска, отделение мервы. 

22 % воска и от 5 до 7 % меда содержится в собранном забрусе, который также может быть переработан и разделен на фракции при помощи новой, предлагаемой нами электротехнологии, основанной на диэлектрических характеристиках составляющих.

Для выбора оптимальной частоты электромагнитных колебаний, обеспечивающей сохранность качества получаемых продуктов сельскохозяйственного производства (воска и меда) необходимо изучить электрофизические параметры получаемых компонентов, что позволит выработать рекомендации по соблюдению технологического процесса, реализуемого в эргономичной технологической конструкции сверхвысокочастотной установки [1; 3; 5; 6].

Опираясь на капиллярно-пористую структуру коллоидных тел, к которым можно отнести воск по физическим и химическим свойствам, можно сделать вывод о резонансном поглощении излучения энергии сверхвысоких частот, как сухим веществом, так и связанной водой в молекулах.

Диэлектрические параметры любого вещества изучаются в зависимости от частоты и температуры, позволяя выяснить характер изменения его структуры (вязкости и текучести), органолептических свойств, скорость нагрева, время воздействия.

На рис. 1 в пределах частот от 1 до 10 000 МГц показана зависимость изменения таких параметров воска, как тангенс угла диэлектрических потерь, фактор диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость в температурном диапазоне от 25 до 55 оС.

 

а)

б)

Рисунок 1 – Зависимость диэлектрических параметров пчелиного

воска от частоты ЭМП (а) и температуры (б)

 

 

Величина диэлектрической проницаемости характеризует способность сырья накапливать энергию. Фактор диэлектрических потерь характеризует степень рассеивания энергии, затраченной на нагрев сырья, и энергии запасенной за период электромагнитных колебаний, т. е. это мера потерь энергии в сырье. Характер изменения фактора диэлектрических потерь (коэффициента поглощения) пчелиного воска в зависимости от температуры при частоте 2400 МГц можно объяснить тем, что по мере ее возрастания (свыше 40 оС) начинается интенсивное выделение воды. Диэлектрическая проницаемость пчелиного воска колеблется в пределах 1,16–4,98, а тангенс угла диэлектрических потерь – от 0,49 до 2,16 при изменении температуры с 25 до 55 оС. Эмпирические зависимости диэлектрических параметров пчелиного воска от температуры нагрева следующие:

 k = 4,79∙ln(Т)-14,17; tgδ = - 0,05∙ln(Т)+2,51; ε = 2,093∙ln(Т)-6,23.    (1.1)

Пчелиный воск имеет электрическую прочность 25–30 кВ/см. Удельное объемное сопротивление воска при 20 оС составляет 2·1010–2·1015 Ом·см, а удельное поверхностное сопротивление 5·1010–6·1014 Ом. Высокой электропроводностью 1,2 См/см обладает каштановый мед, а остальные сорта меда имеют электропроводность 0,1–0,4 См/см.

 

Помимо диэлектрических характеристик воск в соответствии с ГОСТ характеризуется цветом, запахом, температурой плавления, температурой кристаллизации, плотностью, теплоемкостью.

Так, например, при температуре 20° относительная плотность воска достигает 0,95–0,97.

Способность противостояния воска изменению формы тела под действием деформирующих усилий характеризуется коэффициентом твердости воска. Зависимость указанного коэффициента от изменения температуры приведена на рис. 2.

Способность воска сохранять форму после деформации есть – пластичность. После снятия усилий воск проявляет упругость – способность возвращаться в исходную форму.

 

Рисунок 2 – Зависимость коэффициент твердости воска от температуры

Рисунок 3 – Зависимость динамической вязкости воска

 от температуры нагрева

 

Одним из наиболее значимых свойств, используемых в предлагаемой электротехнологии, является вязкость воска. При температуре плавления вязкость воска составляет 0,022 н·с/м2, а при  температуре 100 °С колеблется от 0,010 до 0,018 н·с/м2. Вязкость сырья (воска и меда) падает с увеличением температуры (рис. 3, 4). Из чего можно сделать вывод о необходимости нагрева при всех процессах переработки воскового сырья (вытопке, очистке, отстаивании) для увеличения выхода воска и повышения его качества.

 

а)

 

 

б)

Рисунок 4 – Зависимость динамической вязкости меда

от температуры (а) и влажности (б)

 

Температура плавления воска (64 °С) и меда (40–45 оС) различны, оба компонента обладают достаточно вязкой структурой, именно поэтому нами разработана конструкция, учитывающая диэлектрические характеристики сырья, состоящая из двух резонаторов, позволяющая вытопить и отделить фракции, получив при этом качественную продукцию (рис. 6).

По результатам исследований можно сделать следующий вывод о физико-механических свойствах сырья: плотность меда 1350 кг/м3, плотность воска 961–968 кг/м3, теплоемкость воска 2930 Дж/кг·оС, теплоемкость закристаллизованного акациевого меда 1552,6 Дж/кг·оС при содержании воды 21 % и температуре 0–10 оС, теплоемкость не кристаллизованного гречишного меда 1742,6 Дж/кг·оС при температуре от 50 до 60 оС и содержании воды 21 %, а в закристаллизованном состоянии 835,2 Дж/кг оС при температуре 10–20 оС и в жидком состоянии 941 Дж/кг·оС, что может быть реализовано в предлагаемой конструкции установки [2. c. 16–28; 4].

 

Фрагмент

Рисунок 5 – СВЧ-установка для термообработки пчелиного воска:

1 – приемная емкость; 2 – рифленые неферромагнитные валки;

3 – цилиндрический резонатор; 4 – магнетроны; 5 – внутренний

неферромагнитный усеченный конус; 6 – коническая диэлектрическая перфорированная тарелка; 7 – наружный неферромагнитный усеченный конус; 8 − неферромагнитный терочный диск; 9 – сливной патрубок;

10 – электродвигатель для привода терочного диска и тарелки; 11 –

неферромагнитный корпус; 12 – выгрузное отверстие на наружном

усечённом корпусе; 13 – отверстие в сферическом резонаторе; 14 –

сферический резонатор; 15 – диэлектрический перфорированный диск;

16 – запредельный волновод с шаровым краном

 

 

Литература

1. Патент RU 2694179 C2 Многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции / Жданкин Г. В., Самоделкин А. Г., Новикова Г. В., Белова М. В., Михайлова Е. Д. Зяавка № 2017108665. Опубликовано: 09.07.2019 Бюл. № 19.

2. Шевелев А. В., Новикова Г. В., Михайлова О. В., Белова М. В. СВЧ-установка для вытопки пчелиного воска // Вестник НГИЭИ. 2020. № 5 (108). С. 16–28.

3. Novikova G. V., Zhdankin G. V., Belova M. V. and ets. Installations for complex of electrophysical factors of row materials // News of the National academy of sciences of the republic of Kazakhstan (Series of geology and technical sciences). Volume 6. Number 438 (2019). 2019. Р. 287–294.

4. Шевелев А. В., Михайлова О. В. Электротехнология разделения забруса на фракции // Научный электронный журнал «Меридиан». 2020. № 12 (46). Режим доступа: http://meridian-journal.ru/site/article?id=4171

5. Шамин Е. А., Новикова Г. В., Михайлова О. В., Белова М. В. Обоснование параметров СВЧ установки для отделения пуха от шкурок кроликов  в непрерывном режиме // ВГУИТ. 2019. № 1(81). С. 59–65.

6. Шамин Е. А., Михайлова О. В., Белова М. В., Новикова Г. В. Разработка конвейерной установки для отделения пуха от шкурок кроликов // Известия ОГАУ. 2019. № 1 (75). С. 103–106.

 

References

1. Patent RU 2694179 C2 Mnogomodul'naya centrobezhnaya sverhvysokochastotnaya ustanovka dlya termoobrabotki syr'ya zhivotnogo proiskhozhdeniya i otdeleniya zhidkoj frakcii / ZHdankin G. V., Samodelkin A. G., Novikova G. V., Belova M. V., Mihajlova E. D. Zyaavka № 2017108665. Opublikovano: 09.07.2019 Byul. № 19.

2. Shevelev A. V., Novikova G. V., Mihajlova O. V., Belova M. V. SVCH-ustanovka dlya vytopki pchelinogo voska // Vestnik NGIEI. 2020. № 5 (108). S. 16–28.

3. Novikova G. V., Zhdankin G. V., Belova M. V. and ets. Installations for complex of electrophysical factors of row materials // News of the National academy of sciences of the republic of Kazakhstan (Series of geology and technical sciences). Volume 6. Number 438 (2019). 2019. R. 287–294.

4. Shevelev A. V., Mihajlova O. V. Elektrotekhnologiya razdeleniya zabrusa na frakcii // Nauchnyj elektronnyj zhurnal «Meridian». 2020. № 12 (46). Rezhim dostupa: http://meridian-journal.ru/site/article?id=4171

5. Shamin E. A., Novikova G. V., Mihajlova O. V., Belova M. V. Obosnovanie parametrov SVCH ustanovki dlya otdeleniya puha ot shkurok krolikov  v nepreryvnom rezhime // VGUIT. 2019. № 1(81). S. 59–65.

6. Shamin E. A., Mihajlova O. V., Belova M. V., Novikova G. V. Razrabotka konvejernoj ustanovki dlya otdeleniya puha ot shkurok krolikov // Izvestiya OGAU. 2019. № 1 (75). S. 103–106.