Пчелиный воск применяется практически во всех отраслях народного хозяйства. В пчеловодстве используется до 80 % всего воска, производимого в РФ за год, что составляет до 3 000 тонн. Основная масса пчелосемей сосредоточена в фермерских хозяйствах и пчеловодов любителей.
Существующая технология переработки воска на пасеке включает: установку пасечных рамок в гнезда медогонки; откачку мёда в медогонке; снятие рамок с сотами из медогонки после откачки меда; освобождение сот от рамок; загрузку сот в паровую центрифугу-воскотопку. Далее полученную эмульсию с примесями размещают в полотняный мешок и с помощью воскопресса отделяют мерву от чистого воска.
Собранный на пасеках забрус содержит от 5 до 7 % меда и до 22 % воска. Для отделения воска от меда, нами предлагается применение нового технического средства – сверхвысокочастотной установки с совмещенными цилиндрическим и сферическим резонаторами, позволяющей качественно разделить фракции воска и меда, благодаря конструкционным особенностям.
Как уже говорилось восковое сырье перерабатывают в паровых воскотопках, принцип действия которых основан на вытопке воска за счет пара и отделении пасечной мервы фильтрованием или прессованием. Но собранное восковое сырье содержит достаточно много меда, а в воскотопке отделить мед от воска не удается.
Поэтому предлагается использовать двухмодульную установку для термообработки воскового сырья воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Предлагаемая технология переработки воскового сырья, содержащего достаточное количество меда, предусматривает отделение меда от общей массы и вытопку обеззараженного пасечного воска под воздействием ЭМПСВЧ [1].
Существующие аналоги первого модуля: соковыжималка «Нептун», многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции (патент № 2694179) имеют один существенный недостаток – в них не возможно провезти разделение на фракции, из за высокой вязкости исходного сырья [2].
Аналог второго модуля – СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц (патент № 2999753) может разделить фракции, но имеет недостаток в разработке регулировки дозы воздействия электромагнитного излучения [3].
Температура плавления воска (64 °С) и меда (40–45 оС) различны, оба компонента обладают достаточно вязкой структурой, именно поэтому нами разработана конструкция, состоящая из двух резонаторов, позволяющая вытопить и отделить фракции, получив при этом качественную продукцию.
Первый модуль установки сконструирован по принципу соковыжималки «Нептун» и предназначен для предварительного диэлектрического нагрева сырья и плавления меда, а также отделения его от воскового сырья при помощи центрифуги. Второй модуль предназначен для вытопки и обеззараживания отделенного пчелиного воска в сферическом резонаторе, где возбуждается электромагнитное поле сверхвысокой частоты.
Первый модуль СВЧ-установки содержит неферромагнитные вертикально соосно расположенные усечённые конусы 5, 7 без верхних оснований, малыми основаниями вниз. Кольцевой промежуток между верхними краями усеченных конусов закрыт неферромагнитным материалом. Между усеченными конусами соосно расположена диэлектрическая коническая тарелка 6. На основании соосно расположен неферромагнитный терочный диск 8. Они вращаются вместе с помощью электродвигателя 10. На месте малого основания внутреннего усеченного конуса 5 соосно установлен неферромагнитный цилиндр 3 в экранирующем цилиндре 11 без нижнего основания, а на верхнее основание установлена приемная емкость 1, содержащая неферромагнитные рифленые валки 2. На боковой поверхности неферромагнитного цилиндра установлены магнетроны 4 со сдвигом на 120 градусов. Неферромагнитный цилиндр, и неферромагнитный терочный диск 8 образуют цилиндрический резонатор и при этом зазор между ними менее четверти длины волы. На образующей наружного усеченного конуса 7 имеется выгрузное отверстие 12, находящееся над краем диэлектрической конической тарелки 6. К выгрузному отверстию пристыкован сферический резонатор 14 так, что имеющееся на поверхности отверстие 13 такого же размера и прямоугольного сечения состыкованы. Внутри сферического резонатора в горизонтальной плоскости, ниже отверстия 12, 13, расположен фторопластовый перфорированный диск 15, вращающийся от электродвигателя 18.
Рисунок 1 – 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
С наружной стороны, сферического резонатора расположены магнетроны 17 с излучателями направленными внутрь, пространственным сдвигом на 120 градусов, и запредельный волновод 16 с шаровым краном для слива готовой продукции. Высокая интенсивность теплообмена в данной СВЧ-установке достигается путем совмещения процесса измельчения сырья терочным диском в центробежном поле и эндогенного нагрева с процессом предварительного отделения меда от воска и вытопки его под воздействием ЭМПСВЧ. При этом в каждом резонаторе появляется возможность регулировать дозу воздействия ЭМПСВЧ в соответствии с их температурой плавления.
Итак, двухмодульная СВЧ-установка для термообработки воскового сырья и отделения меда в непрерывном режиме содержит два резонатора. В первом модуле технологический процесс отделения меда от воскового сырья происходит в цилиндрическом резонаторе 3, а во втором − вытопка пасечного воска в сферическом резонаторе 14.
Технологический процесс термообработки пчелиного воскового сырья и отделения меда происходит следующим образом. В первом модуле технологический процесс основан на измельчении воскового сырья с помощью дисковой терки, диэлектрическом нагреве в цилиндрическом резонаторе и отжиме измельченных масс через прорези диэлектрической тарелки за счет центробежных сил. Загрузить пчелиное восковое сырье в приемную емкость 1, включить электропривод, обеспечивающий вращение неферромагнитного терочного диска 8 и конической диэлектрической тарелки 6. Далее включить электропривод рифленых неферромагнитных валков 2. Как только восковое сырье окажется в цилиндрическом резонаторе 3 с экранирующим корпусом 11, включить сверхвысокочастотные генераторы (магнетроны 4). Открыть сливной патрубок 9. В цилиндрическом резонаторе восковое сырье перемешивается и измельчается при вращении неферромагнитного терочного диска 8 и подвергается воздействию электромагнитного поля сверхвысокой частоты. При диэлектрическом нагреве пчелиного воскового сырья, в первую очередь растапливается мед. Восковое сырье, попадая в коническую диэлектрическую тарелку 6, прижимается к ее боковой поверхности и поднимается вверх к выгрузному отверстию 12 на наружном усечённом корпусе 7. При этом жидкий мед, за счет центробежной силы при прижатии сырья к боковой поверхности диэлектрической тарелки, 6 вытекает через ее прорези, далее сливается через патрубок 9. Отделение пасечного воска от меда за счет создания избыточного давления между конической диэлектрической тарелкой 6 с прорезями и усеченными конусами 5, 7 происходит в области отжима. Функцию центрифуги выполняет диэлектрическая коническая тарелка 6 с прорезями на боковой поверхности, а неферромагнитный терочный диск 8 является основанием цилиндрического резонатора 3 и способствует измельчению сырья. Такая конструкция рабочей камеры с цилиндрическим резонатором, имеющим вращающееся основание, и конической тарелкой с прорезями, обеспечивает предварительный диэлектрический нагрев воскового сырья и разделение его на мед − жидкую фракцию и воск − твердую фракцию. Фильтрация растопленного меда от воскового сырья через прорези на боковой поверхности конической диэлектрической тарелки 6 происходит за счет центробежных сил.
Твердая фракция (воск) попадает во второй модуль через отверстие 13, имеющееся на поверхности сферического резонатора 14. Во втором модуле закрыть шаровой кран 16 на запредельном волноводе, после чего включить электродвигатель 18 привода перфорированного диэлектрического диска 15, генераторы (магнетрон 17). Воск, попадая на вращающийся диэлектрический диск 15 в ЭМПСВЧ растапливается, обеззараживается и протекая через перфорацию, накапливается на дне сферического резонатора 14. При достижении эффективной температуры, воск сливают через запредельный волновод, открывая шаровой кран 16 на определенный расход.
Исходное восковое сырье может иметь разный вид и процентное содержание меда. Производительность установки зависит от количества генераторов.
Литература
- Патент № РФ, МПК С11В11/00. Двухмодульная СВЧ установка для термообработки пчелиного воскового сырья. А. В. Шевелев, Г. В. Новикова, О. В. Михайлова, М. В. Белова, А. Н. Коробков / заявитель и патентообладатель НГИЭУ (RU). № 2020107762; заявл. 21.02.2020. Бюл. №15 с.
- Многомодульная центробежная сверхвысокочастотная установка для термообработки сырья животного происхождения и отделения жидкой фракции [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://patents.google.com/patent/RU2694179C2/ru
-
СВЧ установка с тороидальным резонатором для термообработки отходов яиц [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://yandex.ru/patents/doc/RU2699753C1_20190909
References
- Patent № RF, MPK S11V11/00. Dvuhmodul’naya SVCH ustanovka dlya termoobrabotki pchelinogo voskovogo syr’ya. A. V. SHevelev, G. V. Novikova, O. V. Mihajlova, M. V. Belova, A. N. Korobkov / zayavitel’ i patentoobladatel’ NGIEU (RU). № 2020107762; zayavl. 21.02.2020. Byul. № 15 s.
- Mnogomodul’naya centrobezhnaya sverhvysokochastotnaya ustanovka dlya termoobrabotki syr’ya zhivotnogo proiskhozhdeniya i otdeleniya zhidkoj frakcii [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://patents.google.com/patent/RU2694179C2/ru
- SVCH ustanovka s toroidal’nym rezonatorom dlya termoobrabotki othodov yaic [Elektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: https://yandex.ru/patents/doc/RU2699753C1_20190909
