Microwave device for heat treatment of meat by-products and waste

Cover Page

Cite item

Abstract

BACKGROUND: In the conditions of farms, there is a problem of neutralizing unpleasant odors during heat treatment of secondary meat raw materials to preserve the consumer properties of protein feed at low operating costs.

AIM: Development of the device for heat treatment with disinfection and neutralization of the unpleasant odor of crushed secondary meat raw materials with the integral effect of an ultra−high frequency electromagnetic field, a bactericidal flow of UV rays and ozone in a continuous mode with electromagnetic safety ensured.

METHODS: The raw materials are the stomach chambers of ruminants. The basic idea, principle of operation and design of the device are based on the propagation of microwave oscillations in a resonator with a spiral decelerating system. The microwave device contains a non-ferromagnetic cylinder with a perforated lower base, a coaxially arranged non-ferromagnetic spiral cylinder and an electrically driven fluoroplastic auger with a solid screw surface. The average perimeter of the annular volume, between the cylinder and the spiral cylinder forming the coaxial resonator, and its height are multiples of half-wavelength. Corona brushes are mounted to the annular base of the cylinder, under which electric gas discharge lamps powered by 1 kHz frequency generators are radially located, and a ceramic annular spherical surface is located under the lamps. Magnetrons are mounted along the perimeter of the outer cylinder with a shift of 120 degrees. The crackling is removed using a pneumatic conveyor.

RESULTS: The feature of the coaxial resonator is that the inner core is formed as a spiral decelerating system. Therefore, the intrinsic Q-factor of the resonator is high, about 115000, therefore, the expected thermal efficiency is 0.7–0.75. The factor of dielectric losses of raw materials with a decrease in humidity from 76% to 30% is reduced by five times. Thus, while keeping the electric stress at the level of 1.2–2 kV/cm, the electromagnetic field power dissipated in a unit of the volume of the crackling decreases by five times, from 34 500 to 6800 W/cm3.

CONCLUSIONS: A new design solution with a spiral coaxial resonator, the use of a ceramic reflector, and a number of physical factors made it possible to develop the design of the operation chamber for the heat treatment of ruminant slaughter waste with the neutralization of unpleasant odors with a capacity of 30–35 kg/h and specific energy costs of 0.16–0.19 kWh/kg.

About the authors

Evgeny V. Voronov

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Author for correspondence.
Email: e_voronov@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-9867-5860
SPIN-code: 8963-4080

Associate Professor, Cand. Sci. (Economics), Director of the Engineering Institute

Russian Federation, 22a Oktyabrskaya street, 606340 Knyaginino, Nizhny Novgorod region

Galina V. Novikova

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Email: NovikovaGalinaV@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9222-6450
SPIN-code: 3317-5336

Professor, Dr. Sci. (Engineering), Chief Researcher for the Academic Staff Training

Russian Federation, 22a Oktyabrskaya street, 606340 Knyaginino, Nizhny Novgorod region

Olga V. Mikhailova

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Email: ds17823@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9231-4733
SPIN-code: 9437-0417

Professor, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Infocommunication Technologies and Communication Systems Department

Russian Federation, 22a Oktyabrskaya street, 606340 Knyaginino, Nizhny Novgorod region

Mariana V. Prosviryakova

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Email: prosviryakova.maryana@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3258-260X
SPIN-code: 5642-4560

Associate Professor, Dr. Sci. (Engineering), Professor of the Automation and Robotization of Technological Processes Department named after Academician I.F. Borodin

Russian Federation, 22a Oktyabrskaya street, 606340 Knyaginino, Nizhny Novgorod region

Sergey A. Suslov

Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics

Email: nccmailu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1189-8023
SPIN-code: 4040-2965

Associate Professor, Dr. Sci. (Economic), Professor of the Economics and Automation of Business Processes Department

Russian Federation, 22a Oktyabrskaya street, 606340 Knyaginino, Nizhny Novgorod region

References

  1. Kiseleva IS, Rudik FYa, Romanova OV. Resource-saving technologies for processing meat products. Agrarian scientific journal. 2023;5:140–145. EDN: DGKAXV (In Russ). doi: 10.28983/asj.y2023i5pp140-145
  2. Balyakina KD, Detinenko SA, Chernegov NYu. Recycling of secondary resources as a method of increasing the efficiency of the agro-industrial complex. Modern Science. 2021;4–1:77–86. EDN: SPIYQA
  3. Azarov BM, Aurich H, Dichev S. Technological equipment for food production. Moscow: Agropromizdat; 1988. (In Russ).
  4. Patent RUS № 2803127 / 06.09.2023. Byul. № 25. Voronov E.V., Tikhonov A.A. Mikhaylova O.V., et al. SVCh ustanovka s bikonicheskim rezonatorom i paketami tarelok dlya termoobra-botki myasokostnykh konfiskatov. (In Russ). [cited: 27.10.2023] Available from: https://elibrary.ru/download/elibrary_54659424_76234872.PDF EDN: OHWPJY
  5. Zhdankin GV, Storchevoy VF, Novikova GV, et al. Investigation of the modes of operation of a microwave installation for heat treatment and disinfection of non-food raw materials of animal origin. Russian agricultural science. 2019;6:65–69. (In Russ). doi: 10.31857/S2500-26272019665-69
  6. Zhdankin GV, Belova MV, Mikhailova OV, et al. Radio wave installations for heat treatment of non-food waste of animal origin. Izvestiya Orenburg GAU. 2018;4(72):198–202. (In Russ). doi: 10.37670/2073-0853
  7. Gorbunova N, Petrunina IP. Problems of waste use in the production of products by meat industry enterprises. Meat industry. 2023;9:32–36. (In Russ). doi: 10.37861/2618-8252-2023-09-32-36
  8. Voronov EV. Investigation and substantiation of parameters of a microwave installation implementing a resource-saving technology for heat treatment of meat waste. Bulletin of NGIEI. 2023. No. 8 (147). pp. 33-43. (In Russ). doi: 10.24412/2227-9407-2023-8-33-43
  9. Astafyeva KA, Ivanova IP. Analysis of the cytotoxic effect of medical gas-discharge devices // Modern technologies in medicine (STM-HtmlView). 2017;9(1):115–123. (In Russ). EDN: YIZWGT doi: 10.17691/stm2017.9.1.15
  10. Strekalov AV, Strekalov YuA. Electromagnetic fields and waves. Moscow: RIOR; INFRA-M; 2014.
  11. Kenenbai GS, Chomanov UCh, Omirzhanova BB, et al. Microbiological indicators of beef rumen after ozonation. All about meat. 2023;1:43–45. (In Russ). doi: 10.21323/2071-2499-2022-6-43-45
  12. Voskoboynik MF, Chernikov AN. Microwave equipment and devices. Moscow: Radiosvyaz; 1982. (In Russ).
  13. Baskakov SI. Electrodynamics and wave propagation. Moscow: Vysshaya shkola; 1992. (In Russ).
  14. Pchelnikov YuN, Sviridov VT. Ultrahigh frequency electronics. Moscow: Radio i svyaz; 1981. (In Russ).
  15. Ryabchenko VYu, Nightshade VV. Computer modeling of objects using PP CST Microwave Studio. Modern problems of radio electronics and telecommunications. 2018;1:139. (In Russ).
  16. Fomin DG, Dudarev NV, Darovskikh SN, et al. Investigation of a volumetric flap-slit junction with a U-shaped slit resonator. Ural Radio Engineering Journal. 2020;4(3):277–292. (In Russ). doi: 10.15826/urej.2020.4.3.002
  17. Rogov IA, Adamenko VYa, Nekrutman SV, et al. Electrophysical, optical and acoustic characteristics of food products. Moscow: Legkaya i pishchevaya promyshlennost; 1981. (In Russ).
  18. Ginzburg AS. Calculation and design of drying installations for the food industry. Moscow: Agropromizdat; 1985. (In Russ).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. The microwave device for heat treatment of meat by-products and waste in a continuous mode: a) general view; b) general view in section with positions; c) coaxial resonator in section; d) non-ferromagnetic spiral cylinder; e) ceramic annular spherical surface; f) non-ferromagnetic corona brushes at the upper base of the cylinder; 1 — non-ferromagnetic loading tank; 2 — non-ferromagnetic cylinder with a perforated lower base 7; 3 — non−ferromagnetic coaxial resonator; 4 — non−ferromagnetic spiral cylinder; 5 — fluoroplastic auger; 6 — air-cooled magnetrons; 8 — non-ferromagnetic storage tank; 9 — transcendental waveguide; 10 — dielectric tube of the pneumatic conveyor; 11 — ceramic annular spherical surface; 12 — electric gas discharge lamps; 13 — non-ferromagnetic corona brushes.

Download (430KB)
3. Fig. 2. Dimensions of the coaxial resonator: R = 30,6 cm; r = 9,2 cm; h = 76,5 cm.

Download (56KB)
4. Fig. 3. Dielectric characteristics of meat by-products and waste depending on fat content at a temperature of 20°C and a frequency of 2450 MHz Dielectric [17].

Download (232KB)
5. Fig. 4. Dielectric characteristics of meat by-products and waste depending on humidity at a temperature of 20°C and a frequency of 2450 MHz [17].

Download (216KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».