RU2716968C2

RU2716968C2 - Microwave technology of decontaminated hair coat separation from rabbit hides in biconical resonator

Info

Publication number: RU2716968C2
Application number: RU2018117136A
Authority: RU
Inventors: Евгений Анатольевич Шамин; Галина Владимировна Новикова; Ольга Валентиновна Михайлова; Марьяна Валентиновна Белова
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2020-03-17
Also published as: RU2018117136A; RU2018117136A3

Abstract

FIELD: cattle breeding.

SUBSTANCE: invention relates to microwave technology of hair coat separation from rabbit hides in rabbit breeding farm. Method for separating disinfected hair coat from rabbits' skins in a microwave installation with 350 l volume biconical resonator provides rabbit hides during 60–70 with electromagnetic field of superhigh frequency (EMFSF) with electric field intensity higher than 1.2 kV/cm in volume of up to 55 l in area of large bases of truncated biconical resonator, which preserves radio tightness, with proper Q-factor above 9000. Effluent dose of the EMFSF is not less than 400 Wh/kg during the UHF plant operation in continuous mode with power costs up to 0.39 kWh/ kg. UHF plant capacity is up to 45 pcs./h at generator power of 3200 W. Herewith, skin of rabbits soaked in brine with concentration of 5–7 % is exposed to EMFSF effects.

EFFECT: disclosed is a microwave technology for separating disinfected hair coat from rabbit hides in a biconical resonator.

1 cl, 1 tbl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к микроволновой технологии и может быть использовано при разработке сверхвысокочастотных установок для непрерывного режима работы, обеспечивающих отделение волосяного покрова от шкур кроликов в кролиководческом хозяйстве.The present invention relates to microwave technology and can be used in the development of microwave installations for continuous operation, providing separation of the hairline from the skins of rabbits in a rabbit farm.

Имеется старинный способ снятие пуха со шкурок кроликов (А.С. №40499). Он состоит в том, что шкурки предварительно отволаживаются путем натирания с мездровой стороны раствором поваренной соли (4%), после чего отрывание пуха от мездры осуществляется на щипальных машинах. [http://www.findpatent.ru/patent/4/40499.html] [1].There is an old way of removing fluff from the skins of rabbits (AS No. 40499). It consists in the fact that the skins are pre-cured by rubbing on the meshed side with a solution of sodium chloride (4%), after which the tearing off of the fluff from the mezra is carried out on pinch machines. [http://www.findpatent.ru/patent/4/40499.html] [1].

Известные способы обезволашивания шкур животных с применением солей, щелочей, сульфидов и ферментного препарата - длительны, качество пуха низкое.Known methods for dehairing animal skins using salts, alkalis, sulfides and an enzyme preparation are long-term, the quality of fluff is low.

Задачей изобретения является обоснование технологических параметров сверхвысокочастотной установки для отделения обеззараженного волосяного покрова от шкур кроликов в биконическом резонаторе. Для этого решаются следующие задачи:The objective of the invention is the justification of the technological parameters of the microwave installation for separating the disinfected hairline from the skins of rabbits in a biconical resonator. For this, the following tasks are solved:

1. Определить необходимую мощность электромагнитных излучений для снижения бактериальной обсемененности сырья.1. To determine the necessary power of electromagnetic radiation to reduce the bacterial contamination of raw materials.

2. Определить критическую напряженность электрического поля сверхвысокой частоты, обеспечивающую уничтожения микроорганизмов в сырье.2. To determine the critical electric field of ultra-high frequency, ensuring the destruction of microorganisms in raw materials.

3. Согласовать величину напряженности электрического поля с собственной добротностью, объемом резонатора и производительностью установки.3. Coordinate the magnitude of the electric field with its own quality factor, the volume of the resonator and the performance of the installation.

4. Обосновать конфигурацию резонатора, обеспечивающую критическую напряженность электрического поля, высокую собственную добротность, радиогерметичность при непрерывном режиме работы установки.4. Substantiate the configuration of the resonator, providing a critical electric field strength, high intrinsic Q factor, radio tightness during continuous operation of the installation.

5. Разработать СВЧ установку, реализующую микроволновую технологию отделения обеззараженного пуха со шкур кроликов.5. Develop a microwave installation that implements microwave technology for separating decontaminated fluff from rabbit skins.

Способ отделения обеззараженного волосяного покрова от шкур кроликов в СВЧ установке с биконическим резонатором объемом 350 л, характеризующийся тем,The method of separating the disinfected hairline from the skins of rabbits in a microwave installation with a biconical resonator with a volume of 350 l, characterized in that

что на шкуры кроликов, вымоченные в рассоле концентрацией 5-7%, воздействуют в течение 60-70 с электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) напряженностью электрического поля выше 1,2 кВ/см в объеме до 55 л в области больших оснований усеченного биконического резонатора, сохраняющего радиогерметичность, с собственной добротностью выше 9000, дозе воздействия ЭМПСВЧ не менее 400 Вт⋅ч/кг при работе СВЧ установки в непрерывном режиме с энергетическими затратами до 0,39 кВт⋅ч/кг, производительностью до 45 шт./ч и мощности генератора 3200 Вт».that the skins of rabbits soaked in a brine with a concentration of 5-7% are exposed for 60-70 with an electromagnetic field of ultra-high frequency (EMF) with an electric field strength above 1.2 kV / cm in a volume of up to 55 l in the region of the large bases of the truncated biconical resonator preserving radio tightness, with an intrinsic Q factor of more than 9000, a dose of EMF microwave at least 400 Wh / kg when the microwave installation is in continuous operation with energy costs of up to 0.39 kWh / kg, productivity up to 45 pcs / h and power 3200 W generator. "

На фиг. 1 приведена зависимость генерируемой удельной мощности в коже и в воде от напряженности электрического поля при частоте 2450 МГц.In FIG. Figure 1 shows the dependence of the generated specific power in the skin and in water on the electric field strength at a frequency of 2450 MHz.

На фиг. 2 приведены графики, описывающие зависимость мощности диэлектрических потерь (ряд 1) и мощности тепловых потерь (ряд 2) от напряженности электрического поля при радиусе микроорганизма 0,5 мкм.In FIG. Figure 2 shows graphs describing the dependence of the dielectric loss power (row 1) and the heat loss power (row 2) on the electric field strength with a microorganism radius of 0.5 μm.

На фиг. 3 приведена схема усеченного биконического резонатора для отделения волосяного покрова от шкур кроликов с указанием размеровIn FIG. Figure 3 shows a diagram of a truncated biconical resonator for separating the hairline from the skins of rabbits, indicating sizes

На фиг. 4 приведены графики для определения продолжительности отделения волосяного покрова от кожи шкур кроликов при дозе воздействия ЭМПСВЧ, равной 400 Вт⋅ч/кг в зависимости от концентрации рассола.In FIG. Figure 4 shows graphs for determining the duration of separation of the hairline from the skin of rabbit skins at a dose of EMHF exposure equal to 400 Wh / kg, depending on the concentration of brine.

Известно, что принцип обеззараживание сырья основан на его прозрачности для сантиметровых волн, и на способности уничтожить микроорганизмы в сырье. Действие электромагнитных излучений (ЭМИ) на бактерии носит биохимический характер, а бактерицидный эффект воздействия связан с изменениями, происходящими в самих микроорганизмах. Известно, что под воздействием ЭМПСВЧ вегетативные виды бактерий уничтожаются.It is known that the principle of decontamination of raw materials is based on its transparency for centimeter waves, and on the ability to destroy microorganisms in raw materials. The effect of electromagnetic radiation (EMR) on bacteria is biochemical in nature, and the bactericidal effect of exposure is associated with changes in the microorganisms themselves. It is known that under the influence of EMFVG vegetative species of bacteria are destroyed.

Бактерицидный эффект, характеризуемый отношением Б/Б_о, зависит от дозы воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ). При этом следует учитывать значение коэффициента поглощения, которое зависит от длины волны и диэлектрических свойств сырья. Коэффициент поглощения электромагнитных излучений кожей составляет [2]:A bactericidal effect, characterized by the ratio B / B _o, dose-dependent effects of electromagnetic field microwaves (EMPSVCH). In this case, one should take into account the value of the absorption coefficient, which depends on the wavelength and dielectric properties of the raw material. The absorption coefficient of electromagnetic radiation by the skin is [2]:

где λ - длина волны, равная 12,24 см; ε - диэлектрическая проницаемость кожи (28…33, при температуре 0…60°С); tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь сырья (0,428). В связи с тем, что микроорганизмы на 80% состоят из воды, коэффициент поглощения которой составляет а = (0,1…0,2) см^-1.where λ is the wavelength equal to 12.24 cm; ε is the dielectric constant of the skin (28 ... 33, at a temperature of 0 ... 60 ° C); tanδ is the tangent of the dielectric loss angle of the feedstock (0.428). Due to the fact that microorganisms are 80% water, the absorption coefficient of which is a = (0.1 ... 0.2) cm ^-1 .

Равномерный нагрев кожи происходит, если ее толщина не превышает удвоенного значения глубины (γ) проникновения ЭМПСВЧ, т.е. 3,34 см [2]:Uniform heating of the skin occurs if its thickness does not exceed twice the depth (γ) of the penetration of EMFHF, i.e. 3.34 cm [2]:

Определяем необходимую мощность электромагнитных излучений для снижения бактериальной обсемененности сырья с 1 млн. КОЕ/г до ПДУ (500 тыс. КОЕ/г), содержащего бактерии коли (k = 2400…2500 мкВт⋅с/см²) при производительности установки Q = 9,25 см³/с, (30…35 шкур/ч) и КПД = 0,75, по формуле Соколова В.Ф [7]:We determine the necessary power of electromagnetic radiation to reduce the bacterial contamination of raw materials from 1 million CFU / g to PDU (500 thousand CFU / g) containing coli bacteria (k = 2400 ... 2500 μW⋅s / cm ² ) with a plant capacity of Q = 9 , 25 cm ³ / s, (30 ... 35 pelts / h) and efficiency = 0.75, according to the formula of Sokolov V.F [7]:

где Б_о, Б_доп - общее микробное число в сырье до и после воздействия ЭМПСВЧ, КОЕ/мл.where B _about , B _add - the total microbial number in the feed before and after exposure to EMF, CFU / ml.

Необходимое количество СВЧ генераторов, мощностью 800 Вт для снижения обсемененности сырья в два раза, составит: N = 3077/800 = 4 шт. Т.е. для снижения общего микробного числа в два раза потребуется мощность СВЧ генератора в пределах 3,1 кВт.The required number of microwave generators with a capacity of 800 watts to halve the contamination of raw materials will be: N = 3077/800 = 4 pcs. Those. to reduce the total microbial number by half, a microwave generator power of 3.1 kW is required.

Далее, проанализируем при какой напряженности электрического поля в резонаторе, прекращается размножение микроорганизмов. Теоретическое обоснование напряженности электрического поля, обеспечивающей обеззараживание шкуры, проводили по методике Корчагина Ю.В. [4]. Известно, что энергия ЭМПСВЧ очень сильно поглощается водой, являющейся одним из основных компонентов любого микроорганизма (бактерии на 80% состоят из воды). При этом нагрев осуществляется за счет тепловой энергии, выделяющейся в объеме самого микроорганизма. Защитные оболочки микроорганизмов препятствуют отводу тепла из внутреннего объема, тем не мене для их уничтожения требуется достаточно высокая напряженность электрического поля. Это можно обеспечить при использовании либо мощных генераторов (более 4-5 кВт), либо нескольких генераторов малой мощности с воздушным охлаждением, рабочая частота которых отличается не более, чем на 20% от собственной резонансной частоты объемного резонатора. При этом излучатели направлены в один резонатор нетрадиционной конфигурации. Можно также уменьшить объем резонатора до 0,5 л, но это снижает практическое применение в фермерских хозяйствах. В объемных резонаторах (17-28 л), традиционных микроволновых печей, возбуждается электрическое поле напряженностью не более 0,2 кВ/см, что на много ниже критической напряженности для микроорганизмов. Поэтому разрабатываем микроволновую технологию обеззараживания сырья с использованием маломощных генераторов (700…800 Вт) и усеченного биконического резонатора.Next, we analyze at what electric field strength in the resonator, the reproduction of microorganisms stops. The theoretical justification of the electric field, providing disinfection of the skin, was carried out according to the method of Korchagin Yu.V. [4]. It is known that the energy of EMFHF is very strongly absorbed by water, which is one of the main components of any microorganism (bacteria are 80% water). In this case, heating is carried out due to thermal energy released in the volume of the microorganism itself. The protective shells of microorganisms prevent the removal of heat from the internal volume, however, a sufficiently high electric field strength is required to destroy them. This can be achieved by using either powerful generators (more than 4-5 kW), or several low-power generators with air cooling, the operating frequency of which differs by no more than 20% from the natural resonant frequency of the cavity resonator. In this case, the emitters are directed into one cavity of an unconventional configuration. You can also reduce the volume of the resonator to 0.5 l, but this reduces the practical application in farms. In volume resonators (17-28 L), traditional microwave ovens, an electric field is excited with an intensity of not more than 0.2 kV / cm, which is much lower than the critical intensity for microorganisms. Therefore, we are developing a microwave technology for the disinfection of raw materials using low-power generators (700 ... 800 W) and a truncated biconical resonator.

Проведем оценку напряженности электрического поля СВЧ диапазона, достаточной для снижения развития микроорганизмов, путем непосредственного диэлектрического нагрева содержащейся в них воды [2, 4]. Определяем мощность нагрева микроорганизма при воздействии ЭМПСВЧ. Оценим поглощающую способность кожи и воды при разных напряженностях электрического поля:Let us estimate the electric field strength of the microwave range, sufficient to reduce the development of microorganisms, by direct dielectric heating of the water contained in them [2, 4]. Determine the heating power of the microorganism when exposed to EMF. Let us evaluate the absorption capacity of skin and water at different electric field intensities:

где Е - напряженность электрического поля в сырье, В/см; ε_o - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85⋅10^-1 Ф/см); ε - относительная диэлектрическая проницаемость кожи равна 28 (при температуре 20°С, влажности 46…47%, частоте 2450 МГц); tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь кожи - 0,428, k - фактор потерь - 12; ω = 2 πƒ, 1/с; ƒ - частота ЭМП, Гц (2450 МГц) [11].where E is the electric field in the feed, V / cm; ε _o is the absolute dielectric constant of vacuum (8.85⋅10 ^-1 F / cm); ε - the relative dielectric constant of the skin is 28 (at a temperature of 20 ° C, humidity 46 ... 47%, frequency 2450 MHz); tgδ is the dielectric loss tangent of the skin - 0.428, k - loss factor - 12; ω = 2 πƒ, 1 / s; ƒ is the frequency of the electromagnetic field, Hz (2450 MHz) [11].

Кожа: Р = (500²⋅8,85⋅10^-14⋅28⋅6,28⋅2450⋅10⁶⋅0,428) = 399,6 Вт/см³.Skin: P = (500 ² ⋅8.85⋅10 ^-14 ⋅28⋅6.28⋅2450⋅10 ⁶ ⋅0.428) = 399.6 W / cm ³ .

Р = (1000²⋅8,85⋅10^-14⋅28⋅6,28⋅2450⋅10⁶⋅0,428) = 16315 Вт/см³.P = (1000 ² ⋅8.85⋅10 ^-14 ⋅28⋅6.28⋅2450⋅10 ⁶ ⋅0.428) = 16315 W / cm ³ .

Диэлектрические параметры воды при частоте 2450 МГц и при изменении температуре от 15 до 45°С в среднем составляют: ε = 74,75; tgδ = 0,153; k = 11,82 [6].The dielectric parameters of water at a frequency of 2450 MHz and when the temperature changes from 15 to 45 ° C on average are: ε = 74.75; tanδ = 0.153; k = 11.82 [6].

Вода: Р = (500²⋅8,85⋅10^-14⋅74,75⋅6,28⋅2450⋅10⁶⋅0,153) = 381,37 Вт /см³.Water: P = (500 ² ⋅8.85⋅10 ^-14 ⋅74.75⋅6.28⋅2450⋅10 ⁶ ⋅0.153) = 381.37 W / cm ³ .

Р = (1000²⋅8,85⋅10^-14⋅74,75⋅6,28⋅2450⋅10⁶⋅0,153) = 15574 Вт/см³.P = (1000 ² ⋅8.85⋅10 ^-14 ⋅74.75⋅6.28⋅2450⋅10 ⁶ ⋅0.153) = 15574 W / cm ³ .

Результаты расчета сведены в табл. 1, а на фиг. 1 приведены графики, характеризующие зависимость генерируемой мощности в коже и в воде от напряженности электрического поля при частоте 2450 МГц. Из-за небольшой разницы фактора потерь воды и мездровой ткани кожи, мощности до 3 кВ/см почти не отличаются.The calculation results are summarized in table. 1, and in FIG. Figure 1 shows graphs characterizing the dependence of the generated power in the skin and in water on the electric field strength at a frequency of 2450 MHz. Due to the small difference in the factor of water loss and skin core tissue, capacities up to 3 kV / cm almost do not differ.

Известно, что средний радиус микроорганизма равен (0,5-0,7)⋅10^-6 м. [4]. Зная, что потери мощности пропорциональны площади поверхности микроорганизма, а поглощаемая мощность диэлектрических потерь пропорциональна его объему, поэтому предварительно вычислим объем и площадь поверхности микроорганизма. Если радиус микроорганизма принять равным 0,5⋅10^-6 м, тогда объем и площадь составляют:It is known that the average radius of the microorganism is (0.5-0.7) ⋅10 ^-6 m. [4]. Knowing that power losses are proportional to the surface area of the microorganism, and the absorbed power of dielectric losses is proportional to its volume, therefore, we first calculate the volume and surface area of the microorganism. If the radius of the microorganism is taken equal to 0.5⋅10 ^-6 m, then the volume and area are:

Проведем сравнительный анализ значений потерь мощности за счет теплопередачи и мощности диэлектрических потерь микроорганизмов, при воздействии ЭМПСВЧ.Let us conduct a comparative analysis of the values of power losses due to heat transfer and the power of dielectric losses of microorganisms, under the influence of EMF microwave.

Определяем мощность тепловых потерь с поверхности микроорганизма. Она зависит от свойств окружающей среды, от теплопроводности материала, разности температур тела и окружающей среды, площади поверхности микроорганизма [4].We determine the power of heat loss from the surface of the microorganism. It depends on the properties of the environment, on the thermal conductivity of the material, the temperature difference between the body and the environment, the surface area of the microorganism [4].

где λ - коэффициент теплопроводности волосяного покрова, Вт/м⋅К (воздуха 0,023 Вт/м⋅К; S - площадь поверхности микроорганизма, м²; gradT - градиент температуры (разница температур между микроорганизмом и окружающей средой, отнесенный к радиусу микроорганизма, 0,07/r), К.where λ is the coefficient of thermal conductivity of the hair, W / m⋅K (air 0.023 W / m⋅K; S is the surface area of the microorganism, m ² ; gradT is the temperature gradient (temperature difference between the microorganism and the environment, referred to the radius of the microorganism, 0 , 07 / r), K.

Потери на тепловое излучение при температуре поверхности микроорганизма:Loss of thermal radiation at the surface temperature of the microorganism:

где σ - излучательная способность абсолютно черного тела (5,7⋅10^-8 Вт/м²⋅К⁴); Т - абсолютная температура поверхности кожи, 50 + 273 = 323 Кwhere σ is the emissivity of a completely black body (5.7⋅10 ^-8 W / m ² ⋅K ⁴ ); T is the absolute temperature of the skin surface, 50 + 273 = 323 K

Расчеты показывают, что потерями на тепловое излучение можно пренебречь. Результаты расчета мощности диэлектрических потерь при разных напряженностях электрического поля и радиусе микроорганизма 0,5⋅10^-6 м, сведены в табл. 1. Сравнительные графики, описывающие зависимость мощности диэлектрических потерь и мощности тепловых потерь от напряженности электрического поля приведены на фиг. 2.Calculations show that losses due to thermal radiation can be neglected. The results of calculating the dielectric loss power at different electric field strengths and the radius of the microorganism 0.5⋅10 ^-6 m are summarized in table. 1. Comparative graphs describing the dependence of the dielectric power loss and the heat loss power on the electric field are shown in FIG. 2.

Значение критической напряженности электрического поля, выше которой происходит уничтожение микроорганизмов в сырье можно определить по формуле: [4]:The value of the critical electric field strength above which the destruction of microorganisms in the feed occurs can be determined by the formula: [4]:

Из анализа графиков вытекает, что критическая напряженность электрического поля составляет 1,2…1,5 кВ/см. Тогда при напряженности электрического поля, выше 1,2 кВ/см, следует ожидать прекращение размножения микроорганизмов в шкуре кролика. Напряженность 1,5 кВ/см на много меньше пробивной напряженности электрического поля в диапазоне СВЧ излучений, равной 30 кВ/см [5].From the analysis of the graphs it follows that the critical electric field strength is 1.2 ... 1.5 kV / cm. Then, when the electric field strength is higher than 1.2 kV / cm, we should expect the cessation of reproduction of microorganisms in the skin of a rabbit. The intensity of 1.5 kV / cm is much less than the breakdown intensity of the electric field in the microwave range of 30 kV / cm [5].

Далее проводим согласование объема резонатора с критической напряженностью электрического поля, собственной добротностью и с мощностью СВЧ генератора. В резонаторах, возбуждаемых на моде колебаний ТМ₀₁₀, напряженность электрического поля определяется по формулам [5]:Next, we coordinate the resonator volume with the critical electric field strength, intrinsic Q factor, and the power of the microwave generator. In resonators excited by the oscillation mode TM ₀₁₀ , the electric field is determined by the formulas [5]:

где V_рез. - объем резонатора, м; V_сырья - объем сырья, м³; Q - собственная добротность резонатора; Р - мощность генератора, Вт.where V _res. - volume of the resonator, m; V _{raw materials} - the volume of raw materials, m ³ ; Q — intrinsic Q-factor of the resonator; P - generator power, watts.

Если принять собственную добротность резонатора, равной 9000, то можно определить какой может быть объем резонатора и объем сырья, чтобы обеспечить напряженность электрического поля, равной (1,2-1,5) кВ/см, при мощности генератора 3200 Вт (четыре генератора, мощностью по 800 Вт).If we take the resonator's own Q factor equal to 9000, then we can determine what the volume of the resonator and the volume of raw materials can be in order to ensure an electric field strength of (1.2-1.5) kV / cm, with a generator power of 3200 W (four generators, power of 800 watts).

В объеме до 55 л можно возбудить электрическое поле напряженностью 1,2…1,5 кВ/см. Если собственную добротность резонатора увеличить до 10000 за счет использования лучшей отражающей поверхности и особой конфигурации, и направить три излучателя в резонатор, то необходимую напряженность электрического поля можно обеспечить также в объеме 350 л.In a volume of up to 55 l, an electric field of 1.2 ... 1.5 kV / cm can be excited. If the resonator's own Q factor is increased to 10000 due to the use of the best reflecting surface and a special configuration, and three emitters are directed to the resonator, then the necessary electric field strength can also be provided in the volume of 350 l.

Если мощность излучателя всего 2400 Вт, тогда существенно снизить бактериальную обсемененность не удастся по теории Соколова В.Ф (см. формулу 3). Именно поэтому, полученные теоретические результаты можно реализовать в биконическом резонаторе объемом 350 л с собственной добротностью 9000, обеспечивая напряженность электрического поля до 1,2-1,5 кВ/см только в объеме до 55 л у оснований конусов, при мощности четырех СВЧ генераторов 3200 Вт.If the emitter power is only 2400 W, then it will not be possible to significantly reduce bacterial contamination according to V.F. Sokolov's theory (see formula 3). That is why, the theoretical results obtained can be implemented in a biconical resonator with a volume of 350 l with an intrinsic Q factor of 9000, providing an electric field strength of up to 1.2-1.5 kV / cm only in a volume of up to 55 l at the base of the cones, with a power of four 3200 microwave generators Tue

Известно, что открытый биконический резонатор обеспечивает непрерывный режим работы, повышая радиационную добротность [3]. Характерной особенностью такого резонатора является наличие в резонансном объеме областей с резко выраженным экспоненциальным законом изменения электромагнитного поля. Соответствующим выбором угла при вершине конуса можно сформировать электромагнитное поле, сконцентрированное в основном в центральной области резонатора. В средней части таких резонаторов существуют волны, постоянное распространение которых уменьшается в случае удаления от центра резонатора. Вблизи тех сечений, для которых выполняются критические условия, образуются поверхности, где наблюдается практически полное отражение волн. Поскольку эти поверхности находятся внутри резонатора, излучение из открытых концов значительно уменьшается, т.е. обеспечивается радиогерметичность установки. Излучатели СВЧ энергии следует располагать в области максимального диаметра резонатора, т.е. оснований конусов [3]. Разработанная СВЧ установка, позволяющая реализовать все критерии по технологии обеззараживания и отделения волосяного покрова от шкур, содержит горизонтально расположенный, симметричный биконический резонатор (рис. 3). Внутри него установлен фторопластовый транспортер для перемещения шкуры, мездровая сторона которой вымочена рассолом определенной концентрации (5-7%). В области вершин резонатора имеются щели, ширина которых больше ширины транспортера, а высота щелей меньше, чем четверть длины волны. Это сохраняет радиогерметичность установки в пределах допустимого уровня. Магнетроны СВЧ генераторов расположены в области оснований конусов со сдвигом по периметру. На образующей биконического резонатора установлен распылитель рассола.It is known that an open biconical resonator provides a continuous mode of operation, increasing the radiation Q factor [3]. A characteristic feature of such a resonator is the presence in the resonance volume of regions with a pronounced exponential law of change in the electromagnetic field. By appropriate selection of the angle at the apex of the cone, it is possible to form an electromagnetic field concentrated mainly in the central region of the resonator. In the middle part of such resonators there are waves whose constant propagation decreases if the cavity is removed from the center. Near those cross sections for which critical conditions are satisfied, surfaces are formed where almost complete reflection of the waves is observed. Since these surfaces are inside the cavity, the radiation from the open ends is significantly reduced, i.e. provides radio tightness of the installation. Microwave emitters should be located in the region of the maximum diameter of the resonator, i.e. bases of cones [3]. The microwave installation developed, which makes it possible to implement all the criteria for the technology of disinfection and separation of the hairline from the skins, contains a horizontally located, symmetric biconical resonator (Fig. 3). A fluoroplastic conveyor is installed inside it to move the skin, the medial side of which is soaked in brine of a certain concentration (5-7%). There are gaps in the region of the vertices of the resonator, the width of which is greater than the width of the conveyor, and the height of the gaps is less than a quarter of the wavelength. This keeps the radio tightness of the installation within an acceptable level. Magnetrons of microwave generators are located in the area of the bases of the cones with a shift along the perimeter. A brine atomizer is mounted on the generatrix of the biconical resonator.

Принятую величину собственной добротности 9000, необходимо рассчитать через заданные конструкционные параметры усеченного биконического резонатора, т.е. через его геометрический объем и площадь поверхности. Схема усеченного биконического резонатора для отделения волосяного покрова от шкур кроликов с указанием размеров, обеспечивающих реализацию рассчитанных технологических параметров, приведена на фиг. 3.The accepted value of the intrinsic Q-factor of 9000, must be calculated through the specified structural parameters of the truncated biconical resonator, i.e. through its geometric volume and surface area. A diagram of a truncated biconical resonator for separating the hairline from the skins of rabbits with an indication of the sizes that ensure the implementation of the calculated technological parameters is shown in FIG. 3.

Например, для необходимой производительности установки, по предварительным расчетам принимаем диаметр основания биконического резонатора семикратным длине волны, т.е. 85,68 см; высоту конуса 100 см, а длину центральной оси - 200 см. Если принять ширину сеточного транспортера 36 см, и учесть высоту щели для прохождения транспортера с шкурой, то длина биконического резонатора составит 125 см. Причем диаметр критического сечения равен 0,72⋅85,68 = 30,85 см. Тогда будет образован усеченный биконический резонатор, где на малых основаниях имеются вырезы на глубину 5,15 см. для прохождения транспортера. Угол наклона образующей усеченного конуса 67 градусов.For example, for the required performance of the installation, according to preliminary calculations, we take the diameter of the base of the biconical resonator to a seven-fold wavelength, i.e. 85.68 cm; the height of the cone is 100 cm, and the length of the central axis is 200 cm. If we take the width of the mesh conveyor 36 cm, and take into account the height of the slit for passing the conveyor with the skin, then the length of the biconical resonator will be 125 cm. Moreover, the diameter of the critical section is 0.72⋅85, 68 = 30.85 cm. Then a truncated biconical resonator will be formed, where on small bases there are cutouts to a depth of 5.15 cm for the passage of the conveyor. The angle of inclination of the generatrix of the truncated cone is 67 degrees.

Известно, что запас энергии в резонаторе пропорционален его объему, а энергия потерь пропорциональна объему, в котором они происходят (произведение площади поверхности резонатора на толщину поверхностного слоя). Следовательно, для любого вида колебания в объемном резонаторе, его добротность можно приблизительно вычислить. Это удвоенное отношение объема, в котором запасается энергия электромагнитного поля, к объему, в котором она расходуется, т.е. к объему, занимаемому поверхностным слоем во всех стенках резонатора [5]:It is known that the energy reserve in the resonator is proportional to its volume, and the energy of losses is proportional to the volume in which they occur (the product of the surface area of the resonator by the thickness of the surface layer). Therefore, for any type of oscillation in the cavity resonator, its quality factor can be approximately calculated. This is the double ratio of the volume in which the energy of the electromagnetic field is stored to the volume in which it is consumed, i.e. to the volume occupied by the surface layer in all the walls of the resonator [5]:

где V - объем биконического резонатора, м³; S - площадь внутренней поверхности, ограничивающей объем резонатора, м²; К - геометрический множитель, учитывающий снижение добротности резонатора, из-за щели; Δ - толщина поверхностного слоя, м.where V is the volume of the biconical resonator, m ³ ; S is the area of the inner surface limiting the volume of the resonator, m ² ; K is a geometric factor that takes into account the decrease in the quality factor of the resonator due to the gap; Δ is the thickness of the surface layer, m

Толщина поверхностного слоя при изготовлении биконического резонатора из алюминия составляет 1,68 10^-5 м [2, 5]. Вычислим объем, площадь поверхности и собственную добротность биконического резонатора:The thickness of the surface layer in the manufacture of a biconical resonator from aluminum is 1.68 10 ^-5 m [2, 5]. We calculate the volume, surface area, and intrinsic Q factor of the biconical resonator:

Образующая конуса

Cone forming

Боковая площадь поверхности биконического резонатораLateral surface area of a biconical resonator

Собственная добротность биконического резонатораIntrinsic Q factor of a biconical resonator

Вычислим объем и площадь поверхности усеченного биконического резонатора (выполненного в виде двух усеченных конусов):We calculate the volume and surface area of a truncated biconical resonator (made in the form of two truncated cones):

где V - объем, S - площадь поверхности, h - высота конуса,

- длина образующей, R - радиус большого основания, r - радиус малого основания.where V is the volume, S is the surface area, h is the height of the cone,

is the length of the generatrix, R is the radius of the large base, r is the radius of the small base.

Объем усеченного биконического резонатора:The volume of the truncated biconical resonator:

Площадь поверхности усеченного биконического резонатора:The surface area of the truncated biconical resonator:

Ожидаемая собственная добротность усеченного биконического резонатора:Expected intrinsic Q factor of a truncated biconical resonator:

Исследования показывают, что уменьшение высоты резонатора не влияет на его резонансную частоту, но сильно уменьшает его собственную добротность. Собственная добротность усеченного биконического резонатора (9647) всего на 10% меньше, чем добротность биконического резонатора (10816), т.е. существенное изменение добротности не происходит. Реальное значение собственной добротности усеченного биконического резонатора будет ниже расчетного на 10…20% из-за шероховатости поверхности резонатора и щели, т.е. в пределах 7000…8000.Studies show that reducing the height of the resonator does not affect its resonant frequency, but greatly reduces its own Q factor. The intrinsic Q factor of a truncated biconical resonator (9647) is only 10% less than the Q factor of a biconical resonator (10816), i.e. A significant change in the quality factor does not occur. The real value of the intrinsic Q factor of the truncated biconical resonator will be 10 ... 20% lower than the calculated one due to the roughness of the resonator surface and the gap, i.e. within 7000 ... 8000.

Итак, усеченный биконический резонатор, объемом 350 л с собственной добротностью 9000, при мощности магнетронов 3200 Вт обеспечит напряженность электрического поля 1,2-1,5 кВ/см только в объеме 55 л у оснований конусов, и снижение общего микробного числа в два раза. Основные технические характеристики разрабатываемой установки, следующие: потребляемая мощность СВЧ генераторов 4,8 кВт; ожидаемая производительность установки 35-45 шт./ч; удельные энергетические затраты 0,25-0,39 кВт⋅ч/кг.So, a truncated biconical resonator, with a volume of 350 l with an intrinsic Q factor of 9000, with a magnetron power of 3200 W, will provide an electric field strength of 1.2-1.5 kV / cm only in a volume of 55 l at the base of the cones, and halve the total microbial number . The main technical characteristics of the installation under development are as follows: power consumption of microwave generators 4.8 kW; the expected productivity of the installation is 35-45 pcs / h; specific energy costs 0.25-0.39 kWh / kg.

Результаты исследования продолжительности отделения волосяного покрова от кожи шкур кроликов при дозе воздействия ЭМПСВЧ, равной 400 Вт⋅ч/кг, в зависимости от концентрации рассола приведены на фиг. 4. При такой дозе воздействия ЭМПСВЧ продолжительность отделения волосяного покрова от кожи шкуры кроликов, мездровая сторона которой вымочена рассолом концентрацией 5-7%, составляет 60-70 с.The results of the study of the duration of separation of the hairline from the skin of rabbit skins at a dose of EMFVH equal to 400 Wh / kg, depending on the brine concentration, are shown in FIG. 4. At this dose of exposure to EHFMS, the duration of separation of the hairline from the skin of the skin of rabbits, the hairline of which is soaked in brine with a concentration of 5-7%, is 60-70 s.

Выводы. 1. Размножение микроорганизмов в пухе при воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты прекращается только при обеспечении напряженности электрического поля в резонаторе выше 1,2 кВ/см.Conclusions. 1. The reproduction of microorganisms in fluff when exposed to an electromagnetic field of ultrahigh frequency stops only when the electric field strength in the resonator is higher than 1.2 kV / cm.

2. Усеченный биконический резонатор, объемом 350 л, с собственной добротностью 9000, при мощности генераторов 3200 Вт обеспечит напряженность электрического поля 1,2-1,5 кВ/см только в объеме 55 л у оснований конусов, и снижение общего микробного числа в два раза в пухе, при работе СВЧ установки в непрерывном режиме, производительностью до 45 шт./ч, с энергетическими затратами до 0,39 кВт⋅ч/кг.2. A truncated biconical resonator, with a volume of 350 l, with an intrinsic Q factor of 9000, with a generator power of 3200 W, will provide an electric field strength of 1.2-1.5 kV / cm only in a volume of 55 l at the base of the cones, and reduce the total microbial number by two times in the down, when the microwave installation is in continuous operation, with a capacity of up to 45 units / h, with energy costs of up to 0.39 kWh / kg.

3. Продолжительность отделения волосяного покрова от шкуры кроликов, мездровая сторона которой вымочена в рассоле, концентрацией 5-7%, составляет 60-70 с, если доза воздействия ЭМПСВЧ не менее 400 Вт⋅ч/кг.3. The duration of separation of the hairline from the skin of rabbits, the medial side of which is soaked in brine, with a concentration of 5-7%, is 60-70 s, if the dose of EMPS is not less than 400 Wh / kg.

Список источников:List of sources:

1. А.С. №40499, http://www.findpatent.ru/patent/4/40499.html.1. A.S. No. 40499, http://www.findpatent.ru/patent/4/40499.html.

2. Гинзбург, А.С. Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. / А.С. Гинзбург. - М.: Агропромиздат, 1985. - 336 с.2. Ginzburg, A.S. Calculation and design of drying plants for the food industry. / A.S. Ginzburg. - M .: Agropromizdat, 1985 .-- 336 p.

3. Дробахин, О.О. Резонансные свойства аксиально-симметричных микроволновых резонаторов с коническими элементами // Радиофизика радиоастрономия, 2009, т. 14, с. 433-441.3. Drobakhin, O.O. Resonance Properties of Axially Symmetric Microwave Resonators with Conical Elements // Radio Physics Radio Astronomy, 2009, v. 14, p. 433-441.

4. Патент №2161505. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа. http://ru-patent.info/21/60-64/2161505.html.4. Patent No. 2161505. A method of sterilizing materials using microwave radiation with high field strength and a device for implementing the method. http://ru-patent.info/21/60-64/2161505.html.

5. Пчельников, Ю.Н. Электроника сверхвысоких частот / Ю.Н. Пчельников, В.Т. Свиридов. - М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.5. Pchelnikov, Yu.N. Electronics of superhigh frequencies / Yu.N. Pchelnikov, V.T. Sviridov. - M .: Radio and communications, 1981. - 96 p.

6. Рогов, И.А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 288 с.6. Rogov, I.A. Electrophysical, optical and acoustic characteristics of food products / ed. I.A. Rogova. - M .: Light and food industry, 1981. - 288 p.

7. Рубцов, П.А. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. - М.: Колос, 1964. - 502 с.7. Rubtsov, P.A. The use of electrical energy in agriculture. - M .: Kolos, 1964 .-- 502 p.

8. Стрекалов А.В., Стрекалов Ю.А. Электромагнитные поля и волны: Учебное пособие. - М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. - 375 с.8. Strekalov A.V., Strekalov Yu.A. Electromagnetic fields and waves: a Training manual. - M .: RIOR: INFRA-M, 2014 .-- 375 p.

Claims

The method of separating the disinfected hairline from the skins of rabbits in a microwave installation with a biconical resonator of 350 l, characterized in that the skins of rabbits soaked in brine at a concentration of 5-7% are exposed for 60-70 with an ultra-high frequency electromagnetic field (EMF microwave) electric field strengths higher than 1.2 kV / cm in volume up to 55 l in the region of large bases of a truncated biconical resonator preserving radio-tightness with intrinsic Q factor higher than 9000, the dose of electromagnetic radiation is not less than 400 Wh / kg at OTE microwave plant in continuous mode with energy costs to 0.39 kWh / kg, the capacity to 45 pcs. / h and 3200 W capacity of the generator.