Способ обработки биологического материала и установка для его осуществления

 

Использование: для обработки навоза, растительного материала, торфа или кормов. Сущность изобретения: устройство содержит емкость для подачи материала, контур СВЧ с генератором СВЧ, токопроводящие паропроницаемые элементы, между которыми расположен сорбент. Влага из материала впитывается сорбентом. Нагрев сорбента и токопроводящих паропроницаемых элементов осуществляется посредством передачи им энергии от СВЧ контура. Температура парообразования регулируется уровнем пониженного давления над зоной обработки. 2 с.п. ф-лы, 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам обработки навоза, растительного материала, торфа или кормов.

Известен способ, при котором осуществляют нагрев, например, навоза или торфа, выдержку при некоторой температуре и выгрузку получаемого материала. Устройство для реализации данного способа выполнено в виде сушилки, в которой осуществляется обработка.

Недостаток способа - низкое качество получаемого продукта вследствие несоблюдения заданного режима сушки.

Известен также способ обработки, включающий подачу биологического материала в зону обработки, создание в данной зоне электромагнитного СВЧ поля с одновременным созданием над поверхностью материала зоны пониженного давления.

Однако при данной обработке невозможно достаточно эффективно обработать растительный материал, поскольку весь материал будет подвергнут обработке, в то время как необходимо обрабатывать только отдельную зону с контролем температуры в ней.

Известно устройство, содержащее емкость для подачи материала, сообщенную с выходом СВЧ генератора и с механизмом создания пониженного давления. При работе устройства происходит осушение материала при пониженной температуре вследствие пониженного давления в зоне обработки, что позволяет, например, получать сухой корм без разрушения его биологической структуры и сохранения питательных качеств или практически сухой навоз, или навоз с заранее указанной влажностью, которая зависит от времени обработки.

Недостаток данной конструкции - невозможность точно дозировать параметры сушки и вести обработку без какого-либо влияния на обрабатываемый материал.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей и повышение качества обработанного материала.

Указанная цель реализуется за счет того, что над обрабатываемым материалом размещают слой сорбента, заключенный в проницаемые для паров токопроводящие удерживающие слои, в зоне расположения которых возбуждают электромагнитное СВЧ поле, причем указанное поле возбуждают импульсно.

Относительно устройства указанная цель достигается тем, что генератор СВЧ поля снабжен контуром, емкость для подачи материала выполнена из диэлектрика, с внешней стороны которой размещен СВЧ контур, а внутри емкости в пространстве между ее стенками расположен слой сорбента, заключенный между токопроводящими паропроницаемыми элементами, каждый из которых может быть выполнен в виде металлической сетки, а емкость снабжена направляющими, на которых укреплен СВЧ контур. Емкость снабжена входным и выходным патрубками и имеет на выходе конденсатор или средства для адсорбирования паров.

Поиск, проведенный по патентной и научно-технической информации показал, что заявленное не известно, т.е. соответствует критерию "новизна". Анализ работы устройства и проверка работы макета показали соответствие заявленного критерию "техническое решение задачи" и "положительный эффект". Поскольку заявленная совокупность позволяет получить новое свойство - обработать биологический материал, например, навоз без нарушения его структуры или обработать корма без потерь их питательных качеств, что ранее было невозможно, то заявленное соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 - сорбент с токопроводящими элементами.

Способ обработки биологического материала осуществляется следующим образом.

Материал, например, навоз, загружают в емкость для подачи материала 1, которая выполнена из диэлектрика, над материалом размещают один удерживающий слой, далее помещают сорбент и другой удерживающий слой, причем каждый слой выполнен с возможностью пропускания паров, например, воды или, в случае корма, воды с растворенными в ней биологическими веществами или, в случае растений - паров их растительного сока и т.д.

После этого помещают контур СВЧ в зону расположения токопроводящих удерживающих слоев и включают генератор СВЧ. Энергия СВЧ поля нагревает токопроводящие элементы, в которых она поглощается практически полностью. Кроме того, осуществляется нагрев сорбента, заключенного между удерживающими слоями. Сам материал практически не подвергается воздействию СВЧ поля, поскольку нижний удерживающий слой практически полностью экранирует СВЧ поле от проникновения его в материал. Над слоем сорбента создают зону пониженного давления. Влага впитывается в сорбент и под воздействием СВЧ поля нагревается. Происходит процесс испарения. В нагреве также участвуют токопроводящие удерживающие слои. Таким образом, зона нагрева и испарения сосредоточена между токопроводящими удерживающими слоями. Пары откачиваются и по мере необходимости пропускаются через конденсатор или средство для адсорбирования паров, после чего по мере надобности выделенную жидкость убирают. Подача СВЧ энергии может происходить импульсно, что позволяет регулировать температуру нагрева указанной зоны.

Установка для осуществления способа включает емкость 1 для подачи материала, входной 2 и выходной 3 патрубок, направляющие 4 и 5, контур СВЧ 6, генератор СВЧ 7, конденсор или средство для адсорбирования паров 8, устройство для создания пониженного давления 9, токопроводящие паропроницаемые элементы 10, сорбент 11. Патрубки 2 и 3 расположены соответственно в нижней и верхней частях емкости 1, контур СВЧ 5 размещен в зоне расположения элементов 10, выход емкости 1 сообщен с конденсором или со средством 8 и с устройством для создания пониженного давления 9, например насосом.

Патрубок 3 может отсутствовать и загрузка и выгрузка может происходить через патрубок 2. Однако может применяться и загрузка через горловину емкости 1, которая также может быть выполнена съемной. Также направляющие 4 и 5 могут быть связаны со слоями 10, так что при перемещении слоев 10 согласованно с ними будет перемещаться и контур 6.

Устройство работает следующим образом.

Материал, например, корм, подается в емкость 1, например, через патрубок 2. Наполнение происходит до соприкосновения материала с нижним слоем 10. Включают механизм 9 и над верхним слоем 10 давление становится ниже атмосферного. Жидкая фаза из материала проходит через нижний слой и впитывается сорбентом 11. Включают генератор СВЧ 6, и контур СВЧ 5 начинает излучать энергию в зону, практически ограниченную слоями 10, поскольку эти слои полностью экранируют остальную часть и поглощение энергии СВЧ поля происходит в пространстве между указанными слоями 10.

Пары жидкости проникают через верхний слой 10 и попадают или в конденсатор/адсорбер 8, или выводятся наружу непосредственно. При этом, по мере уменьшения слоя материала в емкости 1 происходит перемещение контура СВЧ 6 по направляющим 4, 5. Следует отметить, что при наличии патрубков 2 и 3 обработка может происходить в непрерывном процессе, т.е. материал будет подаваться по патрубку 2; в верхней части, прилегающей к нижнему слою 10, влажность материала, вследствие перемещения влаги от него к абсорбирующему слою 11, будет уменьшаться и при достижении указанного значения влажности верхняя часть материала будет по патрубку 3 выводиться из емкости 1. Непрерывность процесса обеспечивается параметрами абсорбции и мощностью СВЧ энергии, поглощаемой в указанной зоне. Подача энергии при этом в импульсном режиме позволяет наряду с регулировкой мощности также осуществлять регулировку дозы энергии, подаваемой в зону обработки. Поскольку сам материал практически не подвергается воздействию СВЧ поля, то обработка происходит вследствие переноса жидкой фазы на его поверхность с последующим всасыванием и испарением. Жидкая фаза может быть пропущена в конденсаторе 8 через воду, что существенно при обработке кормов. Полученный экстракт корма, например травы, можно использовать для обработки соломы и т.д.

Регулируя величину давления над зоной обработки, можно регулировать величину температуры интенсивного парообразования, например, снизить ее до 30-40^оС, производить испарение составляющих жидкой фазы поэтапно, например, из корма можно извлечь легколетучие компоненты, оставив другие, или из торфа извлечь легкоиспаряющиеся компоненты, впоследствии сконденсировать или выделить их.

Установка может найти также применение при осушении значительных площадей, например, используемых под отстойники, когда на поверхности выпаренного слоя образуется корка и дальнейшее высыхание невозможно. В этом случае жидкий отстой можно доводить до необходимой степени влажности, что позволяет существенно уменьшить его объем. Указанным методом можно уменьшить объем любого биологического материала, например, молока, выпаривая только воду, что позволит впоследствии использовать более концентрированное молоко для выпаивания животных. Также можно, предварительно получив гомогенную массу любого растительного материала, уменьшать его влажность, т.е. содержание жидкой фазы, что может найти применение, например, при производстве концентраторов, либо использовать при приготовлении безалкогольного вина, удаляя только этанол.

Формула изобретения

1. Способ обработки биологического материала, включающий подачу материала в зону обработки, возбуждение в части этой зоны электромагнитного СВЧ-поля с одновременным созданием над поверхностью материала зоны пониженного давления, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества обработанного материала, над обрабатываемым материалом размещают слой сорбента, заключенный в проницаемые для паров токопроводящие удерживающие слои, в зоне расположения которых возбуждают электромагнитное СВЧ-поле.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электромагнитное СВЧ поле возбуждают импульсно.

3. Установка для обработки биологического материала, содержащая емкость для подачи материала, сообщенную с выходом генератора СВЧ-поля и с механизмом создания пониженного давления, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения качества обработанного материала, генератор СВЧ-поля снабжен СВЧ-контуром, емкость для подачи материала выполнена из диэлектрика, с внешней стороны которой размещен СВЧ-контур, а внутри емкости в пространстве между ее стенками расположен слой сорбента, заключенный между токопроводящими паропроницаемыми элементами.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что каждый из токопроводящих паропроницаемых элементов выполнен в виде металлической сетки.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что емкость для подачи материала снабжена направляющими, установленными с внешней стороны емкости, на которых укреплен СВЧ-контур.

6. Установка по п.3, отличающаяся тем, что емкость для подачи материала снабжена входным патрубком, установленным в зоне ее днища, и выходным патрубком, размещенным в зоне расположения СВЧ-контура.

7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что между емкостью для подачи материала и механизмом создания пониженного давления размещен конденсатор или средство для абсорбирования паров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2