Файл: Рогов И.А. Физические методы обработки пищевых продуктов.pdf

высокой частоты. Источником тока является генератор УВЧ-4 мощностью 80 Вт. Обработка молока ТВЧ ведется в потоке, ха­ рактер которого близок к ламинарному.

При плоскопараллельной системе электродов наблюдаются по­ тери мощности из-за рассеивания поля, поэтому разработан коаксиальный вариант установки (рис. 176, б), который пред-

Рис. 176. Высокочастотные установки для предварительной обработки мо­ лока перед сепарированием:

а —с плоскопараллельной системой электродов: 1—электроды; 2—диэлектрическая

труба; 3—ВЧ-вводы; б—с коаксиальными электродами: 1—внутренняя труба; 2—наружная труба; 3 —

конус-переход; 4—изоляторы; 5—вводы.

ставляет собой систему концентрических колец (труба в трубе), изолированных одно от другого, между которыми создается рав­ номерное электрическое поле высокой частоты. Система состоит из четырех труб диаметром 50, 116, 182 и 250 мм, изолированных одна от другой фторопластовыми вкладками. Между внутренними и внешними поверхностями труб создается равномерное элек­ трическое поле высокой частоты. Длина установки 2200 мм.

Несмотря на некоторые технологические трудности в изго­ товлении предлагаемой системы, такая конструкция установки дает возможность создать ламинарный режим течения продукта в концентрических каналах, обеспечивает заполнение всего объема установки, исключая возможность появления границы раздела жидкость —• воздух. ,

403

Электрическое поле в системе создается высокочастотным ге­ нератором УВЧ-4. Наружная труба заземлена. Такая схема

вустановке, т. е. по мере увеличения числа Рейнольдса, степень обезжиривания постепен­ но уменьшается. При этом содержание жира в обезжиренном молоке практически равно нулю

вусловиях автомодельного режима (Re = 570-^2280). Совершенно очевидно, что наиболее эффективно установка будет работать при

условии ламинарного режима течения молока. Расчеты показывают, что при высокочастот­ ной обработке молока и других видов моло­ чной продукции (например, сливок) перед

Содержаниежира’ ,% сепарированием существенно сокращаются затраты по сырью, в среднем от 0,5 до 1%.

Рис. 177. Зависи- Причем расход электроэнергии составляет мость степени обез- 140 Вт на 1 т сырья. Проведенные расчеты ясирнвания молока, позволяют сделать вывод о экономической

СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МЕТОД ОБРАБОТ­ КИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ОСОБЕННОСТИ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА

К основным особенностям поля СВЧ следует отнести: способность проникать на значительную глубину внутрь образца; независимость длительности нагрева до задан­ ной температуры от объема и формы изделий; отсутствие контакта обрабатываемого изделия с теплоносителем; высокий к. п. д. преобразования энергии в тепло, выделяемое в нагреваемом объекте.

Эффективность СВЧ-аппаратов зависит от четкого определе­ ния сферы использования его в общей технологической цепи, значительно от срока работы генератора С ВЧ — магнетрона,

404

уровня подготовки обслуживающего персонала к эксплуатации СВЧ-техники.

При СВЧ-нагреве возможно сконцентрировать весьма высо­ кие энергии в небольших объемах материала, при этом, варьи­ руя геометрией и напряженностью электрического поля, можно создать условия, при которых температура в центре изделия будет значительно выше, чем на его поверхности. Это позволяет по-новому организовать и интенсифицировать технологические процессы, а в ряде случаев создать новые процессы, невозмож­ ные при использовании традиционных методов.

Однако несмотря на преимущества СВЧ-нагрева не следует отвергать традиционные методы; наоборот, в рациональном их сочетании — наиболее плодотворный и конструктивный путь.

СВЧ-нагрев пищевых продуктов — достаточно сложная тех­ ническая задача не только с точки зрения техники генерирова­ ния СВЧ, но и со стороны особенностей строения и свойств про­ дуктов.

В самом деле, в процессе тепловой обработки пищевые про­ дукты подвергаются глубоким изменениям, в том числе и их диэлектрические свойства, что влияет на течение СВЧ-нагрева. Особенно резко этот эффект заметен при размораживании мяса, рыбы и других продуктов, когда фактор потерь лавинообразно возрастает в десятки раз. Естественно, что управлять таким про­ цессом трудно.

Широкое промышленное использование СВЧ-метода стало возможным лишь после создания стабильного источника СВЧэнергии — магнетрона. К настоящему времени разработаны маг­ нетроны значительной мощности, со сроком службы несколько тысяч часов и к. п. д., превышающим 75%. Есть все основания считать, что в ближайшее время будут выпущены приборы, обла­ дающие к. п. д. 90%. В табл. 108 приводятся сведения о не­ которых промышленных СВЧ-приборах, производимых за ру­ бежом [105, 113, 136].

Передача СВЧ-энергии возможна по трубам-волноводам, если их поперечные размеры достаточно велики для передаваемой

•частоты. Волноводы бывают круглого и прямоугольного сече­ ния [113].

В связи со спецификой СВЧ-поля возможно три основных источника утечки СВЧ-энергии: катодные ножки магнетрона, дверцы технологических устройств, рабочие отверстия и вен­ тиляционные каналы.

Советскими учеными проведены исследования по биологичес­ кому воздействию СВЧ-поля, они положены в основу при раз­ работке норм утечки [29, 97].

Принятые в СССР нормы утечки — самые строгие (рис. 178). Как видно из рис. 178, отличие в допустимом уровне излучений

405

*При фиксированной фазе.

**При изменяющейся фазе.

достаточно большое (в 10 раз), в то же время трудно переоце­ нить значения жестких норм при промышленном использовании СВЧ-энергии.

Характер поглощения материалов с большой степени за­ висит от согласования генера­ тора с нагрузкой, а также от поведения самой нагрузки (про­ дукта) в процессе нагрева. Не­ поглощенная энергия отражает­ ся и в линии передачи возни­ кают стоячие волны. Это явле­ ние характеризуется коэффици­ ентом стоячей волны по напря­ жению т.

Отношение напряжения в максимуме к напряжению в ми­ нимуме стоячей волны и пред­ ставляет собой т:

406

что напряжение в отраженной волне пропорционально абсолют­ ному значению /', можно записать

1 + М

(III—125)

1 - И

Из этого выражения можно получить зависимость коэффи­ циента отражения, как функции т:

При г — 0 отражение отсутствует, а при г — 1 наблюдается полное отражение волны.

Вхорошо согласованных устройствах т близок к 2. Однако

вряде случаев удается еще более снизить значение этого коэф­ фициента, так, при нагреве сосисочного фарша в волноводном устройстве т<_ 1,5.

Для рационального построения технологического процесса и выбора геометрии продукта совершенно необходимо учитывать

Глубина проникновения электромагнитной энергии в про­ дукт при условии ослабления до 37% определяется как

407

Принципиально СВЧ-аппарат должен состоять из ряда не­ обходимых элементов (рис. 179): источника питания; преобра­ зователя СВЧ-энергии; устройства для транспорта СВЧ-энер- гии; устройства связи, обеспечивающего передачу энергии к нагрузке (продукту); устройства, создающего равномерный ха­ рактер распределения энергии при нагреве; собственной на­ гревательной камеры с транспортным устройством; системы СВЧ-ловушек и герметизирующих уплотнений, предотвращаю­ щих излучение в окружающую среду, а также системы управ­ ления с обратной связью между элементами.

В ряде случаев, особен­ но для конвейерных уст­ ройств, для получения большой мощности в уста­ новках СВЧ-нагрева ис­ пользуют несколько гене­ раторов. Это вызвано не только тем, что количество’ мощных генераторных при­ боров недостаточно, но в- большей мере тем, что па­ раллельная работа нес­ кольких генераторов СВЧ дает следующие преиму­ щества по сравнению с одиночным генератором

[113]:

1. Каждый генератор может работать без синхронизации. Генераторы можно вклю­ чать так, чтобы связь между ними была минимальной (необхо­ димое условие при несинхронной работе).

2.Снижаются начальная стоимость и расходы по эксплуата­ ции источника питания, так как он состоит из менее мощных блоков и элементов, изготовляемых более крупными сериями. Можно свести до минимума длительность простоя оборудования при замене отдельных блоков.

3.Наличие нескольких облучателей и несинхронная работа генераторов дают усреднение суммарных отражений, что при­ водит к высокой степени равномерности нагрева.

4.Индивидуальным режимом генераторов можно управлять

спомощью фотоэлементов, обнаруживающих перерывы в подаче обрабатываемых изделий по конвейеру. Автоматическое выклю­ чение и включение генераторов позволяют избежать излишних потерь энергии и предотвратить перегрев продукции.

Рабочие камеры нагревательных СВЧ-устройств делают за­ крытой формы со стенками из материалов, хорошо проводящих

408