RU2061351C1

RU2061351C1 - Method and apparatus for microwave treatment of grain

Info

Publication number: RU2061351C1
Application number: RU94001684A
Authority: RU
Inventors: М.А. Рустам; А.И. Чернов
Original assignee: Рустам Маан Ахмад
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1994-01-07
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: method involves supplying microwave energy with frequency range of 2745-135 MHz, pulse-repetition frequency of 400 Hz, pulse time of 2-25 msec, pulse power of 0.9-10 Wt ( to the 6th power), average power of 1000 Wt and exposure time of 24-26 sec. Apparatus has metal vessel with oil cans and treated grain discharge branch pipes. Metal vessel is mounted on metal supports. Grain is supplied into the vessel by means of metering conveyor. Metal vessel may be connected with electromagnetic superhigh energy source through metal wave guide, which is connected with metal vessel through bottom. Metal vessel is made oval-shaped and its bottom is provided with oval-shaped padding. EFFECT: increased efficiency in desinsection of grain for long-term storage and wider operational capabilities. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к процессам электромагнитной обработки зерна с целью его дезинфекции, и может быть использовано для обработки зерна при длительном хранении. The invention relates to agriculture, and in particular to processes of electromagnetic processing of grain for the purpose of disinfection, and can be used for processing grain during long-term storage.

Известны способы стерилизации комбикормов от различных возбудителей болезней с помощью СВЧ энергии при параметрах 10-17 кВт/час на 1 ц.(См. Бородин И.Ф. Кузнецов С.Г. Воздействие импульсного электромагнитного поля сверхвысокой частоты на микроорганизмы. Вестник сельскохозяйственной науки.- 1991. N 3. С.84. ), а также способы обработки семян импульсным магнитным полем, заключающиеся в воздействии на семена подачей однократного импульса магнитного поля при, этом длительность импульса выбирают в диапазоне 5-90 мс, а амплитуду индукции магнитного поля- в диапазоне 1,0-9,0 ТЛ ( см. А.С. N 880288, 1790837, кл. A 01 C 1/00, 1981. 1993г.). Known methods of sterilization of animal feed from various pathogens using microwave energy at parameters of 10-17 kW / h per 1 c. (See Borodin I.F. Kuznetsov S.G.The effect of pulsed electromagnetic fields of ultrahigh frequency on microorganisms. Vestnik of agricultural science. - 1991. N 3. P.84.), As well as methods for treating seeds with a pulsed magnetic field, which consist in exposing the seeds to a single pulse of a magnetic field, the pulse duration being selected in the range of 5-90 ms, and the amplitude of the magnetic field induction isin the range of 1.0-9.0 TL (see A.S. N 880288, 1790837, class A 01 C 1/00, 1981. 1993.).

Недостатком известных способов уничтожения или угнетения микроорганизмов являются значительные затраты электроэнергии и недостаточная производительность. A disadvantage of the known methods of destroying or inhibiting microorganisms is the significant cost of electricity and insufficient productivity.

Известен также способ для обеззараживания семян зерновых культур от болезней, принятый авторами за прототип, с помощью ВЧ-установки, производительность которой 1-2 т/ч, мощность 60кВт, частота 13,56 МГц. Время нагрева 2-5 минут, температура 40-50^oC (см.Новиков В.А. Юдин А.А. Перспективы применения энергии сверхвысоких частот. Техника в сельском хозяйстве, -1988. N 5- с.34-35).There is also a method for disinfecting seeds of grain crops from diseases, adopted by the authors as a prototype, using an RF installation with a capacity of 1-2 t / h, power 60 kW, frequency 13.56 MHz. Heating time 2-5 minutes, temperature 40-50 ^o C (see Novikov V.A. Yudin A.A. Prospects for the application of microwave energy. Engineering in agriculture, -1988. N 5- p. 34-35).

Известно также устройство для СВЧ-обработки семян, принятое авторами за прототип, содержащее дозатор, источник электромагнитной энергии, объемный резонатор, полую диэлектрическую вставку, имеющую скатные лотки, запредельные волноводы ( см. А.С. N 1787346 кл, А 01 С 1/00,1993г.). There is also known a device for microwave seed treatment adopted by the authors for a prototype containing a dispenser, a source of electromagnetic energy, a cavity resonator, a hollow dielectric insert having pitched trays, transverse waveguides (see A.S. N 1787346 cells, A 01 C 1 / 00.1993 g.).

Недостатком известного способа и устройства прототипа являются низкая производительность, длительная обработка по времени и сложность конструкции устройства,
Цель изобретения повышение производительности и эффективности хранения зерна сельскохозяйственных культур, сокращение времени обработки с применением физического метода для обеззараживания зерна, предназначенного для длительного хранения и использования для промышленной переработки фуража, используя при этом наименьшие энергозатраты, и упрощение конструкции устройства,
Сущность способа заключается в следующем.The disadvantage of this method and device of the prototype are low productivity, lengthy processing time and the complexity of the design of the device,
The purpose of the invention is to increase the productivity and efficiency of grain storage of agricultural crops, reduce processing time using the physical method for disinfecting grain, intended for long-term storage and use for industrial processing of fodder, using the lowest energy consumption, and simplifying the design of the device,
The essence of the method is as follows.

Семена ячменя в наших опытах сорта Циклон определяют на болезни по ГОСТУ 12044 81. Семена стерилизуют 96%-ным спиртом в течение 1 минуты, высевают в стерильные чашки Петри с питательной средой (пивное сусло с агаром) и помещают в термостат при температуре 25-26^oС, Через 3 и 8 дней проводят наблюдение за развитием колоний, число которых подсчитывают. Затем колонии отсевают в пробирки и чашки Петри для определения. Виды грибов определяют по определителям (см, ГОСТ 1244081; Пидопличко Н.М. Грибы паразиты культурных растений: Определитель в трех томах, -Киев: Наукова Думка, 1977.). Зараженные семена с помощью транспортера-дозатора подают в металлическую емкость при открытых заслонках, затем транспортер-дозатор отключают, заслонки закрывают, от магнетрона по волноводу подают СВЧ энергию, при этом диапазон частоты 2745±135 МГц и частота повторения импульсов 400 Гц, при длительности импульса воздействия 2: 2,5 Mс, импульсной мощности магнетрона 0,9•10⁶ Вт и средней мощности 1000 Вт, средней длине волны 10 см с экспозицией 24-26 секунд. Магнетрон посредством волновода подключен к металлической емкости через днище, снабженное диэлектрической прокладкой, что дает возможность равномерной и полной обработке зараженного зерна, транспортируемого навстречу потоку СВЧ энергии, при выше указанных параметрах. Парные выходные патрубки расположены на линии уровня днища, что также способствует полной обработке зерна. После отключения магнетрона зерно высыпают из емкости. Берут зерно на микробиологический анализ на питательной среде сусло-агар. На 7-ой день определяют содержание микофлоры в зерне. Результат опыта показал полное обеззараживание зерна по сравнению с контрольным.The barley seeds in our experiments of the Cyclone variety are determined for disease according to GOST 12044 81. The seeds are sterilized with 96% alcohol for 1 minute, seeded in sterile Petri dishes with nutrient medium (beer wort with agar) and placed in a thermostat at a temperature of 25-26 ^o C, After 3 and 8 days spend monitoring the development of colonies, the number of which is calculated. Then the colonies are plated in test tubes and Petri dishes for determination. Types of mushrooms are determined by the determinants (see GOST 1244081; Pidoplichko N.M. Mushrooms parasites of cultivated plants: The determinant in three volumes, Kiev: Naukova Dumka, 1977.). The infected seeds are fed into the metal container with the shutter open, then the shutter is shut off, the shutter is closed, microwave energy is supplied from the magnetron through the waveguide, with a frequency range of 2745 ± 135 MHz and a pulse repetition frequency of 400 Hz, with a pulse duration exposure 2: 2.5 Ms, magnetron pulsed power 0.9 • 10 ⁶ W and average power 1000 W, average wavelength 10 cm with exposure 24-26 seconds. A magnetron is connected through a waveguide to a metal capacitance through a bottom equipped with a dielectric gasket, which makes it possible to uniformly and completely treat infected grains transported towards the microwave energy stream with the above parameters. Paired outlet pipes are located on the line of the bottom level, which also contributes to the complete processing of grain. After turning off the magnetron, the grain is poured out of the tank. Take grain for microbiological analysis on a wort-agar nutrient medium. On the 7th day, the content of mycoflora in the grain is determined. The result of the experiment showed a complete disinfection of grain compared with the control.

Обеззараживание зерна в нашем опыте ячменя, сорта Циклон проведен по следующим предшественникам:
Д.1. Озимый ячмень бессменная культура без удобрений ( сорт Циклон );
Д.2. Озимый ячмень бессменная культура с удобрением ( N40, P60, К40);
Д.3. Кукуруза на зерно с удобрением ( N40, Р60, К40);
Д.4. Кукуруза на силос с удобрением ( N40, Р60, К40);
Д. 5. Подсолнечник с удобрением ( N40, Р60, К40); с выделенными возбудителями болезни
Alternaria
Drechsiera
Fusarium
Cladosporium
Penicillium
Aspergillus которые даны в таблицах NN 1-5. В опытах обеззараживания зерна СВЧ энергией, температура нагрева 20-30^o С.Grain disinfection in our experience of barley, Cyclone varieties was carried out according to the following predecessors:
E.1. Winter barley permanent culture without fertilizers (variety Cyclone);
D 2. Winter barley permanent crop with fertilizer (N40, P60, K40);
E.3. Corn for grain with fertilizer (N40, P60, K40);
E.4. Corn for silage with fertilizer (N40, P60, K40);
D. 5. Sunflower with fertilizer (N40, P60, K40); with selected pathogens
Alternaria
Drechsiera
Fusarium
Cladosporium
Penicillium
Aspergillus are given in tables NN 1-5. In the experiments of disinfecting grain with microwave energy, the heating temperature is 20-30 ^o C.

Пример 1. ( Контроль ) Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам без применения СВЧ энергии. Example 1. (Control) Determine the amount and composition of mycoflora of grain by predecessors without the use of microwave energy.

В результате опыта определяют наличие микофлоры в зерне. As a result of the experiment, the presence of mycoflora in the grain is determined.

Пример 2. Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам с применением СВЧ энергии при экспозиции 4 6 секунд. Example 2. Determine the amount and composition of mycoflora of the grain according to predecessors using microwave energy at an exposure of 4 to 6 seconds.

В результате опыта определяют изменение микофлоры в зерне по сравнению с данными опыта таблицы 1. As a result of the experiment, the change in mycoflora in the grain is determined in comparison with the data of the experiment of table 1.

Пример 3. Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам с применением СВЧ энергии при экспозиции 8 -12 секунд. Example 3. Determine the amount and composition of mycoflora of the grain by predecessors using microwave energy at an exposure of 8 -12 seconds.

В результате опыта определяют снижение количества микофлоры в зерне в сравнении с данными опыта таблицы 2. As a result of the experiment, the decrease in the number of mycoflora in the grain is determined in comparison with the data of the experiment of table 2.

Пример 4. Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам с применением СВЧ энергии при экспозиции 13 -17 секунд. Example 4. Determine the amount and composition of mycoflora of the grain according to predecessors using microwave energy at an exposure of 13 -17 seconds.

В результате опыта определяют заметное снижение количества микофлоры в зерне по сравнению с данными опыта таблицы 3. As a result of the experiment, a noticeable decrease in the amount of mycoflora in the grain is determined in comparison with the data of the experiment of table 3.

Пример 5. Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам с применением СВЧ энергии при экспозиции 18 -22 секунд. Example 5. Determine the amount and composition of mycoflora of grain according to predecessors using microwave energy at an exposure of 18 -22 seconds.

В результате опыта определяют снижение количества микофлоры в зерне по сравнении с данными опыта таблицы 4. As a result of the experiment, the decrease in the number of mycoflora in the grain is determined in comparison with the data of the experiment of table 4.

Пример 6. Определяют количество и состав микофлоры зерна по предшественникам с применением СВЧ энергии при экспозиции 24 -26 секунд. Example 6. Determine the amount and composition of mycoflora of the grain by predecessors using microwave energy at an exposure of 24 -26 seconds.

В результате проведения опыта определяют полное уничтожение микофлоры зерна, выделенной опытом, СВЧ-энергией при экспозиции 24-26 с и параметрах:
"частота " 2745 ± 135 МГц
"частота повторения импульсов 400 Гц;
"длительность импульса воздействия 2-2,5 микросекунды
"импульсная мощность магнетрона типа МН-29 0,9 10⁶ Вт
"средняя мощность 1000 Вт
"средняя длина волны 10 см
Для осуществления данного способа предложено устройство для СВЧ-обработки зерна, которое представлено на чертеже.As a result of the experiment, the complete destruction of the mycoflora of the grain extracted by the experiment, microwave energy at an exposure of 24-26 s and the parameters are determined:
"frequency" 2745 ± 135 MHz
"pulse repetition frequency of 400 Hz;
"exposure duration 2-2.5 microseconds
"pulsed magnetron type MN-29 0.9 10 ⁶ W
"average power 1000 W
"average wavelength 10 cm
To implement this method, a device for microwave processing of grain, which is presented in the drawing.

Устройство состоит из металлической емкости 1, которая содержит металлические заслонки 2,3 и выходные патрубки 4,5 обработанного зерна,при этом емкость 1 установлена на металлических опорах 6 и с помощью транспортера -дозатора 7 зерно подается в емкость 1, которая посредством металлического волновода 8 соединяется с источником электромагнитной СВЧ-энергии (например, магнетроном типа МН-29) 9, при этом металлический волновод 8 соединен с емкостью 1 через днище 10, которое снабжено диэлектрической прокладкой 11 овальной формы. The device consists of a metal tank 1, which contains metal shutters 2,3 and output nozzles 4,5 of the processed grain, while the tank 1 is mounted on metal supports 6 and using the conveyor-dispenser 7, the grain is fed into the tank 1, which through the metal waveguide 8 connected to a source of electromagnetic microwave energy (for example, a magnetron type MN-29) 9, while the metal waveguide 8 is connected to the capacitance 1 through the bottom 10, which is equipped with a dielectric gasket 11 oval.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Открывают заслонку 2 и с помощью транспортера -дозатора 7 подают зерно в емкость 1, установленную на опорах 6.Одновременно электромагнитная энергия от магнетрона 9 по волноводу 8 передается через днище 10 в емкость 1. Транспортируемое зерно движется навстречу восходящему потоку лучей СВЧ-энергии, при этом происходит обработка зерна. Диэлектрическая прокладка 11 овальной формы, которой снабжено днище 10, повышает равномерность электромагнитного поля внутри металлической емкости 1. Через 25 с магнетрон 9 отключают и открывают заслонку 3, обработанное зерно через выходные патрубки 4,5, которые расположены на линии уровня днища 10 поступает в приемный бункер (на фигуре не показано). Овальная форма емкости способствует полному высыпанию обработанного зерна. Затем цикл повторяется. Open the shutter 2 and use the conveyor-dispenser 7 to feed grain into the container 1 mounted on the supports 6. At the same time, electromagnetic energy from the magnetron 9 is transmitted through the bottom of the waveguide 8 through the bottom 10 to the container 1. The transported grain moves towards the upward flow of microwave energy rays, this is the processing of grain. The oval dielectric gasket 11, which is equipped with a bottom 10, increases the uniformity of the electromagnetic field inside the metal container 1. After 25 seconds, the magnetron 9 is turned off and the shutter 3 is opened, the processed grain through the outlet pipes 4,5, which are located on the level line of the bottom 10 enters the receiving hopper (not shown in the figure). The oval shape of the container contributes to the complete rash of processed grain. Then the cycle repeats.

По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение имеет преимущества:
"применение СВЧ-энергии для обеззараживания зерна освобождает его от грибов таких родов, как Alternaria, Drechslera при экспозиции 20-25 секунд, от плесневелых грибов родов Cladosporum sp. Penicillium, Aspergillius, при экспозиции 15-20-25 секунд;
-обработанное таким образом зерно может быть предназначено для длительного хранения и использования для промышленное переработки фуража, при экспозиции 25 секунд всхожесть семян утрачивается;
-обработка зерна СВЧ-энергией освобождает его от грибов, которые могут в процессе хранения вызвать самосогревание зерна и его порчу. Кроме того, грибы выделенных родов продуцируют опасные для человека и животных токсины, которые могут попасть в продукты питания;
-установка проста по конструкции и потребляет электроэнергии 4 кВт в час при включении в обычную сеть с напряжением 220 В;
-производительность обработки семян за 1 час 10-15 т при экспозиции 25 с,
-подключение магнетрона к днищу емкости, дает возможность полной обработки зерна восходящим потоком лучей СВЧ-энергии навстречу которым транспортируют зерно;
-диэлектрическая прокладка овальной формы, которой снабжено днище емкости, повышает равномерность электромагнитного поля внутри емкости,
-парные выходные патрубки, расположенные на линии уровня днища, и емкость овальной формы также способствуют полной обработке и высыпанию обработанного зерна. ТТТ1 ТТТ2 ТТТ3 ТТТ4Compared with the prototype, the invention has advantages:
"the use of microwave energy for disinfecting grain frees it from fungi of such genera as Alternaria, Drechslera with an exposure of 20-25 seconds, from moldy fungi of the genera Cladosporum sp. Penicillium, Aspergillius, with an exposure of 15-20-25 seconds;
-the grain processed in this way can be intended for long-term storage and use for industrial processing of fodder, with an exposure of 25 seconds, seed germination is lost;
- processing of grain with microwave energy frees it from fungi, which during storage can cause grain self-heating and spoilage. In addition, the fungi of the isolated genera produce toxins that are dangerous for humans and animals, which can get into food;
-installation is simple in design and consumes electricity of 4 kW per hour when connected to a conventional network with a voltage of 220 V;
-performance of seed treatment for 1 hour 10-15 tons at an exposure of 25 s,
-connecting a magnetron to the bottom of the tank, makes it possible to completely process the grain with an upward stream of microwave energy towards which the grain is transported;
- the oval-shaped dielectric gasket, which is equipped with the bottom of the tank, increases the uniformity of the electromagnetic field inside the tank,
-pair outlet pipes located on the line of the bottom level, and the capacity of the oval shape also contribute to the complete processing and rash of the processed grain. TTT1 TTT2 TTT3 TTT4

Claims

I. Method of microwave processing of grain, including exposure to it with microwave energy, characterized in that the exposure is carried out in the frequency range of 2745 ± 135 MHz and pulse repetition frequency of 400 Hz with an exposure pulse duration of 2 25 μs, a pulse power of 0.9 • 10 ⁶ W, average power 1000 W and exposure 24-26 s.

2. A device for microwave processing of grain, containing a metal container mounted under a conveyor-dispenser on supports with output nozzles, which is connected through a waveguide to a source of electromagnetic microwave energy, characterized in that the output nozzles are paired and equipped with dampers, and the source of electromagnetic microwave -energy using a waveguide is connected to the bottom of the tank, while the bottom is equipped with a dielectric gasket, and the tank is oval.